公开/公告号CN114818176A
专利类型发明专利
公开/公告日2022-07-29
原文格式PDF
申请/专利权人 杭州汽轮机股份有限公司;
申请/专利号CN202210389412.3
申请日2022-04-13
分类号G06F30/17(2020.01);G06F30/20(2020.01);F01D3/04(2006.01);G06F119/14(2020.01);
代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙) 11463;
代理人汪喆
地址 311100 浙江省杭州市余杭区经济技术开发区康信路608号1幢
入库时间 2023-06-19 16:12:48
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-11-11
著录事项变更 IPC(主分类):G06F30/17 专利申请号:2022103894123 变更事项:申请人 变更前:杭州汽轮机股份有限公司 变更后:杭州汽轮动力集团股份有限公司 变更事项:地址 变更前:311100 浙江省杭州市余杭区经济技术开发区康信路608号1幢 变更后:310000 浙江省杭州市临平区康信路608号1幢
著录事项变更
2022-08-16
实质审查的生效 IPC(主分类):G06F30/17 专利申请号:2022103894123 申请日:20220413
实质审查的生效
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其是涉及一种反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法。
背景技术
反动式汽轮机广泛使用于工业领域，由于反动式汽轮机动叶前后存在较大压差，所以转子受到推力较大，因此需要在调节级前引入平衡活塞产生反向力，从而平衡推力。
但由于不同汽轮机中级组的数量不同，因此，需要匹配的平衡活塞的参数不同。而现阶段对于平衡活塞的尺寸设计并未有成熟的方法进行，因此，无法找到漏气损失最小的汽封分段方案和汽封直径。
因此，急需提供一种反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，以在一定程度上以在一定程度上使平衡活塞分段汽封能够与相应的汽轮机更加适配，保证汽轮机的安全运行。
本发明提供的一种反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据机组压力级组的分组情况，得到不同封汽压力组合；步骤二、取出步骤一中的某一压力组合，确定平衡活塞中每段汽封的直径的组合范围；步骤三、根据步骤二中的压力组合，确定第一汽封与第二汽封最优漏汽流量比方程式；步骤四、基于步骤三中的所述最优流量比方程式，在步骤二中的所述汽封的直径的组合范围内取多个点，并逐一计算对应点的漏气量、总损失和汽封齿数，将每个点的所述漏气量进行比对，取最小总损失的平衡活塞直径组合点即为最优封汽压力组合；步骤五、重复步骤二到步骤四，依次计算完步骤一中各种封汽压力组合的最小漏气损失，并进行比较，找到整个方案中最小损失封汽压力组合，得到对应各分段汽封直径和轴向尺寸，即为整体最优数值。
其中，在步骤一中，所述平衡活塞分两段汽封，为第一汽封和第二汽封。
具体地，在步骤一中，假定机组包括n个级组，每段所述汽封的排汽端要求用不同的压力，且所述第一汽封的排汽端的压力P
具体地，在步骤二中，所述根据压力情况，确定平衡活塞中每段汽封的直径的组合范围(x，y)，设定所述第一汽封的直径为x，所述第二汽封的直径为y，已知轮室的根径为m，所述平衡活塞的前转子直径为n，所述平衡活塞的最大允许直径为H
进一步地，在步骤二中，所述根据压力情况为根据压力P
更进一步地，根据所述进一步获得有效区域以及所述汽封的直径越小所述汽封的漏气量越小，获得所述第一汽封的直径x和所述第二汽封的直径y的组合最优区间为所述椭圆在所述有效区域内的一段弧线。
其中，步骤三中，所述确定最优流量比方程式，包括根据漏气损失＝漏气量x漏入的蒸汽到机组排气的有效焓降以及有效焓降＝效率x绝热焓降，并取绝热焓降代替有效焓降，可获得总损失等式Loss＝-Q
具体地，因P
其中，步骤四中，所述逐一计算对应点(x，y)组合的汽封齿数，包括假设所述第一汽封和所述第二汽封的总齿数S；先平分所述总齿数S，使所述第一汽封和所述第二汽封的齿数均为S/2，算出对应的Q
具体地，将全部的所述步骤二中组合直径范围内区间弧线上的点按照二分法计算，获得Q
相对于现有技术，本发明提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法具有以下优势：
