扩压装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种流体可以通过它流动的扩压装置（１），包括一个有内表面的外扩压器（２）和一个流动加速装置（９），它设计为使至少部分在外扩压器内表面（８）上形成的边界层流可以沿主流方向加速，从而抑制在外扩压器内表面（８）上的流动分离。此外，汽轮机的排汽腔或燃气轮机的排气腔包括这种扩压装置（１）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】扩压装置本专利技术涉及一种扩压装置和尤其涉及包括这种扩压装置的汽轮机排汽 腔或燃气轮机排气腔。扩压器是一个可以流过流体的通道，它在无流动分离通流的同时通过横 截面扩张使流体减速，以及按照伯努里定理降低流体动压有利于静压。扩压器的质量通过压力恢复系数表达，它由C/' 二(尸出口 _尸进口)/(尸总，进口 尸进口)以及总压或滞止压力4, a。、扩压器进口静压4。和扩压器出口静压4。 决定。例如在管道中的扩压器应用于压力恢复或横截面扩张的连续平稳地过渡(过渡扩压器)。对于有圆形横截面的管道，扩压器设计为轴对称。图4表 示一个轴对称扩压器101的纵剖面以及示意表示其中发生的典型的流动。扩 压器101有进口截面102和出口截面103，它们的面积比大于1。在扩压器 101上游设圓柱形流入管，入流108通过它流动，在扩压器101下游设圆4i 形流出管，出流109通过它流动。由于流体附着在扩压器壁上，所以在壁附近的流动形成边界层。图4所 示扩压器IOI的下半部分中表示沿主流方向的五个特征速度剖面IIO至114， 其中前两个速度剖面110、 111表示流入管内壁附近的流动，以及在上游后 的三个速度剖面112至114表示扩压器101内在壁附近的流动。因为在扩压器101中流动减速，所以沿流动方向的主流其流速降低，由 此在满足热力学第一定理的条件下，沿流动方向的流体静压相应提高。按照 普兰德特尔边界层理论，在边界层内横向于流动方向的静压是常数。基于扩压器101的减速作用和在扩压器壁上的附着条件，在壁附近流体 的流动速度下降。在渡过了一定的流动距离后，横向于和在扩压器壁上的流 速梯度为零。这一位置是表示在边界层剖面113内的流动分离点105。在分离点105内，流体从扩压器壁朝扩压器101中心运动，以及在分离 点105下游的壁附近形成逆流，它造成分离气泡106。分离气泡106导致扩 压器101有效的通流截面变窄，从而使分离气泡106区域内的主流加速。由此提高主流中的动能，流体在出口管内重新接触再接触点107。图4所示扩压器101的开度，决定性地确定了分离气泡106的形状和大 小以及分离点105和可能出现的再接触点107的位置。扩压器101的开度越 大，分离点105处于越上游。与流体在其中完全贴靠壁的扩压器相比，由于扩压器IOI有效的通流截 面变窄，所以分离气泡106降低了扩压器101的压力恢复效果。为了在扩压器内造成层状的边界层流，由公开文件DE1628337已知一 种安装在轮毂上的叶轮，它的被扩压器板包裹的叶片在叶尖通过一个环连 接。在此环上的一圈导向叶片设置为，在保持由扩压器板导引的边界流的同 时，它们扩张从叶轮流出的射流。除导向叶片外这尤其这样达到，即所述环 有相应的横截面形状，这种形状有利于夹带的流束的流动并将其高速吹出。此外为了避免在扩压器内流动分离，由JP08260905已知一种平行于扩 压器壁布置沿流动方向延伸的管。基于扩压器发散的横截面以及与之平行的 相应地发散的管，所以增大在扩压器壁与管之间形成的环形通道的流动截 面，从而使在环形通道中流动的介质减速。汽轮机或燃气轮机在部分负荷、基本负荷和过负荷下运行。在汽轮机或 燃气轮机设计和建造时，它们各个部件例如鉴于效率或气动力学或热动力学 的有效性，只在唯一的工作点才能优化几何设计。其结果是，在与设计工作 点不一致的其他工作点，这些部件并不能最佳工作。这种情况也涉及汽轮机的排汽腔或燃气轮机的排气腔。排汽腔或排气腔 按惯例设计为轴向扩压器。通常轴向扩压器针对基本负荷优化几何设计，所以在部分负荷和过负荷 时轴向扩压器不能最佳工作。优化设计时，轴向扩压器的进口存在比出口低的静压。通过降低扩压器 进口(同时意味着是叶片组出口)的压力，使最后那个工作叶环输出更大的功 率。在部分负荷区内时流过轴向扩压器流体的质量流量小于在基本负荷区 内时的质量流量，因此在基本负荷区内时轴向扩压器内的平均流速高于在部 分负荷区内时的平均流速。由此在部分负荷区轴向扩压器内的流动比在基本 负荷区轴向扩压器内出现的流动更倾向于分离。因此在部分负荷区时轴向扩压器内的压力恢复与基本负荷时的压力恢复相比较小。其结果是，与在基本负荷时的涡轮功率相比，在部分负荷时涡轮功率减小。燃气轮机扩压器压力恢复改善C产O.l的影响，由Farohki估算输出的涡轮功率为0.8%。这种关系类似地适用于轴流式汽轮机。在这里可以采取措施做到减小轴向扩压器的开度，因为由此使流体不那么剧烈地减速，从而不那么强烈地倾向于分离。