一种汽轮机低压排汽缸导流环的制作方法

本发明涉及汽轮机低压缸，具体是汽轮机低压缸的组成部件，更为具体的说，是一种汽轮机低压排汽缸导流环。

背景技术：

汽轮机低压缸的排汽体积流量很大，这使得低压缸的尺寸亦很大，是汽轮机中最庞大的设备。由于流经低压缸内的蒸汽压力和温度都比较低，低压缸缸体的结构强度已不再是低压缸成型的最主要技术问题，低压缸成型的最主要技术问题是，在确保其具有足够刚度的同时，需要低压缸内的排汽通道应具有合理、良好的流动特性，以减少排汽损失。基于此，低压缸的排汽采用径向扩压结构的排汽缸，以充分利用排汽余速的动能来减少排汽损失，而导流环则是排汽缸的重要组成部件之一。

在低压排汽缸的内部流动中，导流环表面的脱流及涡流的相互作用是排汽缸内压力损失的主要原因。排汽缸的气动性能受到外缸尺寸、缸内部件几何形状及相对位置等多重因素的影响，其中导流环的成型轮廓型线便是一个重要的影响因素。由于导流环的成型轮廓型线与排汽缸内的其它结构共同组成了排汽的扩压通道，因而导流环的成型轮廓型线的设计水平，必然直接地影响着排汽缸的整体气动性能。

在现有设计中，导流环成型轮廓型线的设计重点放在了如何避免导流环表面脱流上，为了减小导流环的成型尺寸，其对汽流扩压的作用仅考虑到汽流从轴向转为径向运动这一部分为止，并未考虑对服役中导流环内壁面和外壁面上的不同压强的分隔，无法对排汽端汽流进行平稳、可靠地向下游继续运动的引导和限制，进而将汽流继续向下游部分运动时可能产生的压力损失忽略掉了。

然而，通过分析研究发现，做功中的蒸汽顺着导流环的正面型线排出至排汽端、并翻转至背面时，便会在翻转过程中在导流环的背面形成涡流，由于导流环的排汽端结构并未考虑如何对涡流进行有效地引导控制，使得翻转至导流环背面的涡流的尺寸较大。如此，该尺寸较大的涡流从排汽缸顶部一直运动发展至排汽缸出口处的整个过程中，会对周围的汽流形成挤压，进而会影响汽流的流动性能、增大排汽缸内的总压损失。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：针对上述汽轮机低压排汽缸的特殊性和现有技术的不足，提供一种在服役时能够有效、可靠地降低总压损失的汽轮机低压排汽缸导流环。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种汽轮机低压排汽缸导流环，包括导流环本体，所述导流环本体从内而外呈喇叭口状，所述导流环本体的内壁面外缘处轮廓型线以弧线型方式平滑回绕于导流环本体的外壁面上方，所述导流环本体的排汽端呈向外回绕的卷边状结构。

作为优选方案之一，所述导流环本体的排汽端端面的向内延伸线，与过导流环本体内壁面外缘处轮廓型线顶点的竖向基准直线之间构成夹角，所述夹角的取值为0～30°，所述竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上。

作为优选方案之一，所述导流环本体的内壁面轮廓型线是由从内而外顺序平滑衔接的直线段型线、第一弧线段型线、第二弧线段型线、第三弧线段型线和第四弧线段型线组成，所述第四弧线段型线为导流环本体内壁面外缘处的轮廓型线。进一步的，所述导流环本体内壁面轮廓型线的直线段型线，与低压排汽缸的轴向水平基准直线之间构成夹角，所述夹角的取值为5～15°。所述导流环本体内壁面轮廓型线的第一弧线段型线内端与直线段型线外端相切成型，所述第一弧线段型线的圆心位于过直线段型线内端的竖向基准直线上，所述第一弧线段型线的外端向圆心的延伸线，与过直线段型线内端的竖向基准直线之间构成夹角，所述夹角的取值为45～65°，所述竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上。所述导流环本体内壁面轮廓型线的第二弧线段型线与第三弧线段型线之间连接点的切线方向为低压排汽缸的径向方向，所述第二弧线段型线与第三弧线段型线之间连接点为导流环本体的内壁面至低压排汽缸外缸竖直内壁面直线距离最短的部位。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明使排汽端呈向外回绕的卷边状结构，其虽在一定程度上会略增大结构尺寸，但在汽轮机低压排汽缸内服役时，能够有效、合理地分隔导流环的内壁面和外壁面上的不同压强，使做功主流汽体能够顺着导流环的内壁面有序、可控地回绕翻转至外壁面进行稳定流动，对翻转至导流环外壁面所产生的涡流尺寸形成有效地限制，进而可靠地确保了主流扩压的空间，有效、可靠地提高了整个排汽缸的扩压性能，能够有效、可靠地降低总压损失，可靠、经济、实用；

