[發(fā)明專利]一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210024587.0
• 申請日: 2012-02-06
• 公開（公告）號: CN103244209A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 付經(jīng)倫;劉建軍;周嗣京;曾蘊濤;崔永強;蔣洪德
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01D25/30
• 分類號: F01D25/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發(fā)明涉及汽輪機技術領域，是一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁。

背景技術

大功率蒸汽輪機的單側徑向排汽系統(tǒng)，作為流道末端的通流部件，用于回收末級透平出口的余速動能，在給定的排汽系統(tǒng)出口壓力的情況下降低透平的背壓，增加透平的出功，提高機組的熱效率。單側徑向排汽時，汽流從透平出口到排汽系統(tǒng)出口之間有大約90°的折轉，從而在透平出口截面產(chǎn)生非軸對稱流場，使得透平葉片在不同的周向位置感受到不同的背壓。同時，透平出口截面的流場分布也會影響排汽系統(tǒng)內部流場，使排汽系統(tǒng)擴壓器出現(xiàn)流動分離，降低甚至完全喪失了其對末級透平出口余速動能的回收能力，使透平背壓或排汽系統(tǒng)入口壓力接近甚至高于排汽系統(tǒng)出口壓力，減少了透平出功，降低了機組熱效率。透平葉片排與排汽系統(tǒng)之間的強氣動相互作用，對透平葉片的運行安全以及機組的熱效率都會產(chǎn)生重要影響。以往的擴壓器端壁設計中，不考慮透平與排汽系統(tǒng)間的氣動相互作用，由一條型線繞軸向旋轉而形成軸對稱擴壓器，得到的排汽系統(tǒng)在實際環(huán)境中的氣動性能與設計值相差較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是公開一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁，有別于現(xiàn)有擴壓器端壁的設計思路和結構形式，其結構形式為全三維設計，可提高汽輪機機組熱效率，使透平葉片運行安全，適用于單側徑向排汽的汽輪機排汽系統(tǒng)內擴壓器。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是：

一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁，其為非軸對稱全三維的端壁型面，由多條子午型線控制生成；子午型線取為一段圓弧線，其結構參數(shù)包括圓弧軸向長度L，圓弧曲率半徑R和圓弧起點位置處切向角度α；每條型線起點位置處的切線與軸線的角度α、型線的曲率半徑R及軸向長度L不一定相同，為一自由曲面。

所述的擴壓器端壁，其所述子午型線，由透平出口流場來確定，是在實際透平出口流場條件下，以分別表征排氣系統(tǒng)擴壓能力和透平出口背壓周向不均勻程度的性能參數(shù)：壓力恢復系數(shù)和靜壓周向不均勻系數(shù)為優(yōu)化目標，對n個周向位置處的子午型線結構參數(shù)α，R和L進行多目標優(yōu)化，選擇使壓力恢復系數(shù)最大，同時靜壓周向不均勻系數(shù)最小的子午型線結構參數(shù)組合。

所述的擴壓器端壁，其所述靜壓周向不均勻系數(shù)最小，即排氣系統(tǒng)氣動性能達到最優(yōu)。

所述的擴壓器端壁，其所述n，為子午型線的個數(shù)，n≥1的整數(shù)，根據(jù)實際設計條件自由決定。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

一、適應末級透平出口的實際流場分布，保證機組在實際運行環(huán)境下，排汽系統(tǒng)具有良好的擴壓能力，降低透平出口背壓，增加透平出功，提高機組熱效率。

二、適應單側徑向排汽的排汽蝸殼，削弱單側徑向排汽系統(tǒng)內流動的周向不均勻程度，降低末級透平葉片負荷及氣動力在一周內的波動，提高機組運行安全。

附圖說明

圖1為汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器外環(huán)端壁型線結構參數(shù)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁全三維設計示意圖；其中：

圖2a.為不同周向位置的子午型線；

圖2b.為全三維設計擴壓器外環(huán)端壁；

圖3a為現(xiàn)有汽輪機軸對稱擴壓器端壁示意圖；

圖3b為本發(fā)明的一種汽輪機單側排汽系統(tǒng)擴壓器端壁示意圖，該擴壓器子午型線的個數(shù)n根據(jù)發(fā)明者計算環(huán)境所限選擇為2，優(yōu)化的子午型線周向位置分別位于0°和±90°處，其中+90°～-90°處(即擴壓器下半部)型線結構相同；

圖4為在透平出口流場影響下，排汽系統(tǒng)進、出口位置平均壓力對比圖；其中：斜線為帶傳統(tǒng)擴壓器排氣系統(tǒng)，直線為帶非軸對稱擴壓器排氣系統(tǒng)；

圖5為在透平出口流場影響下，擴壓器入口(透平出口)位置徑向平均壓力系數(shù)沿周向分布圖；其中：上面線條為帶傳統(tǒng)擴壓器排氣系統(tǒng)，下面線條為帶非軸對稱擴壓器排氣系統(tǒng)；

圖6a為帶軸對稱擴壓器的排汽系統(tǒng)頂部子午面流線圖；

圖6b為帶本發(fā)明非軸對稱全三維擴壓器的排汽系統(tǒng)頂部子午面流線圖。

具體實施方式