一种高效宽工况调节的轴流透平的制作方法

1.本发明涉及的是一种叶轮机械，具体地说是轴流透平。


背景技术：

2.热力叶轮机械将工质的热能转换为机械功，燃气轮机是一种重要的热力叶轮机械，在地面发电、航空推进和航海驱动领域均具有非常广泛的应用。
3.随着新能源发电所占份额的不断提高，其间歇性工作对于电网的冲击越来越大，导致弃风弃光率居高不下，限制了新能源发电的进一步发展，同时也对常常用于调节电网负荷的燃气轮机提出了宽工况运行的要求。另外，在航海驱动领域，宽工况范围的高效运行，对于船舶高效航行以及碳中和也具有非常重要的意义。
4.燃气轮机包含三大部件，压气机、燃烧室和透平。压气机有大流量时的阻塞和小流量时的喘振问题，燃气轮机在低负荷下运行时，流量通常较小，容易导致压气机发生喘振，而为了提高压气机的工况范围，当前压气机的进口导叶以及前几级的静叶通常采用可调叶片的形式。然而对于透平则没有相关的调节手段，燃气轮机在低负荷时，质量流量较小，容积流量也较小，这时透平的运行工况严重偏离设计工况，导致其热功转换效率降低，整个燃气轮机装置的效率也处于较低水平。因此提出一种适用于轴流透平高效宽工况调节的方法是十分有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供能提高透平工况的适应范围，保证其在宽工况条件下工作高效性的一种高效宽工况调节的轴流透平。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.本发明一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：包括机壳、转轴，机壳上安装静叶片，转轴上安装动叶片，静叶片的径向布置有静叶片层板，动叶片的径向位置布置有动叶片层板，静叶片的上游布置有径向调节门。
8.本发明还可以包括：
9.1、静叶片层板和动叶片层板的数量均至少为1个。
10.2、静叶片层板和动叶片层板数量相同，且在透平本体通流部分的径向位置相同。
11.3、径向调节门的上游侧形状为气动型线。
12.4、径向调节门上设置有相互配合的门板。
13.5、径向调节门的径向位置与静叶片层板在静叶片的径向位置相同。
14.6、动叶片层板在周向为一整圈，并和叶片连成一体。
15.7、门板之间为滑动配合，门板两侧面的夹角小于6
°
。
16.本发明的优势在于：本发明在通流部分静叶片和动叶片上设置层板，将通流分布在径向方向分成数个独立的区域，在通流部分上游设置径向调节门，透平在低负荷工况工作时，通过径向调节门向轴心运动，关闭通流部分外侧的独立区域，仅留内侧通流部分工
作，增加了透平的调节手段，拓宽了透平低工况运行范围，也提高了透平的效率。
附图说明
17.图1为本发明的剖视图；
18.图2为a-a视图；
19.图3为径向调节门状态1视图；
20.图4为径向调节门状态2视图。
具体实施方式
21.下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
22.结合图1-4，常规燃气轮机的透平无调节手段，低工况时效率低。常规蒸汽透平依靠进口调节阀门或者部分进气进行调节，低工况时阀门节流损失以及部分进气损失大，透平效率低。高炉煤气余压透平采用可调静叶方式调节，使透平适应负荷变化，但是往往在负荷变化时，透平级内反动度等参数变化大，透平难于保证高效工作。
23.如图1为本发明的剖视图，包括转轴1、静叶片2、动叶片3和机壳4，在静叶片2的径向布置有静叶片层板，图1中包括静叶片层板一5和静叶片层板二6，在动叶片的径向位置布置有动叶片层板，图1中包括动叶片层板一7和动叶片层板二8，在静叶片2的上游布置有径向调节门9。
24.静叶片2和动叶片3的层板数量大于等于1。静叶片层板和动叶片层板数量相同，且在透平通流部分的径向位置相同。可以将透平通流部分沿径向分成2个及多个独立区域，增加了工况调节范围，且保证了调节时具有高的流动效率。
25.径向调节门9的上游侧形状具有良好的气动型线。能减少低工况下的进气损失，提高透平效率。
26.径向调节门9上设置有数个相互配合的门板10，类似于相机调节进光量的快门结构，具有结构简单特点，并可调节透平进气面积和进气量大小。
27.径向调节门9的径向位置与静叶片层板在静叶片2的径向位置相同。静叶片和动叶片在径向的层板数量即为径向调节门的调节段数，结构简单，调节简便，非无级调节。
28.如图2为本发明的图1的a-a视图，包括转轴1、动叶片3、动叶层板7和动叶层板8。
29.在本发明的一个较优的实施例中，动叶层板7和8，在周向为一整圈和叶片连成一体，或者层板固定在动叶片3某个径向位置，或者和动叶片3为一个整体，整圈所有动叶片3装配后，层板分割径向通流部分为独立通流区域。
30.如图3为本发明的径向调节门9状态1视图，包括转轴1、静叶片2、静叶片层板6和门板10，径向调节门9封闭了静叶片层板5和动叶片层板7以上的透平通流空间。
31.各门板10之间为滑动配合。
32.门板10两侧面的夹角小于6
°
。各门板成组后，在中间形成了一个正多边形空腔，为保证此正多边形与透平静叶各层层板的配合，经测算小于6
°
可以减小门板与层板在周向方向的差异，减少流动损失。
33.如图4为本发明的径向调节门9状态2视图，包括转轴1、静叶片2和门板10，径向调节门9封闭了静叶片层板6和动叶片层板8以上的透平通流空间。


技术特征：
1.一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：包括机壳、转轴，机壳上安装静叶片，转轴上安装动叶片，静叶片的径向布置有静叶片层板，动叶片的径向位置布置有动叶片层板，静叶片的上游布置有径向调节门。2.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：静叶片层板和动叶片层板的数量均至少为1个。3.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：静叶片层板和动叶片层板数量相同，且在透平本体通流部分的径向位置相同。4.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：径向调节门的上游侧形状为气动型线。5.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：径向调节门上设置有相互配合的门板。6.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：径向调节门的径向位置与静叶片层板在静叶片的径向位置相同。7.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：动叶片层板在周向为一整圈，并和叶片连成一体。8.根据权利要求1所述的一种高效宽工况调节的轴流透平，其特征是：门板之间为滑动配合，门板两侧面的夹角小于6
°
。

技术总结
本发明的目的在于提供一种高效宽工况调节的轴流透平，包括机壳、转轴，机壳上安装静叶片，转轴上安装动叶片，静叶片的径向布置有静叶片层板，动叶片的径向位置布置有动叶片层板，静叶片的上游布置有径向调节门。本发明在通流部分静叶片和动叶片上设置层板，将通流分布在径向方向分成数个独立的区域，在通流部分上游设置径向调节门，透平在低负荷工况工作时，通过径向调节门向轴心运动，关闭通流部分外侧的独立区域，仅留内侧通流部分工作，增加了透平的调节手段，拓宽了透平低工况运行范围，也提高了透平的效率。也提高了透平的效率。也提高了透平的效率。


技术研发人员：李翔宇 牛夕莹 马晓红 刘宇 李国强 李越 何泉璋 陈鹏
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/6/26