CN107965354B - 一种汽轮机均匀进汽/补汽装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，包括呈圆环状的进汽流道壳体以及与该进汽流道壳体相连通的进汽管道壳体；其中，该汽流道壳体的进汽流道轴对称设置，且进汽流道的截面积沿进汽流动方向单调减小，进汽管道壳体连通在进汽流道的截面积最大处，且该汽流道壳体的进汽流道内壁上轴对称设置有若干汽流导叶。本发明从减小进汽损失及减小汽流对转子造成的冲击两个角度出发，通过采用变截面腔室设计，以适应蒸汽在流动过程中的流量变化，使蒸汽在进汽流道各截面的流速分布趋于均匀，减小进汽的压力、温度损失，提高汽轮机效率；通过合理布置汽流导叶，使进汽量在周向分布趋于均匀，减小进汽对转子产生的汽流力，提高机组运行的安全性和稳定性。

Description

一种汽轮机均匀进汽/补汽装置
技术领域
本发明属于中低压汽轮机进汽/补汽腔室设计技术领域，具体涉及一种汽轮机均匀进汽/补汽装置。
背景技术
汽轮机是一种以蒸汽为介质的涡轮机，主要用途是将蒸汽所携带的热能转化为内部旋转部件的机械能。大功率汽轮机是现代大型电站建设中的关键动力设备之一，提高汽轮机效率能显著提高电厂的运行效率，降低损耗。在汽轮机总损耗中，进汽/补汽损失所占比重较大，不可忽略。所以，如果能减小进汽损失，那么就可以有效提高汽轮机效率，使电厂能更高效的运行。
传统的进汽装置如图1所示，其流道型线只是简单的圆环形，通流截面积沿周向没有变化，蒸汽沿正对转子方向从进汽口进入后向两侧分流，在流道内绕流的同时被高速运行的转子带向通流级做功，蒸汽在环形流道内绕流时，容易相互产生扰动，加剧旋涡的产生；等截面积的环形流道设计，使得从腔室进入通流级的汽流流量沿周向分布不均，导致传统进汽装置的进汽损失相对较大，降低了汽轮机效率。
针对以上问题，出现了单螺旋进汽结构和双螺旋进汽结构的腔室设计方法，双螺旋进汽结构相当于两个单螺旋进汽结构上下拼合而成，分别如图2、图3所示，该类结构流道型线是阿基米德螺旋线，进汽流道截面积沿进汽方向不断减小，蒸汽在流道内绕流的同时被高速运行的转子带向通流级做功，这种结构流道光滑，不易形成漩涡，减小了进汽损失。
但是，此类螺旋结构仍然存在缺陷，一方面，蒸汽在流动过程中，由于缺乏汽流导叶的分隔和引导，从主流分离出的流体流量不可控，导致进汽沿周向分布不均匀，造成损失；另一方面，由于分离出的流体流量不可控，使得沿进汽方向单调减小的流道截面积无法准确适应蒸汽量的变化，导致蒸汽在流道各截面上的流速分布不均匀，存在进汽损失。尽管双螺旋进汽结构对单螺旋进汽结构做出了改进，但本质上并未解决进汽周向分布不均的问题，有待进一步优化。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，可以有效改善蒸汽流速在进汽流道截面上分布不均匀的现象，减小进汽损失，提高通流效率。同时保证进汽量在周向分布趋于均匀，减小因进汽对转子产生的汽流力，提高机组运行的安全性和稳定性。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，包括呈圆环状的进汽流道壳体以及与该进汽流道壳体相连通的进汽管道壳体；其中，
该汽流道壳体的进汽流道轴对称设置，且进汽流道的截面积沿进汽流动方向单调减小，进汽管道壳体连通在进汽流道的截面积最大处，且该汽流道壳体的进汽流道内壁上轴对称设置有若干汽流导叶。
本发明进一步的改进在于，进汽流道壳体包括可拆卸连接的进汽流道壳体上半部分和进汽流道壳体下半部分。
本发明进一步的改进在于，汽流导叶包括自进汽流道开始轴对称设置的第一汽流导叶、第二汽流导叶、第三汽流导叶、第四汽流导叶和第五汽流导叶；两个第一汽流导叶之间形成第一导叶通道，第一汽流导叶与进汽流道内壁之间形成第一外流道，第一汽流导叶与第二汽流导叶之间形成第二导叶通道，第二汽流导叶与进汽流道内壁之间形成第二外流道，第二汽流导叶与第三汽流导叶之间形成第三导叶通道，第三汽流导叶与进汽流道内壁之间形成第三外流道，第三汽流导叶与第四汽流导叶之间形成第四导叶通道，第四汽流导叶与进汽流道内壁之间形成第四外流道，第四汽流导叶与第五汽流导叶之间形成第五导叶通道，第五汽流导叶与进汽流道内壁之间形成第五外流道，两个第五汽流导叶之间形成第六导叶通道。
