一种工业高转速高效率汽轮机装置的制作方法

1.本发明涉及一种工业高转速高效率汽轮机装置，属于汽轮机的技术领域。


背景技术：

2.汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，汽轮机是现代火力发电厂的主要设备。
3.汽轮机运行时会产生乏气，乏气则通过凝汽器进行冷却，并且凝汽器在汽轮机排的汽口建立高度真空，凝汽器的真空度对汽轮机的循环热效率具有较大影响。而凝汽器的真空是依靠射水抽气真空装置实现的，射水抽气真空装置将凝汽器内残留的水气抽出，从而使得凝汽器形成真空环境。然而在现有技术中，由于射水抽气真空装置从凝汽器内抽出的水气温度较高，长时间运行下会导致射水抽气真空装置的温度逐渐升高，降低其抽气的性能和效率，从而影响到汽轮机的运行状态。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种工业高转速高效率汽轮机装置，使得汽轮机能够维持搞转速和高效率，并且具有稳定的运行状态。
5.本发明是通过以下技术方案来实现的。
6.一种工业高转速高效率汽轮机装置，包括汽轮机、凝汽器、射水抽气真空装置、储水箱、抽水泵、主冷却机构、预冷却机构；所述凝汽器用于接收所述汽轮机产生的乏气，并且将乏气冷却成冷却水；所述抽水泵用于将储水箱中的水抽入所述射水抽气真空装置；所述射水抽气真空装置可由储水箱提供的水形成真空环境，用于将所述凝汽器中残留的水气抽入并随水排放回储水箱；所述主冷却机构用于对所述储水箱内的水进行冷却；所述预冷却机构用于对所述射水抽气真空装置进行预冷却。
7.作为本发明的进一步改进，所述射水抽气真空装置包括抽气室、进水室、喉管、余气室；所述抽气室的第一端部、第二端部分别设有进水口、出水口；所述进水室连接在抽气室的第一端部上，并在连接处设置有伸入抽气室内的喷射嘴，所述喷射嘴构成进水口，所述进水室设有连接储水箱的抽水输入管，所述水泵设置在抽水输入管上；所述喉管的两端分别连接所述抽气室的第二端部、余气室，喉管连接在抽气室的一端部构成出水口；所述余气室设有水汽混合排放口、余气口，水汽混合排放口设有连接储水箱的抽水输出管；所述抽水泵的侧部设有连接凝汽器的气管。
8.作为本发明的进一步改进，所述预冷却机构包括冷却筒、预冷却输入管、预冷却输出管；所述冷却筒的两端具有允许喉管穿过的通孔，并且冷却筒套于喉管之外；所述预冷却输入管连接冷却筒、抽水输入管位于抽水泵和进水室之间的部分；所述预冷却输出管连接冷却筒、储水箱。
9.作为本发明的进一步改进，所述预冷却输入管和抽水输入管相连接处设置有分流
阀。
10.作为本发明的进一步改进，所述冷却筒的内壁上设置有由内壁向内凸起形成的筋条，用于延长水流在冷却筒内的流径路程。
11.作为本发明的进一步改进，所述筋条在所述冷却筒的内壁上沿着冷却筒的长度方向螺旋延伸。
12.作为本发明的进一步改进，所述储水箱内设有分隔板，所述分隔板的底端位于储水箱的底部，分隔板的顶端和储水箱的顶部留有间距；所述分隔板将储水箱内分为热水区域和冷水区域，所述抽水输入管、所述抽水输出管分别连通冷水区域、热水区域。
13.作为本发明的进一步改进，所述主冷却机构包括至少一个冷水管，所述冷水管穿入并穿出储水箱，并且在储水箱内的部分多处弯折。
14.作为本发明的进一步改进，所述抽气室内设有连接进水口和出水口的射水管，射水管布置有多个抽气孔；所述抽气室内设有抽气腔，抽气腔内设有中空的抽气仓，所述抽气仓围绕射水管并且可以转动的抽气仓；所述抽气仓具有多个始终和抽气腔的侧壁滑动接触的触角，相邻两个触角、抽气腔侧壁、抽气仓限定了一个抽气空间，所述抽气仓对应每个抽气空间的仓壁上设有进气结构，进气结构允许气体由抽气空间进入抽气仓内；所述抽气腔的侧壁设有多个进气口；所述气管包括进气总管、多个由进气总管分流的进气支管，所述进气支管连接进气口。
15.作为本发明的进一步改进，所述抽气空间的体积随着抽气仓的转动周期性地增大和减小，并且所述抽气空间在体积增大的过程中和进气口连通，在体积前和进气口断开。
16.本发明的有益效果：通过主冷却机构对储水箱内的水进行冷却，降低储水箱内的水温，通过预冷却机构对射水抽气真空装置进行预冷却，使得射水抽气真空装置排回储水箱的水温降低，以保持射水抽气真空装置的抽气性能；射水抽气真空装置通过循环式的方式给每个抽气空间输送水气，在抽气空间和进气口之间形成了稳定的气压差，从而提高抽气效率；综合之下能够保持凝汽器内的高度真空，从而确保汽轮机能够维持高转速和高效率的运行状态。