2.本发明内壁面轮廓型线结构，针对低压排汽缸内汽流的流动特性而设计，其既能够有效地避免依附于内壁面流动的汽流脱流，又能够对汽流形成稳定、可靠地扩压作用，还能够对汽流翻转至外壁面的涡流形成有效、可靠地引导和限制，也就是说，它能够有效地匹配、吻合于低压排汽缸内的汽流流动特性，气动性能优异，能够进一步增强其可靠性、经济性、实用性。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的a-a截面的正面（即内壁面）轮廓型线结构示意图。

图4为本发明与排汽缸内部结构之间的流动侧剖图。

图中代号含义：1—导流环本体；11—直线段型线；12—第一弧线段型线；13—第二弧线段型线；14—第三弧线段型线；15—第四弧线段型线；2—轴向水平基准直线；3—竖向基准直线；4—竖向基准直线；alpha1、alpha2、alpha3—夹角；5—内缸；6—轴锥套；7—外缸竖直壁面；8—外缸顶部壁面；9—顶部导流板。

具体实施方式

本发明涉及汽轮机低压排汽缸的组成部件，具体是一种汽轮机低压排汽缸用的导流环，下面以多个实施例对本发明的技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合附图1至4进行详细、具体的说明，其它实施例虽未单独绘图、但其主体结构可参照实施例1的附图。

实施例1

参见图1至图4所示，本发明包括导流环本体1，该导流环本体1为从内而外呈喇叭口状结构，其应用于向下排汽结构的汽轮机低压排汽缸。

导流环本体1具有内壁面和外壁面。导流环本体1的内壁面外缘处-即排汽端端部处的轮廓型线以弧线型方式平滑回绕于导流环本体1的外壁面上方，也就是说，导流环本体1的排汽端呈向外回绕的卷边状结构。

具体的，导流环本体1的内壁面轮廓型线是由从内而外顺序平滑衔接的直线段型线11、第一弧线段型线12、第二弧线段型线13、第三弧线段型线14和第四弧线段型线15组成。

其中，直线段型线11处在低压排汽缸轴向的内部-即导流环本体1的根部。在服役时，导流环本体1的直线段型线11部位与汽轮机低压排汽缸的内缸5连接；该直线段型线11在轴向上具有一定的斜度，以低压排汽缸的轴向作为参照基准，直线段型线11与低压排汽缸的轴向水平基准直线2之间构成夹角，该夹角的取值约为10°。

第一弧线段型线12内端与直线段型线11外端相切连接成型。在服役时，第一弧线段型线12与汽轮机低压缸的轴锥套6构成弧型状的转向通道-即轴向转径向，该转向通道的尺寸主要由汽轮机流量限定；第一弧线段型线12的圆心位于过直线段型线11内端（即与内缸5的连接端）的竖向基准直线3上，该竖向基准直线3处在低压排汽缸的径向平面上，第一弧线段型线12的外端向圆心的延伸线，与过直线段型线11内端的竖向基准直线3之间构成夹角，该夹角的取值约为55°。

第二弧线段型线13的内端与第一弧线段型线12的外端平滑连接，第二弧线段型线13的外端与第三弧线段型线14的内端平滑连接，第二弧线段型线13和第三弧线段型线14与汽轮机低压缸的外缸竖直壁面7构成弧型状的、主要为径向的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第二弧线段型线13的外端与第三弧线段型线14的内端之间连接点的切线方向，为低压排汽缸的径向方向-即竖直方向；第二弧线段型线13与第三弧线段型线14之间的连接点，为导流环本体1的内壁面至低压排汽缸的外缸竖直内壁面7的直线距离最短的部位。

