CN1743645A - 一种径流式汽轮机 - Google Patents

Abstract

一种径流式汽轮机，包括气缸、定子和转子，定子和转子设在气缸内，其特征在于：所述气缸内设有由气缸、定子和转子形成的使蒸汽定向流动的完整的蒸汽流道，依次包括进汽管、进汽室、多个向心能量转换流道组、至少一个汽流换向流道组和排汽室，其中向心能量转换流道组的数量为至少两个，汽流换向流道组的数量比向心能量转换流道组少一个，且所有向心能量转换流道组和汽流换向流道组沿转子的轴向相互交错排列，进汽室出口和各汽流换向流道组末端均设有多个渐缩式喷嘴。本发明对照现有技术的有益效果是，内部结构合理，热量转换效率高，转子结构紧凑简单，重量轻，高速旋转刚性好，拥有很好的抗超速、抗振、抗冲击性能。

Description

一种径流式汽轮机

技术领域

本发明涉及一种汽轮机，更具体地说涉及一种采用渐缩式喷嘴扩压膨胀向心喷射产生的冲动力来驱动转子旋转的径流式汽轮机。

背景技术

现有的已被广泛应用于工业生产的传统汽轮机，大多是叶片式汽轮机，包括凝汽式、抽汽凝汽式、背压式、抽汽背压式、抽汽式、中间再热式等，其基本结构大体相同，转子可分为单级和多级结构，依靠工作介质蒸汽的膨胀做功，包括进汽室、喷嘴组、叶片、叶轮、主轴、定子、排汽室等。在小流量下热效率较低，结构复杂，叶片加工要求高，加工周期长，成本高，而且操作与维护要求严格，由于叶轮与叶片采用装配式连接，刚性差，运行安全稳定可靠性不高，在实际应用中易发生事故，造成不同程度的经济损失，甚至发生严重的机毁损失。

发明内容

本发明的目的是对现有汽轮机进行改进，提供一种径流式汽轮机，可以较好的减少工作介质蒸汽在汽轮机通流部分转换过程中的能量损失、提高效率和运行安全稳定可靠性，采用的技术方案如下：

本发明的一种径流式汽轮机，包括气缸、定子和转子，定子和转子设在气缸内，其特征在于：所述气缸内设有由气缸、定子和转子形成的使蒸汽定向流动的完整的蒸汽流道，依次包括进汽管、进汽室、多个向心能量转换流道组、至少一个汽流换向流道组和排汽室，其中向心能量转换流道组的数量为至少两个，汽流换向流道组的数量比向心能量转换流道组少一个，且所有向心能量转换流道组和汽流换向流道组沿转子的轴向相互交错排列，进汽室出口和各汽流换向流道组末端均设有多个渐缩式喷嘴。

所述转子包括主轴和多个设在主轴上的叶轮，叶轮上设有多个能量转换叶片，相邻两个叶轮之间设有定位环，所述定子包括隔板套、多个导流环和级间隔板，隔板套固定在气缸内，各导流环和级间隔板均安装在隔板套上，且导流环和向心能量转换流道组的数量相同，级间隔板的数目和汽流换向流道组相同，两个相邻叶轮之间由级间隔板隔离，级间隔板左侧端面设有多个离心汽流导向叶片、右侧端面设有多个向心喷嘴叶片，两个相邻的向心喷嘴叶片和与该级间隔板对应的导流环之间形成渐缩式喷嘴，转子的叶轮与级间隔板之间设有导流环，导流环与级间隔板之间由圆柱销连接，最后一个叶轮和排气室之间还设有一个导流环，该导流环固定在隔板套上。

所述向心能量转换流道组的流道均由叶轮上两个相邻的能量转换叶片和与该叶轮对应的导流环之间的空间形成，汽流换向流道组的流道均由定子上的导流环两个相邻的离心汽流导向叶片、隔板套和与该导流环对应的级间隔板之间的空间形成。

转子的叶轮上的叶片是呈“L”字形的径周弯扭叶片，叶片在沿径向弯曲延伸的同时也沿周向扭曲。由于文字难以很好的描述，请参照各附图。

同一向心能量转换流道组的各向心能量转换流道沿转子的周向均匀分布，同一汽流换向流道组的各汽流向流道沿转子的周向均匀分布，各向心能量转换流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大，各汽流换向流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大。