附图说明
17.下面将通过附图详细描述本发明中优选实施案例，以助于理解本发明的目的和优点，其中：图1为工业高转速高效率汽轮机装置的连接示意图；图2为射水抽气真空装置和预冷却机构的结构示意图；图3为冷却筒的剖视示意图；图4为储水箱的结构示意图；图5为射水抽气真空装置的抽气室的结构示意图；图6为射水抽气真空装置的抽气腔的断面示意图。
具体实施方式
18.下面根据附图和实施案例对本发明作进一步详细说明。
19.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等
方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
20.参照图1-图6，一种工业高转速高效率汽轮机5装置，包括汽轮机5、凝汽器6、射水抽气真空装置1、储水箱2、抽水泵21、主冷却机构4、预冷却机构3，所述凝汽器6用于接收所述汽轮机5产生的乏气，并且将乏气冷却成冷却水。所述抽水泵21用于将储水箱2中的水抽入所述射水抽气真空装置1，所述射水抽气真空装置1可由储水箱2提供的水形成真空环境，用于将所述凝汽器6中残留的水气抽入并随水排放回储水箱2，所述主冷却机构4用于对所述储水箱2内的水进行冷却，所述预冷却机构3用于对所述射水抽气真空装置1进行预冷却。
21.在本实施案例汽轮机5装置所构建的做功体系中，所述汽轮机5在运行产生的乏气由所述凝汽器6进行冷却，凝汽器6的真空状态是由射水抽气真空装置1将凝汽器6中的水气抽出所形成的，对于汽轮机5来说，凝汽器6的真空度直接影响到乏气的排放，如果凝汽器6的真空度下降，则会导致汽轮机5热耗和气耗增大，其做功性能会降低，从而使得汽轮机5的高转速运行出现安全隐患，为确保本实施案例汽轮机5装置能够稳定地维持搞转速和高效率，需保障凝汽器6的真空度。而所述凝汽器6的真空环境是由射水抽气真空装置1提供的，由于所述射水抽气真空装置1从凝汽器6中抽出的水气温度较高，会导致射水抽气真空装置1温度逐渐升高，从而降低其抽气性能。本实施案例通过主冷却机构4对储水箱2内的水进行冷却，降低储水箱2内的水温，使得射水抽气真空装置1的进水温度得以降低，再通过预冷却机构3对射水抽气真空装置1进行预冷却，使得射水抽气真空装置1排回储水箱2的水温降低，从而起到了对射水抽气真空装置1有效的降温作用，以保持其抽气性能。
22.射水抽气真空装置1包括抽气室11、进水室15、喉管16、余气室17，所述抽气室11的第一端部11a、第二端部11b分别设有进水口11a、出水口11b，所述进水室15连接在抽气室11的第一端部11a上，并在连接处设置有伸入抽气室11内的喷射嘴151，所述喷射嘴151构成进水口11a，所述进水室15设有连接储水箱2的抽水输入管18，所述水泵设置在抽水输入管18上，所述喉管16的两端分别连接所述抽气室11的第二端部11b、余气室17，喉管16连接在抽气室11的一端部构成出水口11b，所述余气室17设有水汽混合排放口171、余气口172，水汽混合排放口171设有连接储水箱2的抽水输出管19，所述抽水泵21的侧部设有连接凝汽器6的气管14。
23.所述抽水泵21将储水箱2内的水通过抽水输入管18送入进水室15内，进水室15内的水从进水口11a处喷入抽气室11内，再由出水口11b进入喉管16，高速水流在抽气室11内形成真空负压环境，从而将凝汽器6内的水气抽入抽气室11内，并随水流射出，高速水流和被抽入的水气混合，经喉管161扩压后在稍高于大气压的情况下随水从水汽混合排放口171通过抽水输出管19排回储水箱2内，余气室17内多余的水气从余气口172排放而出。
24.对于预冷却机构3，包括冷却筒31、预冷却输入管32、预冷却输出管33，所述冷却筒31的两端具有允许喉管16穿过的通孔，并且冷却筒31套于喉管16之外在通孔处可以设置密封圈，以避免水流外溢出冷却筒31。另外，所述冷却筒31的长度尽量接近喉管16的长度，以提高预冷却对于喉管16的覆盖范围。所述预冷却输入管32连接冷却筒31、抽水输入管18位于抽水泵21和进水室15之间的部分，所述预冷却输出管33连接冷却筒31、储水箱2。所述预
