汽轮机进汽结构的制作方法

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种汽轮机进汽结构。

背景技术：

汽轮机进汽腔室是连接阀门与通流叶片级组的蒸汽流道，进汽腔室设计的合理性对机组的效率及安全性至关重要。国内外公司采用全周进汽方式的腔室大都采用下半进汽等截面设计。单侧等截面进汽腔室，腔室内流场分布不均，出口汽流角偏大且周向差异明显，导致第一级静叶冲角大，气动性能差。而两侧进汽的汽缸，进汽口左右对称布置，蒸汽进入内缸后将出现对冲而形成涡流，使进汽腔室的蒸汽流场紊乱，同样造成较大的能力损失，影响机组效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高效率的汽轮机进汽结构，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种汽轮机进汽结构，包括外缸和设于外缸内部的内缸，内缸内形成进汽腔室，外缸和内缸上对应地开设有进汽口，进汽口处设有进汽插管，进汽插管插入外缸内与内缸相连接并与进汽腔室相连通，进汽腔室渐缩截面涡壳型。

优选地，进汽腔室为采用等速矩计算方法或等速度计算方法或变速度计算方法或变速度矩计算方法设计的渐缩截面涡壳型。

优选地，进汽插管插入外缸内的一端与内缸可拆卸地连接，进汽插管的另一端与进汽阀门可拆卸地连接，且进汽插管与进汽阀门之间设有垫片。

优选地，进汽插管插入外缸内的一端沿周向设有第一环形插接件，内缸在进汽口处的端面上开设有第一环形插接槽，第一环形插接件插设于第一环形插接槽中。

优选地，内缸上设有用于抵消进汽腔室内不平衡力作用的自平衡组件，自平衡组件设于进汽口的对侧。

优选地，外缸和内缸上对应地开设有自平衡接口，自平衡接口位于进汽口的对侧，自平衡组件包括设于自平衡接口处的自平衡插管，自平衡插管的一端封闭且另一端开口，自平衡插管的开口端插入外缸内与内缸相连接并与进汽腔室相连通。

优选地，自平衡插管插入外缸内的一端与内缸可拆卸地连接，自平衡插管的另一端与外缸相连接。

优选地，自平衡插管插入外缸内的一端沿周向设有第二环形插接件，内缸在自平衡接口处的端面上开设有第二环形插接槽，第二环形插接件插设于第二环形插接槽中。

优选地，外缸包括在水平中分面处连接的外缸上半和外缸下半，内缸包括在水平中分面处连接的内缸上半和内缸下半；外缸上半和内缸上半上对应地开设有进汽口，或者，外缸下半和内缸下半上对应地开设有进汽口。

优选地，内缸内的第一级静叶采用与进汽腔室的出汽角相匹配的大进汽角静叶。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的汽轮机进汽结构中，进汽腔室为渐缩截面涡壳型，能够适用单侧切向全周进汽，并能够有效降低汽缸进汽腔室的总压损失，从而提高机组通流效率。

附图说明

图1是本发明实施例一的汽轮机进汽结构的剖视示意图。

图2是本发明实施例一的汽轮机进汽结构的进汽腔室内流体域示意图。

图3是本发明实施例一的汽轮机进汽结构中的第一级静叶的结构示意图。

图4是本发明实施例二的汽轮机进汽结构的剖视示意图。

图5是本发明实施例二的汽轮机进汽结构的进汽腔室内流体域示意图。

其中，附图标记说明如下：

11、外缸上半12、外缸下半

13、第一凹槽14、防转销

20、进汽腔室21、内缸上半

22、内缸下半23、猫爪

24、第二凹槽25、第一环形插接槽

26、第二环形插接槽3、进汽插管

31、第一环形插接件4、进汽阀门

5、垫片6、自平衡插管

61、第二环形插接件7、第一级静叶

8、内缸螺栓9、外缸螺栓

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1至图3所示，本发明的汽轮机进汽结构的第一种实施例。

参见图1，本实施例一的汽轮机进汽结构为水平中分面汽缸，其包括外缸和设于外缸内部的内缸，外缸包括在水平中分面处连接的外缸上半11和外缸下半12，内缸包括在水平中分面处连接的内缸上半21和内缸下半22，内缸内形成进汽腔室20，本实施例一采用上半进汽，在外缸上半11和内缸上半21上对应地开设有进汽口，进汽口处设有进汽插管3，进汽插管3在进汽口处插入外缸上半11内并与内缸上半21相连接，且进汽插管3与进汽腔室20相连通，用于向进汽腔室20内输送蒸汽。本实施例一中的进汽腔室20为采用等速矩计算方法或等速度计算方法或变速度计算方法或变速度矩计算方法设计的渐缩截面涡壳型。