各汽流换向流道组的末端互相连通，形成汇合流道，汇合流道出口设有多个渐缩式喷嘴。

根据使用要求不同，上述的转子上各叶轮可以是等直径，也可以由高压至低压方向依次增大，多级不同直径的向心级叶轮排列形成圆锥台状。

转子的主轴与各叶轮、定位环之间的连接方式可采用径向键连接，也可由轴向键连接。

所述定位环外圆周表面和对应的级间隔板内孔之间设有级间汽封，该级间汽封由多道环形齿片组成。

导流环可以由至少2块部件组装而成。

汽缸可以由至少2块以上汽缸壳体组成。

所述的排汽室设在汽缸后部的下方，根据不同使用要求，可以设为下排汽、左侧排汽、右侧排汽、上排汽等四种方式。

径流式汽轮机还包括机座、前轴承箱、盘车装置、调节控制机构、调节汽阀和后轴承箱，气缸、前轴承箱、盘车装置、调节控制机构、后轴承箱和调节汽阀均设在机座上，前轴承箱、调节控制机构和盘车装置位于气缸前端，盘车装置设在前部轴承箱内，并通过牙嵌式离合器来驱动转子旋转进行盘车，调节汽阀设在气缸上端，并且调节汽阀出口连接进汽管，后轴承箱设在气缸后端。

转子设有前汽封和后汽封，转子前端由前轴承箱内的轴承支承，后端由后轴承箱内的轴承支承。

后轴承箱内还设有推力轴承，且推力轴承套设在转子后端，可以使汽缸、隔板套的膨胀方向与转子的热膨胀方向保持同一方向。

汽轮机下方隔板套最低处和汽缸最低处，均设有使机内凝结水排尽的排水接管。

在汽轮机右端后轴承上方设有可供开启的箱盖，由紧固件与后汽缸下壳体相连接。

本发明对照现有技术的有益效果是，内部结构合理，热量转换效率高，转子结构紧凑简单，重量轻，高速旋转刚性好，由于各级向心级叶轮上的叶片与叶轮为刚性连接，拥有很好的抗超速、抗振、抗冲击性能，因此高速运行安全稳定可靠性高，转子轴向尺寸小，整机外形尺寸小、重量轻，制造简单方便，原材料耗量少，生产周期短，制造成本低，维护与维修方便，工作介质蒸汽在汽轮机通流部分转换过程中的能量损失小、效率高，即使遇到超速运行或湿蒸汽时也不会导致叶片断裂的事故发生。

附图说明

图1是本发明优选实施例的纵向剖视图；

图2是图1所示优选实施例的汽轮机气缸部分的纵向剖视图；

图3是图2中I处的局部放大结构示意图；

图4是图2中A-A截面的剖视图；

图5是图4中II处局部放大结构示意图；

图6是图2中B-B截面的剖视图；

图7是图6中F-F截面的剖视图；

图8是图2中C-C截面的剖视图；

图9是图8中III处局部放大结构示意图；

图10是图2中D-D截面的剖视图；

图11是图10中G-G截面的剖视图；

图12是图2中E-E截面的剖视图；

图13是图12中IV处局部放大结构示意图；

图14是图1所示优选实施例的转子部分纵向剖视图；

图15是图1所示优选实施例的转子的局部立体结构示意图；

图16是图2中I处汽缸纵向结构剖视图卸去转子后；

图17是图2中I处局部放大后的汽轮机内部蒸汽流动示意图。

具体实施方式

如图1-17所示，本优选实施例中的径流式汽轮机，包括气缸、定子和转子。

如图1-3所示，定子和转子设在气缸内，所述气缸内设有由气缸、定子和转子形成的使蒸汽定向流动的完整的蒸汽流道，依次包括进汽管7、进汽室、向心能量转换流道组、汽流换向流道组和排汽室37，其中向心能量转换流道组的数量为3个，分别为第一向心能量转换流道组41、第二向心能量转换流道组42、第三向心能量转换流道组43，汽流换向流道组的数量为2个，分别为第一汽流换向流道组35、第二汽流换向流道组36，且所有向心能量转换流道组和汽流换向流道组沿转子的轴向相互交错排列，进汽室出口和各汽流换向流道组末端均设有多个渐缩式喷嘴。

如图3所示，在进汽室9出口设有第一渐缩式喷嘴28。

如图3、8、12所示，由于各汽流换向流道组的末端互相连通，形成汇合流道，所以在汇合流道末端设有多个渐缩式喷嘴。第一汽流换向流道组35末端的第一汇合流道44出口设有多个第二渐缩式喷嘴20，第二汽流换向流道组36末端的第二汇合流道45出口设有多个第三渐缩式喷嘴31。各渐缩式喷嘴的数目可以根据需要和实际情况设置。