本发明进一步的改进在于，工作时，蒸汽沿正对转子轴线方向通过进汽管道壳体进入该进汽/补汽装置，一部分蒸汽从正对来流的第一导叶通道进汽，余下的蒸汽从正对进汽口的导汽流叶与进汽流道壳体组成的第一外流道流入进汽流道，随后蒸汽在进汽流道内周向流动的过程中依次从第二导叶通道至第六导叶通道进汽，最后在转子的作用下被带向后面的通流级。
本发明进一步的改进在于，第一导叶通道的进汽量占总进汽量的3/12，第一外流道的进汽量占总进汽量的4.5/12，第二导叶通道的进汽量为总进汽量的1/12，第二外流道的进汽量占总进汽量的3.5/12，第三导叶通道的进汽量为总蒸汽量的1/12，第三外流道的进汽量占总进汽量的2.5/12，第四导叶通道的进汽量为总蒸汽量的1/12，第四外流道的进汽量占总进汽量的1.5/12，第五导叶通道的进汽量为总蒸汽量的1/12，第五外流道的进汽量占总进汽量的0.5/12，第六导叶通道的进汽量为总蒸汽量的1/12。
本发明进一步的改进在于，第一导叶通道的截面积与第一外流道的截面积之比为2/3，第二导叶通道的截面积与第二外流道的截面积之比为1/3.5，第三导叶通道的截面积与第三外流道的截面积之比为1/2.5，第四导叶通道的截面积与第四外流道的截面积之比为1/1.5，第五导叶通道的截面积与第五外流道的截面积之比为1/0.5。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，通过采用变截面腔室设计及合理安排的多个周向汽流导叶，将一股汽流分为多股汽流，沿周向不同位置进入通流级做功，实现了对汽流的合理分配。首先，通过采用变截面腔室设计，适应了蒸汽在外流道内流动过程中的流量变化，使蒸汽在进汽流道各截面的流速分布趋于均匀，减小进汽的压力、温度损失，提高了汽轮机效率；此外，通过合理布置弯曲的汽流导叶，形成了沿周向分布的多个导叶通道，使进汽量在周向分布趋于均匀，减小因进汽而对转子产生的汽流力，提高了机组运行的安全性和稳定性。
进一步，所述汽轮机的进汽流道截面积沿进汽方向单调减小，由于装置采用轴对称设计，因此仅以一半为例说明汽流运动情况。蒸汽沿正对转子轴线方向进入该进汽装置，一部分蒸汽从正对来流的第一导叶通道进汽，余下的蒸汽从正对进汽口的导汽流叶与进汽流道壳体组成的第一外流道流入左侧进汽流道，随后蒸汽在进汽流道内周向流动的过程中依次从第二导叶通道至第六导叶通道进汽，最后在转子的作用下被带向后面的通流级。通过采用变截面腔室设计，以适应蒸汽在流动过程中的流量变化，使蒸汽在进汽流道内各截面的流速分布趋于均匀，减小进汽的压力、温度损失，提高汽轮机效率；通过合理布置汽流导叶，使进汽量在周向分布趋于均匀，减小因进汽而对转子产生的汽流力，提高机组运行的安全性和稳定性。
进一步，进汽方向沿正对转子轴向方向，进汽流道呈对称结构，在进汽流道内设有若干沿蒸汽流动方向均匀分布的弯曲汽流导叶，使得沿各导叶通道进入的汽流能够适应通流级内的主汽流流动方向。根据预先设计的流量分配方案，各导叶通道入口的横截面积与外侧进汽流道截面积的比值应与设计匹配。
进一步，其采用的汽流导叶均采用流线型设计，减小汽流阻力，其中，导叶起始端斜率与进汽流道内汽流方向相当，减小汽流分割时造成的损失；导叶终止端斜率与主流汽流出汽角相当，减少补汽汽流汇入主流汽流时的冲击损失。此外，汽流导叶通过焊接安装至进汽流道内。
进一步，进汽流道截面面积沿周向变化，以适应进汽流道内汽体流量变化。由于进汽流道内需要安装多个汽流导叶，因此，腔室截面设计应考虑导叶安装问题，具体形状并无限制。
进一步，该汽轮机均匀进汽/补汽装置为轴对称腔室结构，具有水平中分面，装置分为上下两部分，通过连接件组合为一个整体，进汽方向为正对转子轴向方向。
附图说明
图1是传统的进汽方式示意图；
图2是单螺旋进汽方式示意图；
图3是双螺旋进汽方式示意图；
图4是本发明的进汽方式设计示意图；
图5是本发明的进汽/补汽装置示意图；
图6是本发明的进汽/补汽装置下半部分示意图；
图7是本发明的进汽/补汽装置左半部分示意图。
附图标记说明：
