一种用于汽轮机的大流量补汽装置的制作方法

1.本发明涉及火电汽轮机领域，特别是涉及一种用于汽轮机的大流量补汽装置。

背景技术：

2.随着我国工业水平和规模的发展，对工业能源的需求日益增高。而我国的能源储备相对紧张，实行节能降耗、高效的能源利用措施符合我国现阶段可持续发展的基本国策。汽轮机作为我国目前主要的能源转换设备之一，对其性能的优化也是汽轮机设计的重要工作之一。
3.随着汽轮机技术的成熟，对蒸汽的参数划分更为精细，不同品质的蒸汽需要引入不同的压力段做工，以此提高汽轮机的效率。而工业汽轮机通常体积较小，结构紧凑，其高、中、低压刚体通常整体铸造成一体。所以提出了一种补汽流式汽轮机的布置方案，即将不同品质蒸汽分级补充到不同压力段中。这种设计的优点在于其结构简单、尺寸紧凑，适合工业小机的整体布局方案。该类机组正常运行时，补汽阀全开，阀门的节流损失降低，机组的经济性提高，因此与传统喷嘴配汽或节流配汽的汽轮机相比，带补汽阀的汽轮机具有明显的竞争优势；但是该带补汽阀的汽轮机的主流与补汽流流掺混后的蒸汽品质难以控制，对蒸汽产生很大的节流能量损失，不仅补汽效率低，而且补汽点压力不可控。尤其是补汽量较大，甚至超过主流气量时，补汽流会严重扰动主流蒸汽，甚至形成大量流动死区，与补汽目的适得其反。
4.具体的，如专利cn109653807a所示，图1所示，由补汽入口进入的补汽流a在量较大时，补汽流a冲击主汽流b，产生高强度漩涡流c，严重恶化流场品质。补汽量很大甚至超过主流量时，补汽流很可能截断主汽流，冲击到主流壁面，甚至形成流动死区。