如图1、2、4所示，汽缸由4块汽缸壳体组成，分别是前汽缸上壳体8、前汽缸下壳体24、后汽缸上壳体12和后汽缸下壳体18。本实施例中，由于汽缸是4个组件装配而成的，为了避免高温蒸汽对前汽缸上壳体8、前汽缸下壳体24装配处的影响，避免不安全的因素，进汽室设为两个，分别是上进汽室9和下进汽室23，上进汽室9和下进汽室23的出口均设有多个第一渐缩式喷嘴28。第一渐缩式喷嘴28的数目可以根据需要和实际情况设置。

如图14、15所示，所述转子包括主轴10和3个叶轮，分别为第一叶轮27、第二叶轮26和第三叶轮25，相邻两个叶轮之间均设有定位环32，第一叶轮27上设有多个第一能量转换叶片38，第二叶轮26上设有多个第二能量转换叶片39，第三叶轮25上设有多个第三能量转换叶片40。转子的叶轮上的叶片，包括第一能量转换叶片38、第二能量转换叶片39、第三能量转换叶片40均是径周弯扭叶片。叶片是呈“L”字形的径周弯扭叶片，叶片在沿径向弯曲延伸的同时也沿周向扭曲。由于文字难以很好的描述，请参照各附图。

如图1-3所示，所述定子包括隔板套13、2个导流环和2个级间隔板，隔板套13固定在气缸内，各导流环和级间隔板均安装在隔板套13上，且导流环和向心能量转换流道组的数量相同，为3个，分别是第一导流环22、第二导流环21、第三导流环19。级间隔板的数目和汽流换向流道组相同，为2个，分别是第一级间隔板11和第二级间隔板14。

如图6-13所示，两个相邻叶轮之间由级间隔板隔离，级间隔板左侧端面设有多个离心汽流导向叶片、右侧端面设有多个向心喷嘴叶片，两个相邻的向心喷嘴叶片和与该级间隔板对应的导流环之间形成渐缩式喷嘴。第一叶轮27和第二叶轮26之间由第一级间隔板11隔离，第一级间隔板11左侧端面设有多个第一离心汽流导向叶片29、右侧端面设有多个第一向心喷嘴叶片30，两个相邻第一向心喷嘴叶片30和与第一级间隔板11对应的第二导流环21之间形成第二渐缩式喷嘴20，第二叶轮26和第三叶轮25之间由第二级间隔板14隔离，第二级间隔板14左侧端面设有多个第二离心汽流导向叶片33、右侧端面设有多个第二向心喷嘴叶片34，两个相邻第二向心喷嘴叶片34和与第二级间隔板14对应的第三导流环19之间形成第三渐缩式喷嘴31。

如图3所示，转子的叶轮与级间隔板之间设有导流环，导流环与级间隔板之间由圆柱销连接。即第一叶轮27和第一级间隔板11之间设有第一导流环22，第二叶轮26和第二级间隔板14之间设有第二导流环21，此外第三叶轮25和排气室37之间还设有第三导流环19，第三导流环19固定在隔板套13上。

如图3、4、8、12所示，各向心能量转换流道组由叶轮和与该叶轮对应的导流环之间的空间形成，汽流换向流道组由定子上的导流环、隔板套和与该导流环对应的级间隔板之间的空间形成。即第一向心能量转换流道组41由转子的第一叶轮27和定子上与第一叶轮27对应的第一导流环22之间的空间形成，第二向心能量转换流道组42由转子的第二叶轮26和定子上与第二叶轮26对应的第二导流环21之间的空间形成，第三向心能量转换流道组43由转子的第三叶轮25和定子上与第三叶轮25对应的第三导流环19之间的空间形成。第一汽流换向流道组35由定子上的第一导流环22、隔板套13和与第一导流环22对应的第一级间隔板11之间的空间形成，第二汽流换向流道组36由定子上的第二导流环21、隔板套13和与第二导流环21对应的第二级间隔板14之间的空间形成。

进汽管7的出口分别连接上进汽室9和下进汽室23，上进汽室9和下进汽室23的出口分别连接第一向心能量转换流道组41的入口，第一向心能量转换流道组41的出口连接第一汽流换向流道组35的入口，第一汽流换向流道组35的出口连接第二向心能量转换流道组42的入口，第二向心能量转换流道组42的出口连接第二汽流换向流道组36的入口，第二汽流换向流道组36的出口连接第三向心能量转换流道组43的入口，第三向心能量转换流道组43的出口连接排汽室37。