但是这样一来使轴向扩压器的结构长度加长，不利地增大汽轮机或燃气轮机总的结构长度。本专利技术的目的是创造一种扩压装置，它的压力恢复高以及其结构长度小。按本专利技术的可供流体流过的扩压装置包括一个有内表面的外扩压器和一个流动加速装置，后者设计为使至少部分在外扩压器内表面上形成的边界层流可以沿主流方向加速，乂人而抑制在外扩压器内表面上的流动分离。若流体通过外扩压器流动，则它沿主流方向减速，因此在外扩压器内表面上形成的边界层流原则上倾向于分离。分离从一个流体动能为零的地点出发。借助按本专利技术的流动加速装置，至少部分在壁附近的流体加速，从而增大壁附近流动的动能。由此使壁附近流动的动能无处为零，从而防止在外扩压器内表面上流动分离。因此扩压装置有高的压力恢复。此外，扩压装置的外扩压器可具有大的开度，但在其中并不会出现流动分离。因此外扩压器并因而扩压装置有较小的结构长度。所述流动加速装置有一个导流装置，该导流装置在外扩压器内部延伸，并以其面朝外扩压器内表面的外表面和外扩压器内表面的一段构成一个喷嘴管道。所述部分边界层流可通过该喷嘴管道流动。流动加速装置由喷嘴管道构成，它由导流装置在与外扩压器内壁的配合作用确定。由此达到，紧邻外扩压器内表面的壁附近的流体，也就是说，正是那部分原本有低动能的流体得到加速。从而有效地抑制在扩压装置内的流动分离。优选地，导流装置将其背对其外表面的内表面构成一个内扩压器，流体可以通过该内扩压器流动并在此过程中沿主流方向减速。因此除了在外部区内的喷嘴效果外，导流装置在内部区内还有扩压作用，所以流体通过扩压装置强烈减速。由此达到按本专利技术的扩压装置有高的压力恢复。此外优选地，导流装置沿主流方向的长度处于外扩压器沿主流方向长度的5%至40%范围内。因此导流装置完全设在外扩压器的内部，以及可以准确地定位在外扩压器内壁的那个预期流体的流动可能在这里分离的区域内。因此，所述导流装置可以有针对性地设置在有流动分离危险的区域内，从而有效地抑制流动分离，同时还能使得该导流装置对主流的干扰很小。优选地，外扩压器和导流装置设计为轴对称并绕一条公共的对称轴线同心布置。此外也优选的是，喷嘴管道设计为环形通道。据此，有利地将扩压装置构造成一种包括多个扩压器和一个喷嘴的装置。这一装置由串联的三个扩压器，亦即导流装置上游的外扩压器区域、导流装置的内扩压器以及导流装置下游的外扩压器区域，和一个与导流装置的内扩压器并联的喷嘴管道构成。由此实现外扩压器的一种紧凑、简单和有效作用的划分，与此同时使扩压装置具有紧凑的结构形式。优选地，导流装置设计为一块直的导板。由此有利地使导板可以经济地生产。与之不同也可优选将导流装置设计为具有一种气动型面。由此使导流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可供流体流过的扩压装置（１），包括一个有内表面的外扩压器（２）和一个有导流装置（９）的流动加速装置，其中，所述导流装置（９）在外扩压器（２）内部延伸，并以其面朝外扩压器（２）内表面（８）的外表面（１０）和外扩压器（２）内表面（８）的一段构成一个喷嘴管道（１１），使至少部分在外扩压器（２）内表面（８）上形成的边界层流可以沿主流方向加速，从而抑制在外扩压器（２）内表面（８）上的流动分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-3-13 07005175.01.一种可供流体流过的扩压装置(1)，包括一个有内表面的外扩压器(2)和一个有导流装置(9)的流动加速装置，其中，所述导流装置(9)在外扩压器(2)内部延伸，并以其面朝外扩压器(2)内表面(8)的外表面(10)和外扩压器(2)内表面(8)的一段构成一个喷嘴管道(11)，使至少部分在外扩压器(2)内表面(8)上形成的边界层流可以沿主流方向加速，从而抑制在外扩压器(2)内表面(8)上的流动分离。2. 按照权利要求1所述的扩压装置(l)，其中，所述导流装置(9)有一个 可以流入流体的前缘(13)和一个与其对置的可流出流体的后缘(14),以及， 进口截面(15)处于外扩压器(2)内表面(8)与导流装置(9)前缘(13)之间，出口截 面(16)处于外扩压器(2)内表面(8)与导流装置(9)后缘(14)之间，其中，进口截 面(15)的横截面积大于出口截面(16)的横截面积。3. 按照权利要求1或2所述的扩压装置(1)，其中，所述导流装置(9)以 其背对其外表面(10)的内表面(17)构成一个内扩压器(18),流体可以通过该内 扩压器(18)流动并在此过程中可沿主流方向减速。4. 按照权利要求l、 2或3所述的扩压装置(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨沙贝克尔，马克布罗克，拉尔夫霍法克，马里奥凯贝，斯蒂芬梅尔曼，乌尔里克斯坦卡，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]