冷却机构3和射水抽气真空装置1共享抽水泵21来提供水，可以减少泵的设置数量。
25.在本实施案例中，所述预冷却输入管32和预冷却输出管33连接冷却筒31的具体位置分别靠近其两端，使得水能够在冷却筒31内流动，和喉管16的外壁能够充分接触来进行热交换，起到了较好地预冷却作用。
26.进一步地，所述预冷却输入管32和抽水输入管18相连接处设置有分流阀34，通过分流阀34能够调节对射水抽气真空装置1、预冷却机构3的水量分配比例，可以根据实际应用情况合理调节设置。
27.对于冷却筒31，所述冷却筒31的内壁上设置有由内壁向内凸起形成的筋条35，用于延长水流在冷却筒31内的流径路程，增加了冷却筒31内的水和喉管16外壁的接触时间，从而进一步提高其预冷却的效果。
28.再进一步地，所述筋条35在所述冷却筒31的内壁上沿着冷却筒31的长度方向螺旋延伸，使得冷却筒31内的水流呈涡流状，在能够起到延长水流在冷却筒31内的流径路程的前提下，还能够避免水流撞击筋条35，一方面撞击会产生一定的震动，不利于射水抽气真空装置1运行时的稳定状态，另一方面，撞击还会产生热量，不利于对喉管16的预冷却。
29.对于储水箱2，所述储水箱2内设有分隔板22，所述分隔板22的底端位于储水箱2的底部，分隔板22的顶端和储水箱2的顶部留有间距。所述分隔板22将储水箱2内分为热水区域23和冷水区域24，所述抽水输入管18、所述抽水输出管19分别连通冷水区域24、热水区域23。所述冷水区域24的水温大于热水区域23，抽水输入管18将冷水区域24的冷水抽入射水抽气真空装置1和预冷却机构3中，因此冷水区域24的冷水水面高度会逐渐降低，抽水输出管19将射水抽气真空装置1产生的热水输入热水区域23，会使得热水区域23的热水水面高度逐渐增高，高于分隔板22顶端后，热水才会持续并且缓慢地流入冷水区域24，使得热水区域23和冷水区域24保持温差，起到进一步降低射水抽气真空装置1温度的作用。
30.对于主冷却机构4，包括至少一个冷水管41，所述冷水管41穿入并穿出储水箱2，并且在储水箱2内的部分多处弯折，冷水管41内流淌冷却水，同时对热水区域23的热水和冷水区域24的冷水进行持续的降温。
31.对于射水抽气真空装置1，抽气室11内设置有射水管12，射水管12的两端分别连接进水口11a和出水口11b，射水管12上设有多个均匀分布的抽气孔121，水流由进水口11a高速射出，因此在射水管12的周围形成了真空负压环境。
32.所述抽气室11内设置有抽气腔s，抽气腔s内设置有抽气仓13，所述抽气仓13为中空结构，抽气仓13围绕射水管12设置并且可以转动，所述抽气仓13具有多个能够始终和抽气腔s的侧壁滑动接触的触角131，抽气仓13在相邻两个触角131之间的部分为仓壁，因此相邻两个触角131、抽气腔s侧壁、抽气仓13限定了一个抽气空间p，所述抽气腔s内的多个抽气空间p均为独立的密闭空间。所述抽气仓13在对应每个抽气空间p的仓壁上设有进气结构132，进气结构132允许水气由抽气空间p进入抽气仓13。所述抽气腔s的侧壁设有多个进气口11c，进气口11c通过气管14从凝汽器6内抽入水汽，所述抽气仓13转动时，触角131依次经过进气口11c，当抽气空间p对应的前一个触角131进过进气口11c时，该抽气空间p和进气口11c连通，被抽水气由进气口11c进入抽气空间p内，然后再由进气结构132进入抽气仓13内，进入抽气仓13的水气在射水管12周围形成的真空负压环境的作用下，由抽气孔121进入射水管12内，并随水流射出。
33.在本实施案例中，抽气空间p内的水气在射水管12周围真空负压环境的作用下，由进气结构132进入抽气仓13再被射水管12抽走，从而使得抽气空间p在下一次进气前降低了内部气压，抽气空间p和下一个进气口11c连通时，在抽气空间p和进气口11c之间形成了稳定的气压差，因此可以提高进气口11c的进气效率，而多个进气口11c通过循环式的方式给每个抽气空间p输送水气，综合提高了抽气的效率。
