汽輪機低壓排汽缸導流環結構的製作方法

2023-05-21 13:44:06 1

本發明涉及汽輪機低壓缸，具體是汽輪機低壓缸的組成部件，更為具體的說，是一種汽輪機低壓排汽缸導流環結構。

背景技術：

汽輪機低壓缸的排汽體積流量很大，這使得低壓缸的尺寸亦很大，是汽輪機中最龐大的設備。由於流經低壓缸內的蒸汽壓力和溫度都比較低，低壓缸缸體的結構強度已不是低壓缸成型的最主要技術問題，低壓缸成型的最主要技術問題是，在確保其具有足夠剛度的同時，需要低壓缸內的排汽通道應具有合理、良好的流動特性，以減少排汽損失。基於此，低壓缸的排汽採用徑向擴壓結構的排汽缸，以充分利用排汽餘速的動能來減少排汽損失，而導流環則是排汽缸的重要組成部件之一。

在低壓排汽缸的內部流動中，導流環表面的脫流及渦流的相互作用是排汽缸內壓力損失的主要原因。排汽缸的氣動性能受到外缸尺寸、缸內部件幾何形狀及相對位置等多重因素的影響，其中導流環的成型輪廓型線便是一個重要的影響因素。由於導流環的成型輪廓型線與排汽缸內的其它結構共同組成了排汽的擴壓通道，因而導流環的成型輪廓型線的設計水平，必然直接地影響著排汽缸的整體氣動性能。

現有應用於汽輪機低壓排汽缸的導流環為喇叭口狀的周向等截面結構，即其由同一結構的型線截面按設計的周向軌跡及順序疊合而成。此結構導流環在應用於汽輪機低壓排汽缸時，因其排汽端邊緣的周向輪廓尺寸等齊、一致，使得翻轉至導流環背面的主流汽體便在導流環排汽端背面邊緣附近形成了渦流，導致渦流的運動軌跡比較靠近導流環排汽端背面的邊緣處，容易使導流環的背面對渦流失去控制能力。具體參見圖1所示，做功中的蒸汽順著導流環本體1的正面型線排出至排汽端，從導流環本體1的排汽端頂部處翻轉至背面，翻轉過程中在導流環本體1的背面形成渦流4，該渦流4未能被可靠、有效的引導至導流環本體1的背面中部處，而是靠近導流環本體1的排汽端背面的邊緣處順著兩側向下運動下行；在下行過程中，隨著導流環本體1的輪廓尺寸逐步變大，導流環本體1對處在排汽端背面邊緣處的渦流4難以限制，在遇到包括水平中分面撐杆3在內的阻礙部件時，渦流4極易會從導流環本體1背面的限制中翻轉出來，對外缸2的壁面附近的汽流產生擠壓，進而形成較大的額外損失。由此可見，現有等截面結構的導流環在汽輪機低壓排汽缸的應用中，其無法對翻轉至背面的主流汽體形成可靠、有效的引導，使得產生於其背面渦流始終處在靠近端部邊緣處運動下行，這也就會導致導流環對背面運動中的渦流容易失去控制能力，進而產生較大的額外總壓損失。

若能在導流環的排汽端周向上形成主流汽體的翻轉引導結構，使翻轉至導流環背面的主流汽體在導流環背面的中部處形成渦流，則能增強導流環對背面渦流的控制能力，有效、可靠地降低總壓損失，保證主流擴壓的空間、以提高整個排汽缸的擴壓性能。然而，截止目前行業內還未見有此類研究成果公之於眾；中國專利文獻雖然披露了一項在導流環的排汽端邊緣處開設缺口的技術，名稱為「汽輪機排汽擴壓導流結構及汽輪機」（公開號：cn104533548，公開日：2015年4月22日），但該技術所披露的導流環排汽端缺口結構僅為用於低壓外缸上半的方便裝卸，未考慮導流環輪廓型線的排汽氣動性能，甚至是以犧牲部分排汽氣動性能來實現低壓外缸上半的方便裝卸的，也就是說，該技術中的導流環排汽端的缺口無法用於主流汽體在翻轉至導流環背面的有效、可靠引導。