技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于汽轮机的大流量补汽装置，用于解决现有技术中的补汽流过大影响所导致的主汽流、补汽流混合后的流场品质降低、节流能量损失以及造成流动死区的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于汽轮机的大流量补汽装置，包括：
7.主流通道，所述主流通道内有沿进给方向移动的主汽流；
8.环形补汽流腔室，所述环形补汽流腔室环设于所述主流通道的外侧，所述环形补汽流腔室的内侧通过喉口连通至所述主流通道；所述环形补汽流腔室的一侧设有补汽流管道；补汽流由所述补汽流管道进入所述环形补汽流腔室，再由所述环形补汽流腔室进入所述主流通道；
9.所述喉口和所述主流通道逐渐相平行，使得所述补汽流和所述主汽流渐变相平行朝进给方向流动；所述补气流所占截面与所述主汽流所占截面之比等于所述补汽流流量与所述主汽流流量之比。
10.优选地，所述喉口包括位于进给方向一侧的第一型线和进给方向另一侧的第二型线与第五型线；所述主流通道包括位于内侧的第四型线和位于外侧的第三型线；所述第二型线下接有所述第五型线。
11.优选地，所述第一型线和所述第二型线之间的距离由外侧至内侧逐渐减少，且所述第二型线的斜率由外侧至内侧逐渐减小；所述第一型线(31)的轴向长度(l
31
)与喉部宽度(l)的比值为：0.6～1.6。
12.优选地，所述第二型线和所述第五型线之间设置有过渡圆弧；所述过渡圆弧(b)的半径与喉部宽度(l)的比值为：0.15～0.55。
13.优选地，所述第三型线(33)的轴向长度(l
33
)与喉部宽度(l)的比值为：0.6～1.6。
14.优选地，所述补汽流管道的补汽流流速小于50m/s，所述环形补汽流腔室内流速应小于20m/s。
15.优选地，所述第一型线和所述第五型线之间的距离逐渐减小，用于使得所述补汽流的流速提升至与所述主汽流流速相一致。
16.如上所述，本发明的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，具有以下有益效果：
17.本发明对第一型线和第五型线的设置，使得补汽流的流动方向得到控制；同样，本发明对主流通道的第四型线以及第三型线设置，使得主汽流的流动方向和流速得到控制，从而主汽流和补汽流在主流通道相平行流动，从而完成平稳混合；另外，本发明通过对补汽流所在截面和主汽流所在截面之比进行控制，实现对两者流速的控制，避免了分界线处引起的掺混流动损失；从而混合后汽流分布更均匀，总压损失可有效降低，有效提高了补汽后蒸汽的气动性能和流场品质。
附图说明
18.图1显示为现有技术中的一种补气装置示意图。
19.图2显示为本发明的一种用于汽轮机的大流量补汽装置的立体图；
20.图3显示为本发明的一种用于汽轮机的大流量补汽装置的剖面图；
21.图4显示为图3的喉口处第一型线和第三型线调整的示意图；
22.图5显示为图3的喉口处的补汽流和主汽流混合的示意图；
23.图6显示为图3的喉口处的第一型线下调产生气流和流动分离的示意图；
24.图7显示为图3的喉口处的第三型线上翘产生气流和流动分离的示意图；
25.图8显示为图3的喉口处的第二型线和第五型线在大补气情况下产生气流和流动分离的示意图；
26.图9显示为图3的喉口处的第二型线和第五型线设置过度圆弧产生气流的示意图。
27.元件标号说明
[0028]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
主流通道
[0029]
11
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内管
[0030]
12
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外管
[0031]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环形补汽流腔室
[0032]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
补汽流管道
[0033]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
喉口
[0034]
31
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第一型线
[0035]
32
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第二型线
[0036]
33
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第三型线
[0037]
34
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第四型线
[0038]
35
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第五型线
[0039]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
流动分离
[0040]bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
过渡圆弧
具体实施方式
[0041]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0042]
请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0043]
外侧即主流通道1朝外管12的方向，内侧即主流通道1朝内管11的方向。
[0044]
如图2所示，本发明提供一种用于汽轮机的大流量补汽装置，包括：
[0045]
主流通道1，主流通道1内通有沿进给方向移动的主汽流；为了便于理解，主流通道1实际是由内管11和外管12构成；内管11位于外管12内；主气流于内管11和外管12的夹层流动。