第三弧线段型线14平滑衔接布置在第二弧线段型线13和第四弧线段型线15之间，而第四弧线段型线15的圆心则处在过导流环本体1内壁面外缘处-即排汽端端部轮廓型线顶点的竖向基准直线4上，第四弧线段型线15即为导流环本体1内壁面外缘处的轮廓型线；第四弧线段型线15与汽轮机低压缸的外缸顶部壁面8、顶部导流板9构成汽流回绕的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第四弧线段型线15的外端（即远离第三弧线段型线14的端部）端面向内-即向圆心的延伸线，与过导流环本体1内壁面外缘处轮廓型线-即第四弧线段型线15顶点的竖向基准直线4之间构成夹角，该夹角的取值为35°，该竖向基准直线4处在低压排汽缸的径向平面上。

综上所述，导流环本体1在其周向上是由若干周向截面按设计的周向轨迹依序叠合而成，即导流环本体1具有周向截面，该周向截面的内壁轮廓型线成型结构如同上述的一直线段型线和四条弧线段型线的布局所成型。

实施例2

本发明包括导流环本体，该导流环本体为从内而外呈喇叭口状结构，其应用于向下排汽结构的汽轮机低压排汽缸。

导流环本体具有内壁面和外壁面。导流环本体的内壁面外缘处-即排汽端端部处的轮廓型线以弧线型方式平滑回绕于导流环本体的外壁面上方，也就是说，导流环本体的排汽端呈向外回绕的卷边状结构。

具体的，导流环本体的内壁面轮廓型线是由从内而外顺序平滑衔接的直线段型线、第一弧线段型线、第二弧线段型线、第三弧线段型线和第四弧线段型线组成。

其中，直线段型线处在低压排汽缸轴向的内部-即导流环本体的根部。在服役时，导流环本体的直线段型线部位与汽轮机低压排汽缸的内缸连接；该直线段型线在轴向上具有一定的斜度，以低压排汽缸的轴向作为参照基准，直线段型线与低压排汽缸的轴向水平基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为5°。

第一弧线段型线内端与直线段型线外端相切连接成型。在服役时，第一弧线段型线与汽轮机低压缸的轴锥套构成弧型状的转向通道-即轴向转径向，该转向通道的尺寸主要由汽轮机流量限定；第一弧线段型线的圆心位于过直线段型线内端（即与内缸的连接端）的竖向基准直线上，该竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上，第一弧线段型线的外端向圆心的延伸线，与过直线段型线内端的竖向基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为45°。

第二弧线段型线的内端与第一弧线段型线的外端平滑连接，第二弧线段型线的外端与第三弧线段型线的内端平滑连接，第二弧线段型线和第三弧线段型线与汽轮机低压缸的外缸竖直壁面构成弧型状的、主要为径向的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第二弧线段型线的外端与第三弧线段型线的内端之间连接点的切线方向，为低压排汽缸的径向方向-即竖直方向；第二弧线段型线与第三弧线段型线之间的连接点，为导流环本体的内壁面至低压排汽缸的外缸竖直内壁面的直线距离最短的部位。

第三弧线段型线平滑衔接布置在第二弧线段型线和第四弧线段型线之间，而第四弧线段型线的圆心则处在过导流环本体内壁面外缘处-即排汽端端部轮廓型线顶点的竖向基准直线上，第四弧线段型线即为导流环本体内壁面外缘处的轮廓型线；第四弧线段型线与汽轮机低压缸的外缸顶部壁面、顶部导流板构成汽流回绕的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第四弧线段型线的外端（即远离第三弧线段型线的端部）端面向内-即向圆心的延伸线，与过导流环本体内壁面外缘处轮廓型线-即第四弧线段型线顶点的竖向基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为20°，该竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上。

综上所述，导流环本体在其周向上是由若干周向截面按设计的周向轨迹依序叠合而成，即导流环本体具有周向截面，该周向截面的内壁轮廓型线成型结构如同上述的一直线段型线和四条弧线段型线的布局所成型。