34.进一步地，所述抽气空间p的体积随着抽气仓13的转动周期性地增大和减小，并且所述抽气空间p在体积增大的过程中和进气口11c连通，在体积减小前和进气口11c断开。所述抽气空间p在进气时会提高抽气空间p内的气压，从而缩小和进气口11c之间的气压差，而抽气空间p在进气的同时体积不断增大会降低气压的增幅，从而有利于抽气空间p的总体进气量。所述抽气空间p通过进气结构132被射水管12抽走会使得抽气空间p内的气压下降，从而缩小抽气空间p和射水管12周围真空负压环境的气压差，而抽气空间p周期性的缩小体积会提高抽气空间p的气压，以降低气压差的降幅，因此在这种进气、抽气的机制下，可以进一步地提高抽气的效率。
35.在本实施案例中，所述进气结构132设置为泄压阀。所述泄压阀是基于气压差来实现气流通向的，所述抽气空间p在进气时持续提高其内部气压，当抽气空间p的气压和射水管12周围真空负压环境之间的气压差达到泄压阀的阈值时，泄压阀开启，使得抽气空间p内的水气进入抽气仓13内继而再被射水管12抽走，而抽气空间p周期性的体积缩小会延长泄压阀的开启时长，当气压差低于阈值后泄压阀关闭。在泄压阀关闭的期间内，能够使得射水管12周围的负压真空环境得到一定程度的恢复，从而能够间歇性地恢复射水管12的抽气性能，因此将进气结构132设置成泄压阀能够实现间歇性的抽气方式，可以进一步提高抽气效率。
36.由于所述抽气空间p在进气过程中其内部气压逐渐增大，使得抽气空间p和进气口11c之间的气压差逐渐降低，因此进气口11c的进气速率是逐渐降低的，基于此，每个所述抽气空间p的体积变化周期不同步，能够避免进气口11c的进气同步化。
37.对于气管14，其包括进气总管141、多个由进气总管141分流的进气支管142，所述进气支管142连接进气口11c，由于进气口11c的进气不同步，使得进气总管141交替式地向各个进气支管142输送水气，因此从凝汽器6抽出水气的速率变化波动较小，从而提高了抽气的平稳定。
38.另外，所述进气口11c的数量和所述抽气仓13转动一整周后所述抽气空间p所经历的周期数量相同，使得抽气空间p随着抽气仓13的转动，每经历一次体积增大再减小的过程均对应一次进气，提高了整体的抽气效率。
39.在本实施案例中，所述抽气仓13的内部空间是不分隔的，也可以在抽气仓13内对应每个触角131处设置分隔构件，分隔构件和射水管13表面滑动接触，将抽气仓13的内部空间分隔成多个，并且和抽气空间p一一对应。
40.更为具体地，在本实施案例中，所述抽气室11呈圆筒状结构，其内部设置有隔板111，所述隔板111呈圆形且垂直于抽气室11的中轴线，隔板111的边缘和抽气室11的内表面滑动接触，隔板111可以绕抽气室11的中轴线转动。所述射水管12和抽气室11公中轴线，并且贯穿所述隔板111。所述抽气室11在隔板111到第二端部11b之间的内表面上设有呈长椭圆形的壳体112，壳体112的两端连接在抽气室11的内表面上。壳体112、隔板111、第二端部
11b构成所述抽气腔s，壳体112则构成了抽气腔s的侧壁。所述隔板111距离第一端部11a较近，使得抽气腔s占据了抽气室11内的大部分空间。所述隔板111面向第二端部11b的一面上固定所述抽气仓13，所述抽气仓13的中心偏离隔板111的中心。所述抽气仓13的偏心位置和壳体112的形状设置可以参考转子发动机，隔板111的转动可带动抽气仓13转动，触角131即可在壳体112的内壁上滑动。
41.在本实施案例中，抽气仓13呈三角形结构，触角131设置有三个，抽气空间p被限定为三个，抽气仓13转动一整周后经历两次体积增大减小，因此进气口11c设置为两个。
42.对于所述隔板111的转动驱动方式，在本实施案例中，所述抽气室11内的第一端部11a上设置有驱动电机111-1，驱动电机111-1优选设置为减速电机，或者可以增设减速器，驱动电机111-1的输出轴上设有第一传动轮111-2，所述隔板111面向第一端部11a的一面上设有围绕射水管12的第二传动轮111-3，所述第一传动轮111-2和第二传动轮111-3啮合。
43.最后应说明的是：以上实施案例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施案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：其依然可以对前述各实施案例所记载的技术方案进行修改，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各实施案例技术方案的范围。