CN114508392A - 一种汽轮机高压进汽室结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机高压进汽室结构，包括进汽通道、过渡腔室和环形腔室，所述进汽通道通过过渡腔室与环形腔室连通，所述进汽通道、过渡腔室的数量为四个，四个进汽通道对称设置；每个所述过渡腔室的下游设置导流板，将部分汽流导向环形腔室的中部；所述环形腔室内设置两个位于环形腔室两端的导流锥，所述导流锥位于导流板的导向方向，导流锥具有圆弧段使导流锥两侧的汽流转向。采用本发明的一种汽轮机高压进汽室结构，能够有效提高腔室内汽流均匀性并减小腔室内流动损失。

Description

一种汽轮机高压进汽室结构

技术领域

本发明涉及一种汽轮机高压进汽室结构，属于汽轮机技术领域。

背景技术

现代社会对能源的需求不断增大，对能源的综合利用也开始得到更大程度的重视。作为现代化国家重要动力设备的汽轮机，提高其经济性对节约能源明显具有重大的意义。随着经济形势的变化，对老旧机组改造的需求越发迫切，对汽轮机进汽室进行改造与技术革新也是其中的一个重要内容。

传统高压进汽室汽流从阀门后四个进汽管道进入环形腔室后，向下流动并充满整个腔室；随后，汽流流动方向由径向转为轴向进入高压缸下游轴流级。传统高压进汽室汽流经阀门进入进汽管道后，经过渡腔室进入由轴端汽封体和高压内缸形成的环形腔室，最后进入下游静叶片排和动叶片排。参见图1所示，这种进汽方式有两个主要缺点，一是四个进汽管道内的汽流经过渡腔室进入环形腔室后在环形腔室内相互掺杂，形成较大的汽流冲撞和强烈的扭转，在腔室内部形成较大的能量损失；另一方面，四个进汽管汽流经过渡腔室在环形腔室内形成汽流撞击后掺混，直接进入下游轴流级，作为下游轴流级的气动边界条件，由于进汽腔室内形成漩涡，进汽腔室出口面汽流均匀性和稳定性差，腔室出口汽流角不均匀，所以难以与下游叶片排的几何角实现很好地匹配，带来了很大的冲角损失。即进汽腔室出口面充当下游轴流的气动边界条件存在汽流不均匀和汽流角分布跨度大的问题，导致轴流级入口的汽流均匀性和稳定性差。同时，由于环形腔室出口汽流的强烈冲撞，使汽流在进入下游叶片排时形成漩涡导致叶片排入口汽流的不均性造成高损失，增加叶片排的气动损失，影响做功，使得传统进汽室存在进汽总压损失大、与之相连的级次效率低的技术问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种汽轮机高压进汽室结构，本发明能够有效提高腔室内汽流均匀性并减小腔室内流动损失。

本发明采用的技术方案如下：

一种汽轮机高压进汽室结构，包括进汽通道、过渡腔室和环形腔室，所述进汽通道通过过渡腔室与环形腔室连通，所述进汽通道、过渡腔室的数量为四个，四个进汽通道对称设置；

每个所述过渡腔室的下游设置导流板，将部分汽流导向环形腔室的中部；所述环形腔室内设置两个位于环形腔室两端的导流锥，所述导流锥位于导流板的导向方向，导流锥具有圆弧段使导流锥两侧的汽流转向。

在本发明中，通过设置导流板将部分汽流导向环形腔室的中部，能够使汽流在环形腔室内的分布更均匀，减小环形腔室内的局部汽流速度，降低了汽流由径向转为轴向时的能量损失；通过导流锥的圆弧段使汽流转向，避免相对的上下半汽流的直接冲撞，减少了汽流在环形腔室内的扭转，提高了进汽腔室内汽流的稳定性，降低了腔室内部的能量损失；导流板和导流锥共同降低从四个进汽管进入环形腔室内的汽流之间的相互影响，减少汽流在环形腔室内的掺混，使汽流在环形腔室内的流动更加有序，降低了腔室内部的能量损失；导流板和导流锥共同使进汽腔室出口处的汽流速度和角度在周向的分布更均匀，从而更好地与下游叶片排匹配，减少下游叶片排内的损失。

作为优选，所述导流板从过渡腔室的下游向环形腔室的水平中段延伸。

作为优选，所述导流板包括朝向进汽通道的导流直段和向环形腔室的水平中段延伸的导流弧段。

在上述方案中，通过导流直段引导进汽通道的汽流并分为两部分，导流弧段将汽流分流，部分汽流导向环形腔室的中部，提高环形腔室内汽流的均匀性。

作为优选，所述导流直段与进汽通道的中心线重合。

在上述方案中，能够使汽流分布更均匀。

作为优选，导流直段顶部到环形腔室顶部的竖直距离为L1，环形腔室竖直对称面的流道高度为L2，则L1＝δ×L2，其中δ为0.2～0.4。

作为优选，导流弧段所在圆的圆心位于环形腔室的竖直对称面上，圆心到环形腔室中心的距离为L4，环形腔室中心到顶部的高度为L3，则L4＝ε×L3，其中ε为0.4～0.6。

