CN115749968B - 一种混合透平结构及混合透平的运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合透平结构及混合透平的运行方法,涉及透平技术领域,包括相互连接的双列复速级、掺混腔室和轴流级;所述双列复速级内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶,第一列静叶与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ。本发明提供的混合透平结构及混合透平的运行方法,适用于舰船、有机工质等场合,可以有效减少机组级数、缩短轴向距离、增加叶高,同时更好地与进汽结构匹配,获得较高的效率。
Description
技术领域
本发明涉及透平技术领域,具体涉及一种混合透平结构及混合透平的运行方法。
背景技术
透平作为现代化国家的重要能源动力装备,在舰船、地热发电、废热回收发电等领域有广泛的应用。
随着舰船领域的不断发展,船用透平的功率范围越来越广、效率要求越来越高,但船用透平在提效设计时,受到轴向距离和体积的严格限制,不能增加过于复杂的机械装置。
随着国家能源战略的转变,利用有机工质透平实现地热发电、废热回收发电作为一种绿色清洁能源利用方式受到关注。为降低成本、提高灵活性,有机工质透平需实现更小的设备体积,以提高单位体积的功率密度。
轴流式透平因功率大、效率高被广泛应用于火电、核电等领域大型能源动力装备,但在小功率机组中,由于流量太小导致叶片高度过短,效率较低,且常规轴流式透平级次多、轴向距离长,使用范围受到限制。径流式透平因单级焓降大、膨胀比高被广泛应用于超临界CO2循环等领域小型能源动力装备,但单级径流式透平适用功率很小、效率较低,多级径流式透平结构复杂、体积较大、效率较低,使用范围同样受到限制。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述存在的问题,本发明提供一种混合透平结构及混合透平的运行方法,适用于舰船、有机工质等场合,可以有效减少机组级数、缩短轴向距离、增加叶高,同时更好地与进汽结构匹配,获得较高的效率。
本发明采用的技术方案如下:
一种混合透平结构,包括双列复速级、掺混腔室和轴流级,所述掺混腔室的进汽口与双列复速级的出汽口连通,所述掺混腔室的出汽口与轴流级的进汽口连通;所述双列复速级内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶,第一列静叶与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ。
由于采用了上述技术方案,双列复速级能承担大焓降,从而减小轴流级的焓降,进而减少轴流级的级数,达到缩短机组轴向距离的目的;双列复速级呈倾斜结构,能起到导流叶片的作用,与进汽结构更好地匹配,使整体结构更加紧凑,同时还能增加叶片的宽度,增大叶片强度,保证安全性;双列复速级第二列动叶与轴流级首级静叶的根径和叶高可能存在差异,掺混腔室可使二者在结构上更好地衔接;双列复速级+轴流级的混合透平结构,通过合理分配焓降和选择轴流级次,可在各种功率等级内取得较高的效率,适用范围广,尤其适用于各种功率等级的船用透平和有机工质透平。
进一步地,所述角度α、角度β和角度γ的取值为15-30度。
进一步地,所述第一列静叶和第二列静叶均为局部进汽结构,所述第一列静叶上设有可供汽流通过的第一进汽扇区和阻止汽流通过的第一阻汽扇区,所述第二列静叶上设有可供汽流通过的第二进汽扇区和阻止汽流通过的第二阻汽扇区;所述第一列动叶和第二列动叶为全周进汽结构。
由于采用了上述技术方案,局部进汽结构,可以使得第一列静叶和第二列静叶在保障进汽面积的同时根据需求增大整圈面积,实现增加叶片高度,减小根、顶部损失的效果,保证加工可行性。
进一步地,所述第一列静叶上沿周向均布有n个第一进汽扇区,n为1以上的整数,所述第一进汽扇区与第一阻汽扇区交错设置;所述第二列静叶上沿周向均布有m个第一进汽扇区,m为1以上的整数,所述第二进汽扇区与第二阻汽扇区交错设置。
进一步地,所述第一进汽扇区的数量n与第二进汽扇区的数量m相等,所述第一进汽扇区与第二进汽扇区一一对应。
进一步地,每个第一进汽扇区的弧度根据机组实际情况而定,所述第二进汽扇区的弧度大于对应的第一进汽扇区的弧度。