1为进汽管道壳体，2为进汽流道壳体上半部分，3为进汽流道壳体下半部分，4为汽流导叶，5为进汽流道，5a、5b、5c、5d及5e为第一外流道至第五外流道，6a、6b、6c、6d、6e及6f为第一外流道至第六导叶通道，7为转子。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
参见图4至图7，本发明提供的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，包括呈圆环状的进汽流道壳体以及与该进汽流道壳体相连通的进汽管道壳体1；其中，该汽流道壳体的进汽流道5轴对称设置，且进汽流道5的截面积沿进汽流动方向单调减小，进汽管道壳体1连通在进汽流道5的截面积最大处，且该汽流道壳体的进汽流道5内壁上轴对称设置有若干汽流导叶4。
具体来说，汽流导叶4包括自进汽流道5开始轴对称设置的第一汽流导叶、第二汽流导叶、第三汽流导叶、第四汽流导叶和第五汽流导叶；两个第一汽流导叶之间形成第一导叶通道6a，第一汽流导叶与进汽流道5内壁之间形成第一外流道5a，第一汽流导叶与第二汽流导叶之间形成第二导叶通道6b，第二汽流导叶与进汽流道5内壁之间形成第二外流道5b，第二汽流导叶与第三汽流导叶之间形成第三导叶通道6c，第三汽流导叶与进汽流道5内壁之间形成第三外流道5c，第三汽流导叶与第四汽流导叶之间形成第四导叶通道6d，第四汽流导叶与进汽流道5内壁之间形成第四外流道5d，第四汽流导叶与第五汽流导叶之间形成第五导叶通道6e，第五汽流导叶与进汽流道5内壁之间形成第五外流道5e，两个第五汽流导叶之间形成第六导叶通道6f。
本发明采用对称结构，蒸汽沿垂直于转子轴线方向进入该进汽装置，一部分蒸汽从正对来流的第一导叶通道6a进入汽轮机，余下的蒸汽从正对进气口的汽流导叶4与进汽流道壳体组成的第一外流道5a流入进汽流道5，随后蒸汽在进汽流道5内周向流动的过程中依次从第二导叶通道6b至第六导叶通道6f进汽，最后在转子7的作用下被带向后面的通流级。
本发明的特点是在进汽流道周向合理安排了多个弯曲的汽流导叶4，相邻两块汽流导叶之间形成导叶通道，为了严格控制从主汽流分离出来的蒸汽流量，应保证各导叶通道入口的横截面积与外流道截面积的比值满足一定的比例关系，这一比例关系由进汽量在各导叶通道的分配确定。
以图4所示进汽结构为例，介绍本发明的具体内部结构，转子周向分为12等份，第一导叶通道6a的进汽量应占总进汽量的3/12，由于采用轴对称结构设计，第一外流道5a的进汽量应占4.5/12，所以应保证第一外通道5a入口的截面积的与第一导叶通道6a入口的截面积之比为3/2。蒸汽被正对进汽口的汽流导叶向左右分流后，进入左侧进汽通道，下面以左侧结构为例说明汽流运动情况。当蒸汽流经第二导叶通道6b时，由流量配比关系可知，第二导叶通道6b进汽量为总进汽量的1/12，此时进汽流道5内的蒸汽量应为第一外流道5a的进汽量，即4.5/12。由此可知，为保证进汽流道5截面积与蒸汽量相匹配，应使得第二导叶通道6b入口的截面积与同一周向位置处第二外流道5b截面积之比为1/3.5。与第二导叶通道6b类似，当蒸汽流经第三导叶通道6c时，进汽流道5内蒸汽量仅剩总进汽的3.5/12，第三导叶通道6c的进汽量同样也为总蒸汽量的1/12，所以应保证第三导叶通道6c入口的截面积与同一周向位置处第三外流道5c截面积之比为1/2.5，后面的第四导叶通道至第六导叶通道6f由此类推，通流截面积之比分别为1/1.5、1/0.5，最后第六导叶通道6f处左右两侧各0.5/12的蒸汽量汇合成1/12，向通流级进汽。
本发明中进汽流道截面积沿周向变化，随着蒸汽逐渐向通流级进汽，整个流道内流动的蒸汽量逐渐减少，绕流半圈后，剩余蒸汽全部从第六导叶通道6f流入通流级。本方案蒸汽在进汽流道5内流速相等，流动均匀，可有效降低腔室内的进汽损失，提高汽轮机效率；进汽量在周向分布趋于均匀，减小因进汽而对转子产生的汽流力，提高机组运行的安全性和稳定性。
本发明中采用的汽流导叶均采用流线型设计，从而减小汽流阻力，其中，导叶起始端斜率与进汽流道内汽流方向相当，减小汽流分割时造成的损失；导叶终止端斜率与主流汽流出汽角相当，减少补汽汽流汇入主流汽流时的冲击损失。汽流导叶通过焊接安装至进汽流道内。