作为优选，导流弧段的端部过环形腔室中心的线与环形腔室水平中分面的夹角为α，α为45°～55°。

在上述方案中，通过数值模拟验证，上述参数设置能够达到最好效果。

作为优选，所述导流直段、导流弧段的端部倒圆。

在上方案中，通过倒圆在导流时，使汽流更平顺。

作为优选，两个所述导流锥对称设置于环形腔室两端。

在上述方案中，对称设置能够保证环形腔室内汽流的均匀稳定性。

作为优选，所述导流锥沿环形腔室的水平中分面对称设置。

作为优选，所述圆弧段由竖直向水平延伸。

在上述方案中，将竖直方向的汽流转变为水平方向。

作为优选，所述导流锥包括组合形成“V”型的第一锥面和第二锥面，第一锥面、第二锥面与环形腔室通过圆弧段过渡。

在上述方案中，导流锥呈横“V”型，通过第一锥面和第二锥面将上下半汽流分隔开，减少环形腔室内汽流的掺混、扭转，提高环形腔室内汽流的稳定性。

作为优选，所述第一锥面、第二锥面与水平中分面的夹角为β，β为5°～15°。

作为优选，所述第一锥面与第二锥面的连接处进行倒圆。

作为优选，所述导流锥从环形腔室的外圈向内圈延伸，导流锥不隔断环形腔室。

本发明的工作原理是：汽流从进汽通道进入环形腔室后，导流板将汽流分成两部分，将靠近外壁面的汽流导向环形腔室的中部，提高了环形腔室内汽流的均匀性；导流锥中的圆弧段将中分面附近的汽流方向由竖直转为水平，第一锥面、第二锥面将上下半汽流分隔开，减少环形腔室内汽流的掺混、扭转，提高环形腔室内汽流的稳定性；显著降低了进汽腔室内的能量损失，并且使进汽腔室出口处汽流的速度和角度分布更均匀，能够与下游静叶片排更好地匹配，提高了下游级次的效率。

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、通过设置导流板将部分汽流导向环形腔室的中部，能够使汽流在环形腔室内的分布更均匀，减小环形腔室内的局部汽流速度，降低了汽流由径向转为轴向时的能量损失；

2、通过导流锥使汽流转向，避免相对的上下半汽流的直接冲撞，减少了汽流在环形腔室内的扭转，提高了环形腔室内汽流的稳定性，降低了腔室内部的能量损失；

3、导流板和导流锥共同降低从四个进汽管进入环形腔室内的汽流之间的相互影响，减少汽流在环形腔室内的掺混，使汽流在环形腔室内的流动更加有序，降低了腔室内部的能量损失；

4、导流板和导流锥共同使环形腔室出口处的汽流速度和角度在周向的分布更均匀，从而更好地与下游叶片排匹配，减少下游叶片排内的损失。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有技术中高压进汽室结构和流场示意图；

图2是本发明中高压进汽室结构和流场示意图；

图3是导流板的结构示意图；

图4是导流锥的结构示意图。

图中标记：1-进汽通道，2-过渡腔室，3-环形腔室，4-导流板，5-导流锥，41-导流直段，42-导流弧段，51-第一锥面，52第二锥面，53-圆弧段。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图2所示，本实施例的一种汽轮机高压进汽室结构，包括进汽通道1、过渡腔室2和环形腔室3，进汽通道1通过过渡腔室2与环形腔室3连通，进汽通道1、过渡腔室2的数量为四个，四个进汽通道1对称设置，使两个进汽通道1位于中分面的上部，两个进汽通道1位于中分面的下部；

每个过渡腔室2的下游均设置导流板4，导流板4从过渡腔室2的下游向环形腔室3的水平中段延伸，将部分汽流导向环形腔室3的中部；环形腔室3内对称设置两个位于环形腔室3两端的导流锥5，导流锥5沿环形腔室3的水平中分面对称设置，导流锥5位于导流板4的导向方向，导流锥5具有由竖直向水平延伸的圆弧段使导流锥5两侧的汽流转向。

在本实施例中，通过设置导流板4将部分汽流导向环形腔室3的中部，能够使汽流在环形腔室3内的分布更均匀，减小环形腔室3内的局部汽流速度，降低了汽流由径向转为轴向时的能量损失；通过导流锥5的圆弧段使汽流转向，避免相对的上下半汽流的直接冲撞，减少了汽流在环形腔室3内的扭转，提高了进汽腔室内汽流的稳定性，降低了腔室内部的能量损失。