同一向心能量转换流道组的各向心能量转换流道沿转子的周向均匀分布，同一汽流换向流道组的各汽流向流道沿转子的周向均匀分布，各向心能量转换流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大，各汽流换向流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大。

如图3所示，导流环21由2块部件组装而成。

所述各定位环外圆周表面和对应的级间隔板内孔之间均设有级间汽封，该级间汽封由多道环形齿片组成。

转子上各叶轮直径相同。

转子的主轴10与各叶轮、定位环32之间的连接方式均采用径向键连接。

所述的排汽室37设在汽缸后部的下方，设为下排汽方式。

径流式汽轮机还包括机座、前轴承箱2、盘车装置3、调节控制机构4、调节汽阀5和后轴承箱16。

如图1所示，气缸、前轴承箱2、盘车装置3、调节控制机构4、后轴承箱16和调节汽阀5均设在机座上，前轴承箱2、调节控制机构4和盘车装置5位于气缸前端，盘车装置5设在前部轴承箱2内，并通过牙嵌式离合器来驱动转子旋转进行盘车，调节汽阀5设在气缸上端，并且调节汽阀5出口连接进汽管7，后轴承箱16设在气缸后端。

如图1所示，本实施例中，机座包括前机座1、后机座17。

如图1所示，转子设有前汽封6和后汽封15，转子前端由前轴承箱2内的轴承支承，后端由后轴承箱16内的轴承支承。

本具体实施方式的工作过程，即将高压蒸汽的能量转换为机械能的过程如下：

如图3、17所示，第一级能量转换过程：高压蒸汽由调节阀5经进汽管7分为上下两部分进入上进汽室9与下进汽室23，然后分别从各第一渐缩式喷嘴28进口流入(如图17所示)，蒸汽从第一渐缩式喷嘴28进口流到出口处的过程使蒸汽被逐渐扩压膨胀，扩压膨胀后的高速蒸汽从出口向心喷射推动转子旋转。

由第一渐缩式喷嘴28出口喷射出的高速汽流从第一向心级叶轮27的进口进入第一向心能量转换流道组41后，蒸汽由第一向心能量转换流道组41进口向出口流动过程中转子被冲转，也是带有一定反动度下的蒸汽降压、降焓做功的过程，转子在向心喷射汽流的冲动下和第一叶轮27内部的膨胀气流推动下旋转，做功后的蒸汽从第一向心能量转换流道组41出口流出，即完成了第一级能量转换。

第一级做功后的蒸汽流出后，即沿离心方向流动并进入第一汽流换向流道组35，汽流在进口流向出口的过程中使汽流角得到改变，在流出出口做180°转向进入渐缩式喷嘴进口处，由此完成了第一级做功后的汽流的换向过程，以使第一级做功后的蒸汽热能再次被利用。

第二级能量转换过程：由第一级做功、换向后的蒸汽进入第二渐缩式喷嘴20后，从进口向出口处流动过程中，蒸汽第二次被扩压膨胀，扩压膨胀后的蒸汽从出口第二次作向心喷射冲动转子旋转。

由第二渐缩式喷嘴20出口喷射出的高速汽流从第二叶轮26的进口进入第二向心能量转换流道组42后，蒸汽由进口向出口处流动过程中转子被冲转，也是蒸汽第二次带有一定反动度下的降压、降焓做功的过程，转子在向心喷射汽流的冲动下和第二叶轮26内部的膨胀气流推动下旋转，做功后的蒸汽从第二向心能量转换流道组42出口流出，即完成了第二级能量转换。

第二级做功后的蒸汽从第二向心能量转换流道组42出口流出后，即由轴向至离心方向流动并进入第二汽流换向流道组36，汽流在进口至出口处的流动过程中使汽流角得到改变，在流出出口做180°转向进入第三渐缩式喷嘴31进口处，由此完成了第二级做功后的汽流从轴向到离心再到下一级向心的换向过程，以使第二级做功后的蒸汽热能再次得到利用。

第三级能量转换过程：由第二级做功、换向后的蒸汽进入第三渐缩式喷嘴31后，从进口向出口处流动过程中，蒸汽第三次被扩压膨胀，扩压膨胀后的蒸汽从出口第三次作向心喷射冲动转子旋转。