本发明中采用的进汽流道截面设计应考虑汽流导叶安装问题及截面面积变化问题，具体形状并无限制。
图5至图7为本装置结构示意图。即：图5是本发明的进汽/补汽装置示意图；图6是本发明的进汽/补汽装置下半部分示意图；图7是本发明的进汽/补汽装置左半部分示意图。
此外，该进汽装置是一个轴对称壳体结构，分为上下两部分，通过连接件组合为一个整体，进汽方向为沿正对转子轴向方向。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变，包括非均匀导叶布置及改变导叶数量等。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，其特征在于，包括呈圆环状的进汽流道壳体以及与该进汽流道壳体相连通的进汽管道壳体(1)；其中，
该进 汽流道壳体的进汽流道(5)轴对称设置，且进汽流道(5)的截面积沿进汽流动方向单调减小，进汽管道壳体(1)连通在进汽流道(5)的截面积最大处，且该汽流道壳体的进汽流道(5)内壁上轴对称设置有若干汽流导叶(4)；
汽流导叶(4)包括自进汽流道(5)开始轴对称设置的第一汽流导叶、第二汽流导叶、第三汽流导叶、第四汽流导叶和第五汽流导叶；两个第一汽流导叶之间形成第一导叶通道(6a)，第一汽流导叶与进汽流道(5)内壁之间形成第一外流道(5a)，第一汽流导叶与第二汽流导叶之间形成第二导叶通道(6b)，第二汽流导叶与进汽流道(5)内壁之间形成第二外流道(5b)，第二汽流导叶与第三汽流导叶之间形成第三导叶通道(6c)，第三汽流导叶与进汽流道(5)内壁之间形成第三外流道(5c)，第三汽流导叶与第四汽流导叶之间形成第四导叶通道(6d)，第四汽流导叶与进汽流道(5)内壁之间形成第四外流道(5d)，第四汽流导叶与第五汽流导叶之间形成第五导叶通道(6e)，第五汽流导叶与进汽流道(5)内壁之间形成第五外流道(5e)，两个第五汽流导叶之间形成第六导叶通道(6f)。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，其特征在于，进汽流道壳体包括可拆卸连接的进汽流道壳体上半部分(2)和进汽流道壳体下半部分(3)。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，其特征在于，工作时，蒸汽沿正对转子轴线方向通过进汽管道壳体(1)进入该进汽/补汽装置，一部分蒸汽从正对来流的第一导叶通道(6a)进汽，余下的蒸汽从正对进汽口的导汽流叶与进汽流道壳体组成的第一外流道(5a)流入进汽流道(5)，随后蒸汽在进汽流道(5)内周向流动的过程中依次从第二导叶通道(6b)至第六导叶通道(6f)进汽，最后在转子(7)的作用下被带向后面的通流级。
4.根据权利要求3所述的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，其特征在于，第一导叶通道(6a)的进汽量占总进汽量的3/12，第一外流道(5a)的进汽量占总进汽量的4.5/12，第二导叶通道(6b)的进汽量为总进汽量的1/12，第二外流道(5b)的进汽量占总进汽量的3.5/12，第三导叶通道(6c)的进汽量为总蒸汽量的1/12，第三外流道(5c)的进汽量占总进汽量的2.5/12，第四导叶通道(6d)的进汽量为总蒸汽量的1/12，第四外流道(5d)的进汽量占总进汽量的1.5/12，第五导叶通道(6e)的进汽量为总蒸汽量的1/12，第五外流道(5e)的进汽量占总进汽量的0.5/12，第六导叶通道(6f)的进汽量为总蒸汽量的1/12。
5.根据权利要求3所述的一种汽轮机均匀进汽/补汽装置，其特征在于，第一导叶通道(6a)的截面积与第一外流道(5a)的截面积之比为2/3，第二导叶通道(6b)的截面积与第二外流道(5b)的截面积之比为1/3.5，第三导叶通道(6c)的截面积与第三外流道(5c)的截面积之比为1/2.5，第四导叶通道(6d)的截面积与第四外流道(5d)的截面积之比为1/1.5，第五导叶通道(6e)的截面积与第五外流道(5e)的截面积之比为1/0.5。
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