作为上述实施例的可选方式，如图3，在其他实施例中，导流板4包括朝向进汽通道1的导流直段41和向环形腔室3的水平中段延伸的导流弧段42，通过导流直段41引导进汽通道1的汽流并分为两部分，导流弧段42将部分汽流导向环形腔室3的中部，提高环形腔室3内汽流的均匀性。

作为上述实施例的可选方式，如图3，在其他实施例中，导流直段41与进汽通道1的中心线重合，能够使汽流分布更均匀。

作为上述实施例的可选方式，如图3，在其他实施例中，导流直段41顶部到环形腔室3顶部的竖直距离为L1，环形腔室3竖直对称面的流道高度为L2，则L1＝δ×L2，其中δ为0.2～0.4；导流弧段42所在圆的圆心位于环形腔室3的竖直对称面上，圆心到环形腔室3中心的距离为L4，环形腔室3中心到顶部的高度为L3，则L4＝ε×L3，其中ε为0.4～0.6；导流弧段42的端部过环形腔室3中心的线与环形腔室3水平中分面的夹角为α，α为45°～55°；通过数值模拟验证，上述参数设置能够达到最好效果。

作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，导流直段41、导流弧段42的端部倒圆，通过倒圆在导流时，使汽流更平顺。

作为上述实施例的可选方式，如图4，在其他实施例中，导流锥5沿环形腔室3的水平中分面对称设置。

作为上述实施例的可选方式，如图4，在其他实施例中，导流锥5包括组合形成“V”型的第一锥面51和第二锥面52，第一锥面51、第二锥面与环形腔室3通过圆弧段过渡；导流锥5呈横“V”型，通过第一锥面51和第二锥面52将上下半汽流分隔开，减少环形腔室3内汽流的掺混、扭转，提高环形腔室3内汽流的稳定性。

作为上述实施例的可选方式，如图4，在其他实施例中，第一锥面51、第二锥面52与水平中分面的夹角为β，β为5°～15°。

作为上述实施例的可选方式，如图4，在其他实施例中，第一锥面51与第二锥面52的连接处进行倒圆。

作为上述实施例的可选方式，如图4，在其他实施例中，导流锥5从环形腔室3的外圈向内圈延伸，导流锥5不隔断环形腔室3。

综上所述，采用本发明的一种汽轮机高压进汽室结构，环形腔室内局部的汽流速度显著降低，汽流掺混、冲撞和扭转明显减少，气动性能得到较大改善；环形腔室出口处的汽流更均匀、稳定，提高了下游级次的效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：包括进汽通道(1)、过渡腔室(2)和环形腔室(3)，所述进汽通道(1)通过过渡腔室(2)与环形腔室(3)连通，所述进汽通道(1)、过渡腔室(2)的数量为四个，四个进汽通道(1)对称设置；每个所述过渡腔室(2)的下游设置导流板(4)，将部分汽流导向环形腔室(3)的中部；所述环形腔室(3)内设置两个位于环形腔室(3)两端的导流锥(5)，所述导流锥(5)位于导流板(4)的导向方向，导流锥(5)具有圆弧段使导流锥(5)两侧的汽流转向。

2.如权利要求1所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述导流板(4)从过渡腔室(2)的下游向环形腔室(3)的水平中段延伸。

3.如权利要求1所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述导流板(4)包括朝向进汽通道(1)的导流直段(41)和向环形腔室(3)的水平中段延伸的导流弧段(42)。

4.如权利要求3所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述导流直段(41)与进汽通道(1)的中心线重合。

5.如权利要求3所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：导流直段(41)顶部到环形腔室(3)顶部的竖直距离为L1，环形腔室(3)竖直对称面的流道高度为L2，则L1＝δ×L2，其中δ为0.2～0.4。

6.如权利要求3所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：导流弧段(42)所在圆的圆心位于环形腔室(3)的竖直对称面上，圆心到环形腔室(3)中心的距离为L4，环形腔室(3)中心到顶部的高度为L3，则L4＝ε×L3，其中ε为0.4～0.6。

7.如权利要求3所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：导流弧段(42)的端部过环形腔室(3)中心的线与环形腔室(3)水平中分面的夹角为α，α为45°～55°。

8.如权利要求1所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述导流锥(5)沿环形腔室(3)的水平中分面对称设置。

9.如权利要求1所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述导流锥(5)包括组合形成“V”型的第一锥面(51)和第二锥面(52)，第一锥面(51)、第二锥面(52)与环形腔室(3)通过圆弧段过渡。

10.如权利要求9所述的汽轮机高压进汽室结构，其特征在于：所述第一锥面(51)、第二锥面(52)与水平中分面的夹角为β，β为5°～15°。

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