由第三渐缩式喷嘴31出口喷射出的高速汽流进入第三叶轮25的第三向心能量转换流道组43后，蒸汽由进口向出口处流动过程中转子被冲转，也是蒸汽第三次带有一定反动度下的降压、降焓做功的过程，转子在向心喷射汽流的冲动下和第三叶轮25内部的膨胀气流推动下旋转，做功后的蒸汽从第三向心能量转换流道组43出口流出进入排汽室37后，即完成了第三级能量转换过程。

综上所述，高压蒸汽在上进汽室9、下进汽室23内经过第一级、第二级、第三级的连续能量转换后，完全膨胀做功后的低压蒸汽从后汽缸下壳体下方的排汽口送至凝汽设备进行处理或者是送往其他热用户供余热利用。

Claims (10)

1、一种径流式汽轮机，包括气缸、定子和转子，定子和转子设在气缸内，其特征在于：所述气缸内设有由气缸、定子和转子形成的使蒸汽定向流动的完整的蒸汽流道，依次包括进汽管、进汽室、多个向心能量转换流道组、至少一个汽流换向流道组和排汽室，其中向心能量转换流道组的数量为至少两个，汽流换向流道组的数量比向心能量转换流道组少一个，且所有向心能量转换流道组和汽流换向流道组沿转子的轴向相互交错排列，进汽室出口和各汽流换向流道组末端均设有多个渐缩式喷嘴。

2、如权利要求1所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：所述转子包括主轴和多个设在主轴上的叶轮，叶轮上设有多个能量转换叶片，相邻两个叶轮之间设有定位环，所述定子包括隔板套、多个导流环和级间隔板，隔板套固定在气缸内，各导流环和级间隔板均安装在隔板套上，且导流环和向心能量转换流道组的数量相同，级间隔板的数目和汽流换向流道组相同，两个相邻叶轮之间由级间隔板隔离，级间隔板左侧端面设有多个离心汽流导向叶片、右侧端面设有多个向心喷嘴叶片，两个相邻的向心喷嘴叶片和与该级间隔板对应的导流环之间形成渐缩式喷嘴，转子的叶轮与级间隔板之间设有导流环，导流环与级间隔板之间由圆柱销连接，最后一个叶轮和排气室之间还设有一个导流环，该导流环固定在隔板套上。

3、如权利要求2所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：所述向心能量转换流道组的流道均由叶轮上两个相邻的能量转换叶片和与该叶轮对应的导流环之间的空间形成，汽流换向流道组的流道均由定子上的导流环两个相邻的离心汽流导向叶片、隔板套和与该导流环对应的级间隔板之间的空间形成。

4、如权利要求2或3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：转子的叶轮上的叶片是呈“L”字形的径周弯扭叶片，叶片在沿径向弯曲延伸的同时也沿周向扭曲。

5、如权利要求3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：同一向心能量转换流道组的各向心能量转换流道沿转子的周向均匀分布，同一汽流换向流道组的各汽流向流道沿转子的周向均匀分布，各向心能量转换流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大，各汽流换向流道组的容积沿蒸汽的流向依次增大。

6、如权利要求3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：各汽流换向流道组的末端互相连通，形成汇合流道，汇合流道出口设有多个渐缩式喷嘴。

7、如权利要求3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：转子上各叶轮直径相同；或由高压至低压方向依次增大，多级不同直径的向心级叶轮排列形成圆锥台状。

8、如权利要求3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：所述转子的主轴与各叶轮、定位环之间的连接方式采用径向键连接，或由轴向键连接，定位环外圆周表面和对应的级间隔板内孔之间设有级间汽封，该级间汽封由多道环形齿片组成。

9、如权利要求3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：所述导流环由至少2块部件组装而成，汽缸由至少2块以上汽缸壳体组成。

10、如权利要求1或2或3所述的一种径流式汽轮机，其特征在于：所述径流式汽轮机还包括机座、前轴承箱、盘车装置、调节控制机构、调节汽阀和后轴承箱，气缸、前轴承箱、盘车装置、调节控制机构、后轴承箱和调节汽阀均设在机座上，前轴承箱、调节控制机构和盘车装置位于气缸前端，盘车装置设在前部轴承箱内，并通过牙嵌式离合器来驱动转子旋转进行盘车，调节汽阀设在气缸上端，并且调节汽阀出口连接进汽管，后轴承箱设在气缸后端，转子设有前汽封和后汽封，转子前端由前轴承箱内的轴承支承，后端由后轴承箱内的轴承支承。

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