[0046]
环形补汽流腔室2，环形补汽流腔室2环设于主流通道1的外侧，环形补汽流腔室2的内侧通过喉口22连通至主流通道1；环形补汽流腔室2的一侧设有补汽流管道21；补汽流由补汽流管道21进入环形补汽流腔室2，再由环形补汽流腔室2进入主流通道1；
[0047]
如图4所示，喉口22和主流通道1逐渐相平行，使得补汽流和主汽流渐变相平行朝进给方向流动；补气流所占截面与主汽流所占截面之比等于补汽流流量与主汽流流量之比。
[0048]
喉口22包括位于进给方向一侧的第一型线31和进给方向另一侧的第二型线32与第五型线35；主流通道1包括位于内侧的第四型线34和位于外侧的第三型线33；第二型线32下接有第五型线35。
[0049]
本发明通过对环形补汽流腔室2的第一型线31和第二型线32的设置，使得环形补汽流腔室2能够容纳大流量的补汽流情况；同时对第一型线31和第五型线35的设置，使得补汽流的流动方向得到控制；同样，本发明对主流通道1的第四型线34以及第三型线33设置，使得主汽流的流动方向得到控制，从而使得主汽流和补汽流在主流通道相混后流动方向相互平行，减少两气流(主汽流和补汽流)分界线处引起的掺混流动损失，并且避免了补汽流截断主汽流所产生的流动死区。
[0050]
由于补汽流的速度低于主汽流的速度，为了提升补汽流的速度，使得环形补腔室2
至主流通道1的喉口22缩小，从而能够增加补汽流的流动速度；具体的，第一型线31和第五型线35之间的距离逐渐减小，尽可能使得补汽流的流速等于主汽流的流速。
[0051]
如图5，为了能够使得补汽流和主汽流的流速尽可能接近，需要对补汽流和主汽流所占截面进行设计；具体的，根据如下公式(1)～(3)：
[0052]v1
为主汽流流速，v2为补汽流流速；m1为主汽流量，m2为补汽流量；ρ1主汽流密度，ρ2补汽流密度；a1为主汽流所占截面面积，a2为补汽流所占截面面积；
[0053][0054][0055]v1
＝v2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0056]
从而得到可得到补汽流和主汽流所占截面与补汽流和主汽流的流速的关系(4)：
[0057][0058]
具体的，由于主汽流的速度v1可以确定，可得主汽流所需截面a1；又由于补汽流质量和密度m2和ρ2可以确定，根据公式(4)从而可得到补汽流所需截面a2；从而对相关的第一线型31、第二线型32、第三线型33、第四线型34和第五线型35进行相应的设计，满足a2和a1，并得出主汽流和补汽流的分界线(图5中的虚线)。
[0059]
为了适应补汽流量较大的情况，需要将环形补汽流腔室2的容腔进行扩大，从而降低一定补汽流管道21进入的流速和湍流涡的强度；因此将第一型线31和第二型线32之间的距离尽可能扩大；但由于喉口22需要缩小，因此现设置第一型线31和第二型线32之间的距离由外侧至内侧逐渐减少，从而实现将环形补汽流腔室2的容腔尽可能进行扩大的目的。具体的，第一型线31的轴向长度l
31
与喉部宽度l的比值为：0.6～1.6。
[0060]
为了避免第二型线32呈线性所造成的贴合的补汽流流速度过快，导致发生补汽流在喉口22发生气流干扰；因此使得第二型线32的斜率由外侧至内侧逐渐减小。
[0061]
为了避免补汽流较大时，受补汽流通道收缩的影响，第二型线32、和第五型线35附近会出现流动分离a现象(如图8所示)，可增大第二型线32和第五型线35之间的过渡圆弧b，以平滑流动曲线，减小流动分离a(如图9所示)。但是，过渡圆弧b的半径过大时，第五型线35附近也可能出现流动分离a现象；因此可通过结合cfd仿真出的流场结构，合理选择过渡圆弧b的半径。具体的，过渡圆弧b的半径与喉部宽度l的比值为：0.15～0.55。
[0062]
为了避免在各型线附近产生流动分流，第一型线31、第二型线32、第三型线33、第四型线34和第五型线35均为圆弧或贝塞尔曲线，从而避免各型线为直线，导致贴合的气流加速，进而在各型线的末端产生流动分流。
[0063]
为了避免在第三型线33和第一型线31产生流动分流；具体的，如图6所示，流动分离a在主流通道1一侧时，可将第三型线33向下偏转(即v1速度方向向下偏转)，减小主汽流对补汽流的挤压冲击作用，或者将第一型线31向上偏转(即v2速度方向向上偏转)减小补汽流对主汽流的挤压冲击作用。如图7所示，流动分离a在喉口22一侧时，可将第三型线33向上偏转(即v1速度方向向上偏转)，或者将第一型线31向下偏转(即v2速度方向向下偏转)。具体的，第三型线33的轴向长度l
33
与喉部宽度l的比值为：0.6～1.6。
[0064]
为了提高主流通道1的做功效率，第四型线34和第五型线35之间的距离逐渐减小，从而使得主流通道1在主汽流和补汽流混合的部分逐渐收缩型线，从而混合后的气流逐渐压缩。
[0065]
为了避免补汽流速度过快，导致在主流通道1内形成流动死区；应对补汽流管道21的速度进行限制；具体的，补汽流管道21的补汽流流速小于50m/s，从而环形补汽流腔室2的流速能够降至低于20m/s。
[0066]
综上所述，本发明通过在制作汽轮机补气系统时根据实际设计需要对第一型线31和第五型线35进行设置，使得补汽流的流动方向得到控制；同样，本发明对主流通道1的第四型线34以及第三型线33固定设置，使得主汽流的流动方向得到控制，从而主汽流和补汽流在主流通道相平行流动，从而完成平稳混合；另外，本发明通过对补汽流所在截面和主汽流所在截面之比进行控制，实现对两者流速差的控制，避免了分界线处引起的掺混流动损失。
[0067]
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0068]
上述实施例仅例示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。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。