技術實現要素：

本發明的技術目的在於：針對上述汽輪機低壓排汽缸的特殊性和現有導流環結構的不足，提供一種在服役時能夠有效、可靠地降低總壓損失的汽輪機低壓排汽缸導流環結構。

本發明實現其技術目的所採用的技術方案是：一種汽輪機低壓排汽缸導流環結構，包括喇叭口狀的導流環本體，所述導流環本體按做功時排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段和底部弧段，所述導流環本體的頂部弧段的周向截面小於底部弧段的周向截面，所述導流環本體的周向為變截面結構。

作為優選方案，所述導流環本體的頂部弧段周向截面輪廓型線成型規律相同於底部弧段周向截面輪廓型線成型規律，所述頂部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度。

作為優選方案，所述導流環本體的頂部弧段和底部弧段之間還具有側部弧段，所述側部弧段的周向截面為變截面結構，所述側部弧段的周向各截面由頂部弧段至底部弧段按導流環本體的周向順序呈遞增變化，所述側部弧段的一端周向截面與頂部弧段的對應端部周向截面相重合、另一端周向截面與底部弧段的對應端部周向截面相重合。進一步的，所述側部弧段的外緣按導流環本體的周向截面傾角規律變化順序，在頂部弧段的外緣和底部弧段的外緣之間呈線性變化。

或者，所述導流環本體的頂部弧段和底部弧段在導流環本體的周向上直接過渡，所述頂部弧段和底部弧段交界處的周向截面不重合，所述頂部弧段的外緣和底部弧段的外緣在導流環本體的周向截面傾角規律變化順序上形成臺階差。

作為優選方案，所述頂部弧段的圓心夾角為45°～120°。進一步的，所述頂部弧段的圓心夾角為90°～120°。

作為優選方案，所述頂部弧段的周向截面為等截面結構。

作為優選方案，所述底部弧段的周向截面為等截面結構。

作為優選方案，所述汽輪機低壓缸為向下排汽結構。

本發明的有益技術效果是：

1.本發明根據做功時主流汽體在導流環上的流動特性，在導流環本體的頂部弧段和底部弧段將周向截面進行差異化的成型，使頂部弧段周向截面小於底部弧段周向截面，從而使導流環本體排汽端在邊緣處以變截面結構成型出能夠有效、可靠引導主流汽體翻轉的引導缺口，使流經引導缺口而翻轉至導流環本體背面、且形成的渦流儘可能的靠內、較為遠離排汽端邊緣，確保導流環本體的底部弧段背面能夠對運動下行的渦流實現良好、有序的有效控制，即頂部弧段根據頂部渦流結構的產生而設計、底部弧段根據運動下行的水平面處渦流結構而設計，以此提高低壓排汽缸的主流擴壓空間及整個低壓排汽缸的擴壓性能，有效、可靠地降低總壓損失，可靠、經濟、實用；

2.本發明周向變截面的成型結構是在不改變導流環本體的周向截面輪廓型線成型規律的前提下，將頂部弧段向外的延伸長度控制減小，從而使底部弧段向外的延伸長度大於頂部弧段，也就是說，頂、底部弧段的周向截面的型線延伸規律基本是一致的，只是頂部弧段的向外延伸長度小於底部弧段而已，其既能減小設計、製造的技術難度，又能在服役時確保其氣動性能，進一步增強了其可靠性、經濟性、實用性；

3.本發明在導流環本體的頂部弧段和底部弧段之間成型了周向截面有序漸變的側部弧段，從而使頂部弧段和底部弧段之間形成良好的流線型漸變過渡，以此儘可能高的確保主流汽體翻轉引導的穩定性和可靠性，避免頂部弧段和底部弧段之間的突變結構對翻轉中的主流汽體流動特性的幹擾、破壞，能夠使翻轉至導流環本體背面所產生的渦流更為有序、穩定，進而確保導流環本體的底部弧段背面能夠對運動下行的渦流實現良好、有序的有效控制，更加有效的控制了低壓排汽缸內流動的分布，進一步提高低壓排汽缸的主流擴壓空間及整個低壓排汽缸的擴壓性能，進一步有效、可靠地降低總壓損失。