实施例3

本发明包括导流环本体，该导流环本体为从内而外呈喇叭口状结构，其应用于向下排汽结构的汽轮机低压排汽缸。

导流环本体具有内壁面和外壁面。导流环本体的内壁面外缘处-即排汽端端部处的轮廓型线以弧线型方式平滑回绕于导流环本体的外壁面上方，也就是说，导流环本体的排汽端呈向外回绕的卷边状结构。

具体的，导流环本体的内壁面轮廓型线是由从内而外顺序平滑衔接的直线段型线、第一弧线段型线、第二弧线段型线、第三弧线段型线和第四弧线段型线组成。

其中，直线段型线处在低压排汽缸轴向的内部-即导流环本体的根部。在服役时，导流环本体的直线段型线部位与汽轮机低压排汽缸的内缸连接；该直线段型线在轴向上具有一定的斜度，以低压排汽缸的轴向作为参照基准，直线段型线与低压排汽缸的轴向水平基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为15°。

第一弧线段型线内端与直线段型线外端相切连接成型。在服役时，第一弧线段型线与汽轮机低压缸的轴锥套构成弧型状的转向通道-即轴向转径向，该转向通道的尺寸主要由汽轮机流量限定；第一弧线段型线的圆心位于过直线段型线内端（即与内缸的连接端）的竖向基准直线上，该竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上，第一弧线段型线的外端向圆心的延伸线，与过直线段型线内端的竖向基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为65°。

第二弧线段型线的内端与第一弧线段型线的外端平滑连接，第二弧线段型线的外端与第三弧线段型线的内端平滑连接，第二弧线段型线和第三弧线段型线与汽轮机低压缸的外缸竖直壁面构成弧型状的、主要为径向的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第二弧线段型线的外端与第三弧线段型线的内端之间连接点的切线方向，为低压排汽缸的径向方向-即竖直方向；第二弧线段型线与第三弧线段型线之间的连接点，为导流环本体的内壁面至低压排汽缸的外缸竖直内壁面的直线距离最短的部位。

第三弧线段型线平滑衔接布置在第二弧线段型线和第四弧线段型线之间，而第四弧线段型线的圆心则处在过导流环本体内壁面外缘处-即排汽端端部轮廓型线顶点的竖向基准直线上，第四弧线段型线即为导流环本体内壁面外缘处的轮廓型线；第四弧线段型线与汽轮机低压缸的外缸顶部壁面、顶部导流板构成汽流回绕的扩压通道，该扩压通道的尺寸主要由汽轮机流量与低压缸外缸的尺寸共同限定。第四弧线段型线的外端（即远离第三弧线段型线的端部）端面向内-即向圆心的延伸线，与过导流环本体内壁面外缘处轮廓型线-即第四弧线段型线顶点的竖向基准直线之间构成夹角，该夹角的取值为10°，该竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上。

综上所述，导流环本体在其周向上是由若干周向截面按设计的周向轨迹依序叠合而成，即导流环本体具有周向截面，该周向截面的内壁轮廓型线成型结构如同上述的一直线段型线和四条弧线段型线的布局所成型。

实施例4

本发明包括导流环本体，该导流环本体为从内而外呈喇叭口状结构，其应用于向下排汽结构的汽轮机低压排汽缸。

导流环本体具有内壁面和外壁面。导流环本体的内壁面外缘处-即排汽端端部处的轮廓型线以弧线型方式平滑回绕于导流环本体的外壁面上方，也就是说，导流环本体的排汽端呈向外回绕的卷边状结构。

具体的，导流环本体的内壁面轮廓型线是由从内而外顺序平滑衔接过渡的多条型线组成，最外端的型线为弧线结构、其即为导流环本体内壁面外缘处的轮廓型线，该最外端弧线型线的外端端面向内-即向圆心的延伸线，与过导流环本体内壁面外缘处轮廓型线-即最外端弧线型线顶点的竖向基准直线之间构成夹角，该夹角的取值约为5°，该竖向基准直线处在低压排汽缸的径向平面上。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。