CN206625875U - 透平机自适应控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种透平机自适应控制装置，设置在透平机械内，用于减小该透平机械中的透平级内的间隙损失和混流损失，其特征在于，具有：围带，固定安装在动叶的顶端上；多个内气道单元，包括沿着气缸的轴向设置的内引流道和多个与该内引流道相通的内喷孔部；支撑外壳，固定安装在气缸内表面上并位于围带的外侧；多个外气道单元，包括沿着围带的轴向设置的外引流道和多个与该外引流道相通的外喷孔部；以及密封单元，包括设置在围带与支撑外壳之间的多个密封齿，其中，围带、支撑外壳与密封单元形成密封空腔，内气道单元和外气道单元分别向密封空腔内喷射气流，使密封空腔内的气流流场改变，并使泄漏气体的周向速度减小。

Description

透平机自适应控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种自适应控制装置，具体涉及一种透平机自适应控制装置。

背景技术

中国是世界人口大国，对于能源的合理利用至关重要。在中国，现今火力发电仍然占据主导地位，而对于火力发电厂中三个主要部件之一汽轮机的研究与改进就有更为重要的意义。随着现代技术的进步，汽轮机在设计、材料以及制造工艺方面仍在继续发展。目前汽轮机正朝着高参数、大容量、高经济性、高安全可靠性等方面发展。

透平级内介质参数不断提高，透平级内损失加大，而叶顶间隙泄漏是透平级内损失的主要来源，并且大约三分之一的流动损失是由间隙流动引起的。间隙泄漏流动损失一方面包含泄漏流体通过间隙时产生的损失，另一方面还包含间隙泄漏流体与主流掺混造成的损失。而目前对叶顶密封这块技术的研究还是空白。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种透平机自适应控制装置，设置在透平机械内，用于减小该透平机械中的透平级内的间隙损失和混流损失，透平机具有气缸以及设置在该气缸内的动叶，其特征在于，具有：围带，固定安装在动叶的顶端上；多个内气道单元，沿着气缸的径平面均匀地设置在围带上，包括沿着气缸的轴向设置的内引流道和多个与该内引流道相通的内喷孔部；支撑外壳，固定安装在气缸内表面上并位于围带的外侧；多个外气道单元，沿着气缸的径平面均匀地设置在支撑外壳上，包括沿着围带的轴向设置的外引流道和多个与该外引流道相通的外喷孔部；以及密封单元，包括设置在围带与支撑外壳之间的多个密封齿，其中，围带、支撑外壳与密封单元形成密封空腔，内气道单元和外气道单元分别向密封空腔内喷射气流，使密封空腔内的气流流场改变，并使泄漏气体的周向速度减小。

本实用新型提供的一种透平机自适应控制装置，还可以具有这样的特征：其中，内喷孔部设置在内引流道上，具有朝向支撑外壳的开口，该内喷孔部的内径从内引流道至开口处逐渐缩小。

本实用新型提供的一种透平机自适应控制装置，还可以具有这样的特征：其中，外喷孔部设置在外引流道上，具有朝向围带的开口，该内喷孔部的内径从外引流道至开口处逐渐缩小。

本实用新型提供的一种透平机自适应控制装置，还可以具有这样的特征：其中，内喷孔部和外喷孔部设置在相邻两个密封齿之间。

发明作用与效果

根据本实用新型的一种透平机自适应控制装置，由于采用内气道单元和外气道单元，使小部分工质流经内外引流孔并进入内外喷孔部，形成的高速气流用于改变泄漏流体的周向分速度，从而使泄露流体与主流方向一致后流入下一级导叶；由于采用密封单元，内外喷孔部流出的高速流体可以进入密封空腔中，从而改变间隙中工质的掺混情况，减少密封空腔中的耗散损失。

附图说明

图1是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置正方向立体示意图；

图2是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置局部放大立体示意图；

图3是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置侧方位立体示意图；

图4是本实用新型实施例的透平机无自适应控制装置的密封空腔内的流体速度矢量图；

图5是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置单级密封模型；

图6是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置22m/s喷射速度下密封空腔内的流体速度矢量图；

图7是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置38m/s喷射速度下空腔内的流体速度矢量图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例来说明本实用新型的具体实施方式。

<实施例>

图1是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置正方向立体示意图，图2是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置局部放大立体示意图。

如图1、图2所示，本实用新型实施例提供的透平机自适应控制装置(以下简称控制装置)100包括动叶1、围带2、支撑外壳3、密封齿4、内气道单元5、外气道单元6。

动叶1设置在透平机的气缸(图中未示出)内。

围带2固定安装在动叶1的顶端上。

支撑外壳3，固定安装在气缸内表面上并位于围带2的外侧。

三个密封齿4设置在围带2上，位于围带2与支撑外壳3之间。

三个密封齿4形成密封单元，围带2、支撑外壳3与密封单元形成密封空腔41。

多个内气道单元5沿着气缸的径平面均匀地设置在围带2上，包括内引流道51、内喷孔部52。

内引流道31沿着气缸的轴向设置在围带2内。

三个内喷孔部32分别设置在内引流道31上，与该内引流道31相通，并且与三个密封齿4相间隔。该内喷孔部32具有朝向支撑外壳3的开口，并且该内喷孔部32的内径从内引流道31至开口处逐渐缩小。