技术特征：

1.一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，包括：主流通道(1)，所述主流通道(1)内有沿进给方向移动的主汽流；环形补汽流腔室(2)，所述环形补汽流腔室(2)环设于所述主流通道(1)的外侧，所述环形补汽流腔室(2)的内侧通过喉口(22)连通至所述主流通道(1)；所述环形补汽流腔室(2)的一侧设有补汽流管道(21)；补汽流由所述补汽流管道(21)进入所述环形补汽流腔室(2)，再由所述环形补汽流腔室(2)进入所述主流通道(1)；所述喉口(22)气流通道的方向和所述主流通道(1)气流方向逐渐相平行，使得所述补汽流和所述主汽流渐变向平行同方向流动；为了能够使得补汽流和主汽流的流速尽可能接近，所述补气流所占截面与所述主汽流所占截面之比等于所述补汽流流量与所述主汽流流量之比，即其中，m1为主汽流量，m2为补汽流量；a1为主汽流所占截面面积，a2为补汽流所占截面面积。2.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述喉口(22)包括位于进给方向一侧的第一型线(31)和进给方向另一侧的第二型线(32)与第五型线(35)；所述主流通道(1)包括位于内侧的第四型线(34)和位于外侧的第三型线(33)；所述第二型线(32)下接有所述第五型线(35)。3.根据权利要求2所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述第一型线(31)和所述第二型线(32)之间的距离由外侧至内侧逐渐减少，且所述第二型线(32)的斜率由外侧至内侧逐渐减小；所述第一型线(31)的轴向长度(l
31
)与所述喉部宽度(l)的比值为：0.6～1.6。4.根据权利要求2所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述第二型线(32)和所述第五型线(35)之间设置有过渡圆弧(b)；过渡圆弧(b)的半径与喉部宽度(l)的比值为：0.15～0.55。5.根据权利要求2所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述第三型线(33)的轴向长度(l
33
)与喉部宽度(l)的比值为：0.6～1.6。6.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述补汽流管道(21)的补汽流流速小于50m/s，所述环形补汽流腔室(2)内流速应小于20m/s。7.根据权利要求2所述的一种用于汽轮机的大流量补汽装置，其特征在于，所述第一型线(31)和所述第五型线(35)之间的距离逐渐减小，用于使得所述补汽流的流速提升至与所述主汽流流速相一致。

技术总结

本发明提供一种用于汽轮机的大流量补汽装置，包括：主流通道内有沿进给方向移动的主汽流；环形补汽流腔室环设于主流通道的外侧，环形补汽流腔室的内侧通过喉口连通至主流通道；环形补汽流腔室的一侧设有补汽流管道；补汽流由补汽流管道进入环形补汽流腔室，再由环形补汽流腔室进入主流通道；喉口和主流通道逐渐相平行，使得补汽流和主汽流渐变相平行朝进给方向流动；补气流所占截面与主汽流所占截面之比等于补汽流流量与主汽流流量之比。本发明通过第一型线和第五型线控制补汽流的流动方向，通过第四型线以及第三型线控制主汽流的流动方向，从而主汽流和补汽流完成平稳混合。从而主汽流和补汽流完成平稳混合。从而主汽流和补汽流完成平稳混合。