附圖說明

圖1為汽輪機低壓缸用的現有等截面排汽導流環與其背面渦流的相互關係示意圖。

圖2為本發明的一種結構示意圖。

圖3為圖1所示排汽導流環的特徵角度示意圖。

圖4為圖2中a-a截面的正面輪廓型線示意圖。

圖5為圖2中b-b截面的正面輪廓型線示意圖。

圖6為汽輪機低壓缸用的圖2和圖3所示排汽導流環與其背面渦流的相互關係示意圖。

圖7為本發明的另一種結構示意圖。

圖中代號含義：1—導流環本體；11—頂部弧段；1101—直線段型線；1102、1103、1104、1105—圓弧線段型線；12—側部弧段；13—底部弧段；1301—直線段型線；1302、1303、1304、1305—圓弧線段型線；2—外缸；3—水平中分面撐杆；4—渦流。

具體實施方式

本發明涉及汽輪機低壓排汽缸的組成部件，具體是一種汽輪機低壓排汽缸用的導流環結構，下面以多個實施例對本發明的技術內容進行詳細說明。其中，實施例1結合附圖2至6進行詳細、具體的說明，實施例2結合附圖7進行詳細、具體的說明，其它實施例雖未單獨繪圖、但其主體結構可參照實施例1的附圖。

實施例1

參見圖2至圖5所示，本發明包括喇叭口狀結構的導流環本體1，該導流環本體1應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸。

導流環本體1按服役過程中做功時的排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段11和底部弧段13，頂部弧段11和底部弧段13之間具有側部弧段12，即側部弧段12為兩段、分處在頂部弧段11和底部弧段13的兩頭對接處。其中，頂部弧段11的圓心夾角約為90°，底部弧段13的圓心夾角約為180°，每段側部弧段12的圓心夾角約為45°。

導流環本體1在其周向上是由若干周向截面按設計的周向軌跡依序疊合而成，也就是說，導流環本體1的頂部弧段11、側部弧段12和底部弧段13分別具有周向截面。

頂部弧段11、側部弧段12和底部弧段13的周向截面的輪廓型線的成型規律是相同的，它們的周向截面都是按相同的周向截面傾角規律變化順序成型的，即都是按照特定的軸向和徑向的擴展規律進行延伸擴展，只是頂部弧段11的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段13的周向截面輪廓型線向外的延伸長度，側部弧段12的周向各截面由頂部弧段11至底部弧段13按導流環本體1的周向順序呈遞增變化，頂部弧段11和底部弧段13的正面輪廓型線見圖3和圖4所示，它們分別由順序平滑銜接的1段直線段型線（1101/1301）和4段圓弧線段型線（1102、1103、1104、1105/1302、1303、1304、1305）組成；也就是說，頂部弧段11和底部弧段13的周向截面的輪廓型線構造是相同的，且頂部弧段11的周向各截面相同-為等截面結構，底部弧段13的周向各截面相同-亦為等截面結構，唯有側部弧段12的周向各截面按順序差異化-為變截面結構。如此，導流環本體2的頂部弧段11的周向截面小於底部弧段13的周向截面，每一側部弧段12的一端周向截面與頂部弧段11的對應端部周向截面相重合、另一端周向截面與底部弧段13的對應端部周向截面相重合，每一側部弧段12的外緣按導流環本體2的周向截面傾角規律變化順序，在頂部弧段11的外緣和底部弧段13的外緣之間呈線性變化，整個導流環本體2的周向為變截面結構，導流環本體2的排汽端邊緣處頂部形成缺口狀-引導缺口，使導流環本體1的頂部弧段的型線根據頂部渦流結構進行設計、在服役時以便對頂部渦流進行控制，底部弧段的型線根據水平面渦流結構進行設計、在服役時以便對水平截面渦流進行控制。

參見圖6所示，本發明在應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸時，其做功中的主流蒸汽順著導流環本體1的正面型線排出至排汽端，從導流環本體1的排汽端頂部的引導缺口處翻轉至背面，翻轉過程中在導流環本體1的背面形成渦流4，該渦流4被可靠、有效的引導至導流環本體1的背面中部處，在導流環本體1的背面中部處順著兩側向下運動下行；在下行過程中，隨著導流環本體1的輪廓尺寸逐步變大，導流環本體1的底部弧段的背面能夠對運動下行的渦流4形成良好的限制。