多个外气道单元6沿着气缸的径平面均匀地设置在支撑外壳3上，包括外引流道61、外喷孔部62。

内引流道31沿着气缸的轴向设置在支撑外壳3内。

三个外喷孔部62分别设置在外引流道61上，与该外引流道61相通，并且与三个密封齿4相间隔。该外喷孔部62具有朝向围带2的开口，并且该外喷孔部62的内径从外引流道61至开口处逐渐缩小。

以下结合附图说明本实施例的透平机自适应控制装置的工作过程。

图3是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置侧方位立体示意图。

如图2、图3所示，透平机级正常工作时，动叶1、围带2转动部分转动。级内高温高压气流经过导叶膨胀加速后，进入动叶1部分，此时会有少部分气流以一定速度漏入密封空腔41，由于气流与围带2之间存在摩擦力，摩擦力会使流体产生一个周向的分速度。但是在此控制装置100的结构下，内喷孔部52和外喷孔部62喷出的高速气流与泄漏气流混合后，会抵消这部分周向速度，从而使总的气流速度与主流速度方向一致，以达到减少混流损失的目的。

图4是本实用新型实施例的透平机无自适应控制装置的密封空腔内的流体速度矢量图。

如图4所示，再者，透平机如无控制装置100，工质泄漏进入密封空腔41后，不断经历由密封齿4处小空间进入齿后密封空腔41大空间的过程，该过程中存在较大的局部能量损失。理论上流体有密封齿4进入密封空腔41后，会在密封空腔41中完全滞止且无不可逆熵增，随后再以初速度为零的状态进入下一个密封齿4。但在实际情况中，流体在密封空腔41中无法完全制止，并且会在密封空腔41中形成旋涡，造成能量的耗散。因此气流总焓值不断降低，导致泄漏流体损失了大部分能量，减小了与主流混合后的总能量值。

图5是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置单级密封模型。

如图5所示，透平机加上控制装置100，利用内喷孔部52和外喷孔部62喷吹的高速气流改变密封空腔41流场，可以达到减小或消除漩涡的目的，而间隙损失大部分来自于该种旋涡，所以可以借此减小泄漏流体的间隙损失。

图6是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置22m/s喷射速度下密封空腔内的流体速度矢量图，图7是本实用新型实施例的透平机自适应控制装置38m/s喷射速度下空腔内的流体速度矢量图。

如图6、图7所示，由于内喷孔部52和外喷孔部62出口截面积会对喷出气流速度产生影响，而我们推测喷嘴的气流速度会影响前面所提到的密封空腔41中的气流减速所形成的流场。由CFD模拟流体掺混可得图6与图7两种情况下的流场特点。

如图6所示，低喷嘴速度(22m/s)情况下，密封空腔41中已经无法形成如图4所示的旋涡状流场，流线分布较为均匀，且近似平行于围带2上表面弧度。

如图7所示，高喷嘴速度(38m/s)情况下，在图6基础上，气流流向趋向集中于密封空腔41后密封齿4处，这样就会使流体能量更少地在密封空腔41中耗散，提高了进入下一级密封空腔41的流体能量，每级密封空腔41损失减少就会使该密封间隙损失减少，从而减小级内损失。

实施例作用与效果

根据本实施例的透平机自适应控制装置，由于采用内气道单元和外气道单元，使小部分工质流经内外引流孔并进入内外喷孔部，形成的高速气流用于改变泄漏流体的周向分速度，从而使泄露流体与主流方向一致后流入下一级导叶；由于采用密封单元，内外喷孔部流出的高速流体可以进入密封空腔中，从而改变间隙中工质的掺混情况，减少密封空腔中的耗散损失。

总之本实施例的透平机自适应控制装置，结构简单，工作稳定，能达到减小密封流动损失的目的，又能提高透平机械效率和安全、稳定运行性能，可以得到广泛应用。

Claims (4)

1.一种透平机自适应控制装置，设置在透平机械内，用于减小该透平机械中的透平级内的间隙损失和混流损失，所述透平机具有气缸以及设置在该气缸内的动叶，其特征在于，具有：

围带，固定安装在所述动叶的顶端上；

多个内气道单元，沿着气缸的径平面均匀地设置在所述围带上，包括沿着所述气缸的轴向设置的内引流道和多个与该内引流道相通的内喷孔部；

支撑外壳，固定安装在气缸内表面上并位于所述围带的外侧；

多个外气道单元，沿着气缸的径平面均匀地设置在所述支撑外壳上，包括沿着所述围带的轴向设置的外引流道和多个与该外引流道相通的外喷孔部；以及

密封单元，包括设置在所述围带与所述支撑外壳之间的多个密封齿，

其中，所述围带、所述支撑外壳与所述密封单元形成密封空腔，

所述内气道单元和所述外气道单元分别向所述密封空腔内喷射气流，使所述密封空腔内的气流流场改变，并使泄漏气体的周向速度减小。

2.根据权利要求1所述的一种透平机自适应控制装置，其特征在于：

其中，所述内喷孔部设置在所述内引流道上，具有朝向所述支撑外壳的开口，该内喷孔部的内径从所述内引流道至所述开口处逐渐缩小。

3.根据权利要求1所述的一种透平机自适应控制装置，其特征在于：

其中，所述外喷孔部设置在所述外引流道上，具有朝向所述围带的开口，该内喷孔部的内径从所述外引流道至所述开口处逐渐缩小。

4.根据权利要求1所述的一种透平机自适应控制装置，其特征在于：

其中，所述内喷孔部和所述外喷孔部设置在相邻两个所述密封齿之间。