由于采用了上述技术方案,可以避免汽流冲击到第二列静叶的第二阻汽扇区,减小第二列静叶的弧端损失。
进一步地,所述第一进汽扇区的数量n及第二进汽扇区的数量m的取值为1-4。
进一步地,所述双列复速级的进汽口处连接有进汽结构,所述双列复速级的进汽口与第一列静叶之间形成有进汽段,所述进汽段沿汽体流动的方向呈倾斜结构。
由于采用了上述技术方案,使得双列复速级可以与进汽结构更好地衔接。
一种混合透平的运行方法,应用于混合透平结构,所述混合透平结构包括双列复速级、掺混腔室和轴流级,所述掺混腔室的进汽口与双列复速级的出汽口连通,所述掺混腔室的出汽口与轴流级的进汽口连通;所述双列复速级内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶,第一列静叶与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ,包括如下步骤:
做功步骤:高温高压汽流自进汽结构沿倾斜结构进入双列复速级,并在第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶的作用下膨胀做功,压力和温度明显下降,最后自双列复速级的出汽口进入掺混腔室;
掺混步骤:汽流在掺混腔室处减速增压并混合均匀后,沿轴向进入下游轴流级。
进一步地,所述第一列静叶和第二列静叶均为局部进汽结构,所述第一列静叶上设有可供汽流通过的第一进汽扇区和阻止汽流通过的第一阻汽扇区,所述第一列静叶上沿周向均布有n个第一进汽扇区,n为1以上的整数,所述第一进汽扇区与第一阻汽扇区交错设置;所述第二列静叶上设有可供汽流通过的第二进汽扇区和阻止汽流通过的第二阻汽扇区;所述第二列静叶上沿周向均布有m个第一进汽扇区,所述第一进汽扇区的数量n与第二进汽扇区的数量m相等,所述第一进汽扇区与第二进汽扇区一一对应;所述第一列动叶和第二列动叶为全周进汽结构。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明双列复速级能承担大焓降,从而减小轴流级的焓降,进而减少轴流级的级数,达到缩短机组轴向距离的目的。
2、本发明双列复速级呈倾斜结构,能起到导流叶片的作用,与进汽结构更好地匹配,使整体结构更加紧凑,同时还能增加叶片的宽度,增大叶片强度,保证安全性。
3、本发明的双列复速级第二列动叶与轴流级首级静叶的根径和叶高可能存在差异,掺混腔室可使二者在结构上更好地衔接。
4、本发明双列复速级+轴流级的混合透平结构,通过合理分配焓降和选择轴流级次,可在各种功率等级内取得较高的效率,适用范围广,尤其适用于各种功率等级的船用透平和有机工质透平。
5、本发明第一列静叶和第二列静叶采用局部进汽结构,可以使得第一列静叶和第二列静叶在保障进汽面积的同时根据需求增大整圈面积,实现增加叶片高度,减小根、顶部损失的效果,保证加工可行性。
6、本发明第二进汽扇区的弧度大于对应的第一进汽扇区的弧度,可以避免汽流冲击到第二列静叶的第二阻汽扇区,减小第二列静叶的弧端损失。
7、双列复速级后汽流速度快,设置掺混腔室可使汽流减速增压、混合均匀,从而提高下游轴流级的效率。
附图说明
图1是本发明混合透平结构的结构示意图;
图2是本发明双列复速级的结构示意图;
图3是本发明第一列静叶的结构示意图;
图4是本发明第二列静叶的结构示意图。
图中标记:1-双列复速级,2-掺混腔室,3-轴流级,4-第一列静叶,5-第一列动叶,6-第二列静叶,7-第二列动叶,8-第一进汽扇区,9-第一阻汽扇区,10-第二进汽扇区,11-第二阻汽扇区。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种混合透平结构,如图1-4所示,包括双列复速级1、掺混腔室2和轴流级3,所述掺混腔室2的进汽口与双列复速级1的出汽口连通,所述掺混腔室2的出汽口与轴流级3的进汽口连通;所述双列复速级1内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶4、第一列动叶5、第二列静叶6和第二列动叶7,第一列静叶4与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶5与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶6与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶7与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ。具体地说,双列复速级1能承担大焓降,从而减小轴流级3的焓降,进而减少轴流级3的级数,达到缩短机组轴向距离的目的;双列复速级1呈倾斜结构,能起到导流叶片的作用,与进汽结构更好地匹配,使整体结构更加紧凑,同时还能增加叶片的宽度,增大叶片强度,保证安全性;双列复速级1第二列动叶7与轴流级3首级静叶的根径和叶高可能存在差异,掺混腔室2可使二者在结构上更好地衔接;双列复速级1+轴流级3的混合透平结构,通过合理分配焓降和选择汽轴流级次,可在各种功率等级内取得较高的效率,适用范围广,尤其适用于各种功率等级的船用透平和有机工质透平。
所述角度α为25度,角度β为22度,角度γ为20度。
所述第一列静叶4和第二列静叶6均为局部进汽结构,所述第一列静叶4上设有可供汽流通过的第一进汽扇区8和阻止汽流通过的第一阻汽扇区9,所述第二列静叶6上设有可供汽流通过的第二进汽扇区10和阻止汽流通过的第二阻汽扇区11;所述第一列动叶5和第二列动叶7为全周进汽结构。具体地说,局部进汽结构,可以使得第一列静叶4和第二列静叶6在保障进汽面积的同时根据需求增大整圈面积,实现增加叶片高度,减小根、顶部损失的效果,保证加工可行性。
所述第一列静叶4上沿周向均布有n个第一进汽扇区8,n为1以上的整数,所述第一进汽扇区8与第一阻汽扇区9交错设置;所述第二列静叶6上沿周向均布有m个第一进汽扇区8,m为1以上的整数,所述第二进汽扇区10与第二阻汽扇区11交错设置。
所述第一进汽扇区8的数量n与第二进汽扇区10的数量m相等,所述第一进汽扇区8与第二进汽扇区10一一对应。
所述第二进汽扇区10的弧度大于对应的第一进汽扇区8的弧度。具体地说,可以避免汽流冲击到第二列静叶6的第二阻汽扇区11,减小第二列静叶6的弧端损失。
所述第一进汽扇区8的数量n及第二进汽扇区10的数量m的取值为3。
第一进汽扇区8的数值n为3时,包括进汽A区、进汽B区和进汽C区,相对应的,第二进汽扇区10的数量m为3,包括进汽D区、进汽E区和进汽F区;所述进汽A区与进汽D区对应,所述进汽B区与进汽E区对应,所述进汽C区与进汽F区对应;所述进汽A区的弧度为θ11,进汽D区的弧度为θ21,θ21>θ11,所述进汽B区的弧度为θ12,进汽E区的弧度为θ22,θ22>θ12,所述进汽C区的弧度为θ13,进汽F区的弧度为θ23,θ23>θ13。
θ11、θ12、θ13、θ21、θ22和θ23的数值根据机组实际情况而定。
所述双列复速级1的进汽口处连接有进汽结构,所述双列复速级1的进汽口与第一列静叶4之间形成有进汽段,所述进汽段沿汽体流动的方向呈倾斜结构。具体地说,使得双列复速级1可以与进汽结构更好地衔接。
实施例2
一种混合透平的运行方法,如图1-4所示,应用于混合透平结构,所述混合透平结构包括双列复速级1、掺混腔室2和轴流级3,所述掺混腔室2的进汽口与双列复速级1的出汽口连通,所述掺混腔室2的出汽口与轴流级3的进汽口连通;所述双列复速级1内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶4、第一列动叶5、第二列静叶6和第二列动叶7,第一列静叶4与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶5与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶6与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶7与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ,包括如下步骤:
做功步骤:高温高压汽流自进汽结构沿倾斜结构进入双列复速级1,并在第一列静叶4、第一列动叶5、第二列静叶6和第二列动叶7的作用下膨胀做功,压力和温度明显下降,最后自双列复速级1的出汽口进入掺混腔室2;
掺混步骤:汽流在掺混腔室2处减速增压并混合均匀后,沿轴向进入下游轴流级3。
