[发明专利]汽轮机低压排汽缸导流环结构

说明书

技术领域

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结构。

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。

现有应用于汽轮机低压排汽缸的导流环为喇叭口状的周向等截面结构，即其由同一结构的型线截面按设计的周向轨迹及顺序叠合而成。此结构导流环在应用于汽轮机低压排汽缸时，因其排汽端边缘的周向轮廓尺寸等齐、一致，使得翻转至导流环背面的主流汽体便在导流环排汽端背面边缘附近形成了涡流，导致涡流的运动轨迹比较靠近导流环排汽端背面的边缘处，容易使导流环的背面对涡流失去控制能力。具体参见图1所示，做功中的蒸汽顺着导流环本体1的正面型线排出至排汽端，从导流环本体1的排汽端顶部处翻转至背面，翻转过程中在导流环本体1的背面形成涡流4，该涡流4未能被可靠、有效的引导至导流环本体1的背面中部处，而是靠近导流环本体1的排汽端背面的边缘处顺着两侧向下运动下行；在下行过程中，随着导流环本体1的轮廓尺寸逐步变大，导流环本体1对处在排汽端背面边缘处的涡流4难以限制，在遇到包括水平中分面撑杆3在内的阻碍部件时，涡流4极易会从导流环本体1背面的限制中翻转出来，对外缸2的壁面附近的汽流产生挤压，进而形成较大的额外损失。由此可见，现有等截面结构的导流环在汽轮机低压排汽缸的应用中，其无法对翻转至背面的主流汽体形成可靠、有效的引导，使得产生于其背面涡流始终处在靠近端部边缘处运动下行，这也就会导致导流环对背面运动中的涡流容易失去控制能力，进而产生较大的额外总压损失。

若能在导流环的排汽端周向上形成主流汽体的翻转引导结构，使翻转至导流环背面的主流汽体在导流环背面的中部处形成涡流，则能增强导流环对背面涡流的控制能力，有效、可靠地降低总压损失，保证主流扩压的空间、以提高整个排汽缸的扩压性能。然而，截止目前行业内还未见有此类研究成果公之于众；中国专利文献虽然披露了一项在导流环的排汽端边缘处开设缺口的技术，名称为“汽轮机排汽扩压导流结构及汽轮机”（公开号：CN 104533548，公开日：2015年4月22日），但该技术所披露的导流环排汽端缺口结构仅为用于低压外缸上半的方便装卸，未考虑导流环轮廓型线的排汽气动性能，甚至是以牺牲部分排汽气动性能来实现低压外缸上半的方便装卸的，也就是说，该技术中的导流环排汽端的缺口无法用于主流汽体在翻转至导流环背面的有效、可靠引导。

发明内容

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导流环结构的不足，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结构。

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结构，包括喇叭口状的导流环本体，所述导流环本体按做功时排汽所形成涡流的运动顺序，在周向上分为顶部弧段和底部弧段，所述导流环本体的顶部弧段的周向截面小于底部弧段的周向截面，所述导流环本体的周向为变截面结构。

作为优选方案，所述导流环本体的顶部弧段周向截面轮廓型线成型规律相同于底部弧段周向截面轮廓型线成型规律，所述顶部弧段的周向截面轮廓型线向外的延伸长度小于底部弧段的周向截面轮廓型线向外的延伸长度。

作为优选方案，所述导流环本体的顶部弧段和底部弧段之间还具有侧部弧段，所述侧部弧段的周向截面为变截面结构，所述侧部弧段的周向各截面由顶部弧段至底部弧段按导流环本体的周向顺序呈递增变化，所述侧部弧段的一端周向截面与顶部弧段的对应端部周向截面相重合、另一端周向截面与底部弧段的对应端部周向截面相重合。进一步的，所述侧部弧段的外缘按导流环本体的周向截面倾角规律变化顺序，在顶部弧段的外缘和底部弧段的外缘之间呈线性变化。