實施例2

參見圖7所示，本發明包括喇叭口狀結構的導流環本體1，該導流環本體1應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸。

導流環本體1按服役過程中做功時的排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段11和底部弧段13。其中，頂部弧段11的圓心夾角約為120°，底部弧段13的圓心夾角約為240°，即頂部弧段11和底部弧段13周向組成完整的360°圓環。

導流環本體1在其周向上是由若干周向截面按設計的周向軌跡依序疊合而成，也就是說，導流環本體1的頂部弧段11和底部弧段13分別具有周向截面。

頂部弧段11和底部弧段13的周向截面的輪廓型線的成型規律是相同的，它們的周向截面都是按相同的周向截面傾角規律變化順序成型的，即都是按照特定的軸向和徑向的擴展規律進行延伸擴展，只是頂部弧段11的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段13的周向截面輪廓型線向外的延伸長度，頂部弧段11和底部弧段13的正面輪廓型線分別由順序平滑銜接的1段直線段型線和4段圓弧線段型線組成；也就是說，頂部弧段11和底部弧段13的周向截面的輪廓型線構造是相同的，且頂部弧段11的周向各截面相同-為等截面結構，底部弧段13的周向各截面相同-亦為等截面結構。如此，導流環本體2的頂部弧段11的周向截面小於底部弧段13的周向截面，頂部弧段11和底部弧段13在導流環本體2的周向上直接過渡，頂部弧段11和底部弧段13交界處的周向截面不重合，頂部弧段11的外緣和底部弧段13的外緣在導流環本體2的周向截面傾角規律變化順序上形成臺階差，整個導流環本體2的周向為變截面結構，導流環本體2的排汽端邊緣處頂部形成缺口狀-引導缺口，使導流環本體1的頂部弧段的型線根據頂部渦流結構進行設計、在服役時以便對頂部渦流進行控制，底部弧段的型線根據水平面渦流結構進行設計、在服役時以便對水平截面渦流進行控制。

實施例3

本發明包括喇叭口狀結構的導流環本體，該導流環本體應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸。

導流環本體按服役過程中做功時的排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段和底部弧段。其中，頂部弧段的圓心夾角約為100°，底部弧段的圓心夾角約為260°，即頂部弧段和底部弧段周向組成完整的360°圓環。

導流環本體在其周向上是由若干周向截面按設計的周向軌跡依序疊合而成，也就是說，導流環本體的頂部弧段和底部弧段分別具有周向截面。

頂部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線的成型規律是相同的，它們的周向截面都是按相同的周向截面傾角規律變化順序成型的，即都是按照特定的軸向和徑向的擴展規律進行延伸擴展，只是頂部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度，頂部弧段和底部弧段的正面輪廓型線分別由順序平滑銜接的1段直線段型線和4段圓弧線段型線組成；也就是說，頂部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線構造是相同的，且頂部弧段的周向各截面相同-為等截面結構，底部弧段的周向各截面相同-亦為等截面結構。如此，導流環本體的頂部弧段的周向截面小於底部弧段的周向截面，頂部弧段和底部弧段在導流環本體的周向上直接過渡，頂部弧段和底部弧段交界處的周向截面不重合，頂部弧段的外緣和底部弧段的外緣在導流環本體的周向截面傾角規律變化順序上形成臺階差，整個導流環本體的周向為變截面結構，導流環本體的排汽端邊緣處頂部形成缺口狀-引導缺口，使導流環本體的頂部弧段的型線根據頂部渦流結構進行設計、在服役時以便對頂部渦流進行控制，底部弧段的型線根據水平面渦流結構進行設計、在服役時以便對水平截面渦流進行控制。

實施例4

本發明包括喇叭口狀結構的導流環本體，該導流環本體應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸。

導流環本體按服役過程中做功時的排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段和底部弧段，頂部弧段和底部弧段之間具有側部弧段，即側部弧段為兩段、分處在頂部弧段和底部弧段的兩頭對接處。其中，頂部弧段的圓心夾角約為60°，底部弧段的圓心夾角約為180°，每段側部弧段的圓心夾角約為60°。