本发明提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据机组压力级组的分组情况，得到不同封汽压力组合；步骤二、取出步骤一中的某一压力组合，确定平衡活塞中每段汽封的直径的组合范围；步骤三、根据步骤二中的压力组合，确定第一汽封与第二汽封最优漏汽流量比方程式；步骤四、基于步骤三中的最优流量比方程式，在步骤二中的汽封的直径的组合范围内取多个点，并逐一计算对应点的漏气量、总损失和汽封齿数，将每个点的漏气量进行比对，取最小总损失的平衡活塞直径组合点即为最优封汽压力组合；步骤五、重复步骤二到步骤四，依次计算完步骤一中各种封汽压力组合的最小漏气损失，并进行比较，找到整个方案中最小损失封汽压力组合，得到对应各分段汽封直径和轴向尺寸，即为整体最优数值。
由此分析可知，通过上述方法，能够针对不同汽轮机所具有的级组情况进行分组，从而能够得到不同的封汽压力组合。再根据不同的压力组合相应计算出分段汽封的直径，并根据直径计算出分段汽封的漏气量以及对应的汽封齿数，从而根据上述参数，能够获得最小损失的分段汽封的直径以及齿数的组合，进而能够根据此种方式，快速确定相应的最优平衡活塞分段汽封尺寸参数，使反动式汽轮机的运行更加平稳安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法中反动式汽轮机的部分结构示意图；
图3为本发明实施例提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法中第一汽封和第二汽封直径取值范围的示意图。
图中：1-第一汽封；2-第二汽封；3-级组；4-第一平衡管道；5-第二平衡管道；6-组合直径范围区间。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。
这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明提供一种反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据机组压力级组3的分组情况，得到不同封汽压力组合；步骤二、取出步骤一中的某一压力组合，确定平衡活塞中每段汽封的直径的组合范围；步骤三、根据步骤二中的压力组合，确定第一汽封1与第二汽封2最优漏汽流量比方程式；步骤四、基于步骤三中的最优流量比方程式，在步骤二中的汽封的直径的组合范围内取多个点，并逐一计算对应点的漏气量、总损失和汽封齿数，将每个点的漏气量进行比对，取最小总损失的平衡活塞直径组合点即为最优封汽压力组合；步骤五、重复步骤二到步骤四，依次计算完步骤一中各种封汽压力组合的最小漏气损失，并进行比较，找到整个方案中最小损失封汽压力组合，得到对应各分段汽封直径和轴向尺寸，即为整体最优数值。
相对于现有技术，本发明提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法具有以下优势：
本发明提供的反动式汽轮机平衡活塞分段汽封设计方法，能够针对不同汽轮机所具有的级组3情况进行分组，从而能够得到不同的封汽压力组合。再根据不同的压力组合相应计算出分段汽封的直径，并根据直径计算出分段汽封的漏气量以及对应的汽封齿数，从而根据上述参数，能够获得最小损失的分段汽封的直径以及齿数的组合，进而能够根据此种方式，快速确定相应的最优平衡活塞分段汽封尺寸参数，使反动式汽轮机的运行更加平稳安全。
优选地，本申请将步骤一中，平衡活塞分两段汽封，为第一汽封1和第二汽封2。
在确定汽封数量后，在步骤一中，如图2所示，假定机组包括n个级组3，每段汽封的排汽端要求用不同的压力，且第一汽封1的排汽端的压力P
此处需要补充说明的是，本申请中第一汽封1通过第一平衡管道4与级组3后连通，第二汽封2通过第二平衡管道5与级组3后连通，且第一汽封1连通的级组3位于第二汽封2连通的级组3之前，因此，获得n个级组3具有n(n-1)/2个压力组合。
确定级组3数量后，即可确定具有的压力组合，因此，在步骤二中，根据压力情况，确定平衡活塞中每段汽封的直径的组合范围(x，y)，设定第一汽封1的直径为x，第二汽封2的直径为y，轮室的根径为m，平衡活塞的前转子直径为n，平衡活塞的最大允许直径为H
并且，在步骤二中，根据压力P
根据Hmax>y>x>m>n以及
因此，根据进一步获得有效区域以及汽封的直径越小汽封的漏气量越小，获得第一汽封1的直径x和第二汽封2的直径y的组合最优区间必为椭圆在有效区域内的一段弧线。
步骤三中，确定最优流量比方程式，包括根据漏气损失＝漏气量x漏入的蒸汽到机组排气的有效焓降以及有效焓降＝效率x绝热焓降，并取绝热焓降代替有效焓降，可获得总损失等式Loss＝-Q
此处需要补充说明的是，本申请中Q
因P
其中，步骤四中，优选地，采用二分法迭代方式，逐一计算步骤二对应点(x，y)的汽封齿数，包括假设第一汽封1和第二汽封2的总齿数S；先平分总齿数S，使第一汽封1和第二汽封2的齿数均为S/2，算出对应的Q
之后，以同样的方式，按照二分法计算步骤二中组合直径范围区间6弧线的上点，获得Q
最后，通过步骤五，找到整个方案中最小损失封汽压力组合，得到对应各分段汽封直径和轴向尺寸，即为整体最优数值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
机译： 用平衡汽从活塞箱冷却的汽轮机冷却汽轮机外罩的装置
机译： 汽轮机双步平衡活塞汽室
机译： 汽蒸汽轮机的控制方法，汽蒸汽轮机的控制装置以及汽蒸汽轮机的汽轮机