具体地，在第一种实施方式中，进汽腔室20可以为采用等速矩计算方法设计的渐缩截面涡壳型。进汽涡壳中汽流的运动在理想状态下，汽流在涡壳中形成一定的环量，并均匀地沿着圆周出口流出，进入下游静叶流道。因此，可以将涡壳内汽流流动简化为平面有势流动，并进一步抽象为理想流体轴对称有势流动，其流线为等角螺旋线。为减小流动损失，应使流体的引入符合等角螺旋线形状，此即为自由涡设计。本实施例一的进汽腔室20采用的等速矩计算方法即是基于该自由涡理念的设计方法。

具体地，在极坐标系下，理想流体轴对称有势流动的速度势函数为：

流函数为：

通过速度势函数可得等势线方程为：

通过流函数可得流线方程为：

上述式中，γ为涡强，q为流量。

可见，流线方程为等角螺旋线方程，即流线为等角螺旋线。因此，根据工作参数不同的汽轮机所要求的涡强和流量值，代入上述流线方程，可计算设计不同外形尺寸的等速矩渐缩截面涡壳，通过数值仿真评估，可得到最佳的涡壳型线及相应的汽流出汽角。

图2示出了本实施例一的等速矩渐缩截面单侧切向进汽涡壳型的进汽腔室20内流体域示意图。在实际应用中，通过对比等截面单侧切向进汽涡壳，采用本实施例一的进汽结构，进汽腔室的总压损失由0.7575％降低到了0.1045％，计算得等截面涡壳的出汽角平均值为168°，而本实施例一的渐缩截面涡壳的出汽角平均值为152°，因此进汽腔室加上第一级静叶的总压损失由2.0807％降低到了0.2334％，机组的通流效率大大提高。

参见图3，为保证第一级静叶7的效率，优选地，内缸内的第一级静叶7采用与进汽腔室20的出汽角相匹配的大进汽角静叶，大进汽角静叶是指进汽角大于常规静叶进汽角的静叶。在一种较佳的实施方式中，与常规静叶相比，第一级静叶7的进汽角由90°增大到140°，并可通过强度计算分析，保证第一级静叶7的安全可靠性。

在第二种实施方式中，进汽腔室20可以为采用等速度计算方法设计的渐缩截面涡壳型。等速度计算方法是假设涡壳中的流体速度按vu＝const规律分布(式中，vu是涡壳各断面的流速，const是常量)，其特点是涡壳各断面的流速相等，因此，涡壳尾部的流速相较按vur＝const计算而得的要小(式中，vur为速度矩)，从而使得涡壳断面较宽，损失较小。

在第三种实施方式中，进汽腔室20可以为采用变速度计算方法设计的渐缩截面涡壳型。变速度计算方法是假设涡壳各断面的流速vu沿周向逐渐减小，例如涡壳进口断面采用的流速为vu，而涡壳尾部断面的流速为(0.6-0.8)vu，中间各断面的流速则按直线或者抛物线的规律分布，这样就更进一步降低了涡壳尾部的流速，减小了尾部的损失。

在第四种实施方式中，进汽腔室20可以为采用变速度矩计算方法设计的渐缩截面涡壳型。变速度矩计算方法是假设速度矩沿轴向的分布不均匀，与周向角度满足函数关系：vur＝k(φ)，式中，vur为速度矩,φ为涡壳断面周向位置。采用该方法既能够保证涡壳尾部压力和流速均匀分布，又能降低压力损失，提升效率。

综上，本实施例一的渐缩截面涡壳型的进汽腔室20，能够适用单侧切向全周进汽，并能够有效降低汽缸进汽腔室的总压损失，从而提高机组通流效率。

参见图1，本实施例一中，内缸下半22在水平中分面处延伸有猫爪23，外缸下半12在水平中分面处开设有第一凹槽13，猫爪23嵌设在第一凹槽13内，实现内缸的支撑和轴向定位。内缸在天、地方向上均设有第二凹槽24，外缸在天、地方向上均设有与第二凹槽24相配合的防转销14，由此实现内缸的横向定位。

本实施例一中，优选地，进汽插管3插入外缸上半11内的一端与内缸上半21可拆卸地连接，进汽插管3的另一端与进汽阀门4可拆卸地连接，蒸汽从进汽阀门4出来后，经进汽插管3进入内缸的进汽腔室20内，在进汽腔室20中旋转的同时进入通流叶片。进汽插管3与进汽阀门4之间设有垫片5。由此，在开缸检修时，只需解除进汽插管3与进汽阀门4之间的连接，取走进汽插管3与进汽阀门4之间垫片5，将进汽插管3从外缸上半11退出一定距离，使进汽插管3与内缸上半21分离，即可将外缸上半11与进汽插管3一起吊走，而无需割断蒸汽管路吊进汽阀门4，能够充分简化现场施工工序，减少施工工作量，降低机组的检修维护成本。