導流環本體在其周向上是由若干周向截面按設計的周向軌跡依序疊合而成，也就是說，導流環本體的頂部弧段、側部弧段和底部弧段分別具有周向截面。

頂部弧段、側部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線的成型規律是相同的，它們的周向截面都是按相同的周向截面傾角規律變化順序成型的，即都是按照特定的軸向和徑向的擴展規律進行延伸擴展，只是頂部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度，側部弧段的周向各截面由頂部弧段至底部弧段按導流環本體的周向順序呈遞增變化，頂部弧段和底部弧段的正面輪廓型線分別由順序平滑銜接的1段直線段型線和4段圓弧線段型線組成；也就是說，頂部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線構造是相同的，且頂部弧段的周向各截面相同-為等截面結構，底部弧段的周向各截面相同-亦為等截面結構，唯有側部弧段的周向各截面按順序差異化-為變截面結構。如此，導流環本體的頂部弧段的周向截面小於底部弧段的周向截面，每一側部弧段的一端周向截面與頂部弧段的對應端部周向截面相重合、另一端周向截面與底部弧段的對應端部周向截面相重合，每一側部弧段的外緣按導流環本體的周向截面傾角規律變化順序，在頂部弧段的外緣和底部弧段的外緣之間呈線性變化，整個導流環本體的周向為變截面結構，導流環本體的排汽端邊緣處頂部形成缺口狀-引導缺口，使導流環本體的頂部弧段的型線根據頂部渦流結構進行設計、在服役時以便對頂部渦流進行控制，底部弧段的型線根據水平面渦流結構進行設計、在服役時以便對水平截面渦流進行控制。

實施例5

本發明包括喇叭口狀結構的導流環本體，該導流環本體應用於向下排汽結構的汽輪機低壓排汽缸。

導流環本體按服役過程中做功時的排汽所形成渦流的運動順序，在周向上分為頂部弧段和底部弧段，頂部弧段和底部弧段之間具有側部弧段，即側部弧段為兩段、分處在頂部弧段和底部弧段的兩頭對接處。其中，頂部弧段的圓心夾角約為45°，底部弧段的圓心夾角約為195°，每段側部弧段的圓心夾角約為60°。

導流環本體在其周向上是由若干周向截面按設計的周向軌跡依序疊合而成，也就是說，導流環本體的頂部弧段、側部弧段和底部弧段分別具有周向截面。

頂部弧段、側部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線的成型規律是相同的，它們的周向截面都是按相同的周向截面傾角規律變化順序成型的，即都是按照特定的軸向和徑向的擴展規律進行延伸擴展，只是頂部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度小於底部弧段的周向截面輪廓型線向外的延伸長度，側部弧段的周向各截面由頂部弧段至底部弧段按導流環本體的周向順序呈遞增變化，頂部弧段和底部弧段的正面輪廓型線分別由順序平滑銜接的1段直線段型線和4段圓弧線段型線組成；也就是說，頂部弧段和底部弧段的周向截面的輪廓型線構造是相同的，且頂部弧段的周向各截面相同-為等截面結構，底部弧段的周向各截面相同-亦為等截面結構，唯有側部弧段的周向各截面按順序差異化-為變截面結構。如此，導流環本體的頂部弧段的周向截面小於底部弧段的周向截面，每一側部弧段的一端周向截面與頂部弧段的對應端部周向截面相重合、另一端周向截面與底部弧段的對應端部周向截面相重合，每一側部弧段的外緣按導流環本體的周向截面傾角規律變化順序，在頂部弧段的外緣和底部弧段的外緣之間呈線性變化，整個導流環本體的周向為變截面結構，導流環本體的排汽端邊緣處頂部形成缺口狀-引導缺口，使導流環本體的頂部弧段的型線根據頂部渦流結構進行設計、在服役時以便對頂部渦流進行控制，底部弧段的型線根據水平面渦流結構進行設計、在服役時以便對水平截面渦流進行控制。

以上各實施例僅用以說明本發明，而非對其限制；儘管參照上述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：本發明依然可以對上述各實施例中的具體技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換，而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明的精神和範圍。