所述第一列静叶4和第二列静叶6均为局部进汽结构,所述第一列静叶4上设有可供汽流通过的第一进汽扇区8和阻止汽流通过的第一阻汽扇区9,所述第一列静叶4上沿周向均布有n个第一进汽扇区8,n为3,所述第一进汽扇区8与第一阻汽扇区9交错设置;所述第二列静叶6上设有可供汽流通过的第二进汽扇区10和阻止汽流通过的第二阻汽扇区11;所述第二列静叶6上沿周向均布有m个第一进汽扇区8,所述第一进汽扇区8的数量n与第二进汽扇区10的数量m相等,所述第一进汽扇区8与第二进汽扇区10一一对应;所述第一列动叶5和第二列动叶7为全周进汽结构。
本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (10)
1.一种混合透平结构,其特征在于,包括双列复速级、掺混腔室和轴流级,所述掺混腔室的进汽口与双列复速级的出汽口连通,所述掺混腔室的出汽口与轴流级的进汽口连通;所述双列复速级内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶,第一列静叶与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ。
2.如权利要求1所述的混合透平结构,其特征在于,所述角度α、角度β和角度γ的取值为15-30度。
3.如权利要求1或2所述的混合透平结构,其特征在于,所述第一列静叶和第二列静叶均为局部进汽结构,所述第一列静叶上设有可供汽流通过的第一进汽扇区和阻止汽流通过的第一阻汽扇区,所述第二列静叶上设有可供汽流通过的第二进汽扇区和阻止汽流通过的第二阻汽扇区;所述第一列动叶和第二列动叶为全周进汽结构。
4.如权利要求3所述的混合透平结构,其特征在于,所述第一列静叶上沿周向均布有n个第一进汽扇区,n为1以上的整数,所述第一进汽扇区与第一阻汽扇区交错设置;所述第二列静叶上沿周向均布有m个第一进汽扇区,m为1以上的整数,所述第二进汽扇区与第二阻汽扇区交错设置。
5.如权利要求4所述的混合透平结构,其特征在于,所述第一进汽扇区的数量n与第二进汽扇区的数量m相等,所述第一进汽扇区与第二进汽扇区一一对应。
6.如权利要求5所述的混合透平结构,其特征在于,每个第一进汽扇区的弧度根据机组实际情况而定,所述第二进汽扇区的弧度大于对应的第一进汽扇区的弧度。
7.如权利要求5所述的混合透平结构,其特征在于,所述第一进汽扇区的数量n及第二进汽扇区的数量m的取值为1-4。
8.如权利要求1所述的混合透平结构,其特征在于,所述双列复速级的进汽口处连接有进汽结构,所述双列复速级的进汽口与第一列静叶之间形成有进汽段,所述进汽段沿汽体流动的方向呈倾斜结构。
9.一种混合透平的运行方法,应用于混合透平结构,所述混合透平结构包括双列复速级、掺混腔室和轴流级,所述掺混腔室的进汽口与双列复速级的出汽口连通,所述掺混腔室的出汽口与轴流级的进汽口连通;所述双列复速级内沿汽体流动的方向依次设置有第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶,第一列静叶与转子中心线之间形成有角度为α的倾斜角,第一列动叶与转子中心线之间形成有角度为β的倾斜角,所述第二列静叶与转子中心线之间形成有角度为γ的倾斜角,第二列动叶与转子中心线平行;角度α>角度β>角度γ,其特征在于,包括如下步骤:
做功步骤:高温高压汽流自进汽结构沿倾斜结构进入双列复速级,并在第一列静叶、第一列动叶、第二列静叶和第二列动叶的作用下膨胀做功,压力和温度明显下降,最后自双列复速级的出汽口进入掺混腔室;
掺混步骤:汽流在掺混腔室处减速增压并混合均匀后,沿轴向进入下游轴流级。
10.如权利要求9所述的混合透平的运行方法,其特征在于,所述第一列静叶和第二列静叶均为局部进汽结构,所述第一列静叶上设有可供汽流通过的第一进汽扇区和阻止汽流通过的第一阻汽扇区,所述第一列静叶上沿周向均布有n个第一进汽扇区,n为1以上的整数,所述第一进汽扇区与第一阻汽扇区交错设置;所述第二列静叶上设有可供汽流通过的第二进汽扇区和阻止汽流通过的第二阻汽扇区;所述第二列静叶上沿周向均布有m个第一进汽扇区,所述第一进汽扇区的数量n与第二进汽扇区的数量m相等,所述第一进汽扇区与第二进汽扇区一一对应;所述第一列动叶和第二列动叶为全周进汽结构。
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