优选地，进汽插管3插入外缸上半11内的一端沿周向设有第一环形插接件31，内缸上半21在进汽口处的端面上开设有第一环形插接槽25，第一环形插接件31插设于第一环形插接槽25中。由此实现了进汽插管3插入外缸上半11内的一端与内缸上半21之间的可拆卸连接，在开缸时，通过直接移动进汽插管3即可将第一环形插接件31从第一环形插接槽25中退出，实现进汽插管3与内缸上半21的分离，操作十分方便。为保证通过移动进汽插管3使第一环形插接件31从第一环形插接槽25中完全退出，垫片5的厚度应不小于第一环形插接件31插入第一环形插接槽25中的长度，以为进汽插管3提供足够的移动空间。

优选地，第一环形插接件31的断面形状呈l形，l形的第一环形插接件31包括相互垂直的第一连接部和第一插接部，第一连接部与进汽插管3相连接，第一插接部与第一环形插接槽25相配合。

单侧进汽的内缸进汽腔室20内会在进汽口对侧产生与进汽压力及进汽口大小成正比的不平衡力，因此，本实施中，在内缸上半21上设有用于抵消进汽腔室20内不平衡力作用的自平衡组件，自平衡组件设于进汽口的对侧。通过自平衡组件抵消汽腔室20内的不平衡力作用，可以保证内缸的中心位置和通流的径向间隙。

优选地，外缸上半11和内缸上半21上对应地开设有自平衡接口，自平衡接口位于进汽口的对侧，自平衡组件包括设于自平衡接口处的自平衡插管6，自平衡插管6的一端封闭且另一端开口，自平衡插管6的开口端插入外缸上半11内并与内缸上半21相连接，且自平衡插管6的开口端与进汽腔室20相连通，从而在进汽口对侧形成一自平衡空间。

优选地，自平衡插管6插入外缸上半11内的一端与内缸上半21可拆卸地连接，自平衡插管6的另一端与外缸上半11相连接。在开缸检修时，可以将自平衡插管6与从外缸上半11退出一定距离，使自平衡插管6与内缸上半21分离，从而便于将外缸上半11吊走。

优选地，自平衡插管6插入外缸上半11内的一端沿周向设有第二环形插接件61，内缸上半21在自平衡接口处的端面上开设有第二环形插接槽26，第二环形插接件61插设于第二环形插接槽26中。在开缸时，通过直接移动自平衡插管6即可将第二环形插接件61从第二环形插接槽26中退出，实现自平衡插管6与内缸上半21的分离，操作十分方便。

优选地，第二环形插接件61的断面形状呈l形，l形的第二环形插接件61包括相互垂直的第二连接部和第二插接部，第二连接部与自平衡插管6相连接，第二插接部与第二环形插接槽26相配合。

此外，内缸上半21和内缸下半22通过内缸螺栓8相连接，外缸上半11和外缸下半12通过外缸螺栓9相连接。考虑到外缸在进汽口区域的中分面处外缸螺栓9的安装、维修及拆卸空间要求，外缸该处位置的中分面法兰上的螺栓孔反向布置，即螺纹在外缸上半12，光孔在外缸下半12。

实施例二

如图4和图5所示，本发明的汽轮机进汽结构的第二种实施例。实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，如图4所示，本实施例二采用下半进汽，进汽口开设在外缸下半12和内缸下半22上，进汽插管3在进汽口处插入外缸下半12内并与内缸下半22相连接，内缸下半22在进汽口处的端面上开设有第一环形插接槽25，进汽插管3上的第一环形插接件31插设于第一环形插接槽25中。

相应地，本实施例二中，自平衡接口也开设在外缸下半12和内缸下半22上，自平衡插管6的开口端从自平衡接口处插入外缸下半12内并与内缸下半22相连接，自平衡插管6的另一端与外缸下半12相连接，内缸下半22在自平衡接口处的端面上开设有第二环形插接槽26，第二环形插接件61插设于第二环形插接槽26中。

本实施例二中，猫爪23设置在内缸上半21上，第一凹槽13开设在外缸上半11上。

图5示出了本实施例二的渐缩截面单侧切向进汽涡壳型的进汽腔室20内流体域示意图。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。