【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于叶轮机械及其流动控制，涉及涡轮进气流场优化和效率提升，具体是一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，通过调整轴向长度和优化流线型剖面，提高透平效率，降低总压损失，改善气流流动结构。
技术介绍
1、涡轮机组作为现代工业的关键设备，广泛应用于电力、石化、航空航天等领域。为了满足结构布置和空间限制的需要，常用的汽轮机、空气/燃气涡轮等涡轮设备通常设置有径向进气装置，气流在径向进气装置中往往需要进行折转才能进入透平中。在这个过程中，透平进口往往产生回流旋涡，导致进气总压降低，流场结构恶化，透平效率显著下降。
2、为解决上述问题，现有技术提出了多种解决方案。例如，中国专利技术专利申请cn06703980a公开了一种涡轮进气控制装置及进气控制方法，主要通过步进马达控制凸轮环的旋转角度，实现进气口的部分进气控制。该专利技术通过调节凸轮环的角度来改变气流路径，从而改善进气状况。然而，该方法存在结构复杂，需要外源输入，对于有高压密封要求的进气装置难以适用。此外，该方案需要电机、控制系统等辅助设备，使得整体结构更加复杂，增加了维护和运行成本。
3、另一中国专利技术专利申请cn114922694a公开了一种用于驱动可调导叶的燃气轮机流体驱动系统，其方案主要采用流体介质驱动多个传动组件运动，传动组件与可调导叶连接，从而带动可调导叶旋转，实现进口流场的改变。该方案虽然避免了电机和电子控制系统的使用，但由于其采用流体介质驱动，因而也引入了流体介质通路的复杂性，流体介质通路的设计和维护需要额外的考虑，并且同样存在活动部件，增加
4、也就是说，尽管现有技术在解决透平进口回流旋涡的问题上虽然取得了一定的进展，但仍存在显著的局限性。首先，步进马达控制的方案需要额外的电机和控制系统，结构复杂且不易维护，特别是在需要高压密封的场合。其次，流体介质驱动的方案虽然不依赖电气控制，但其流体介质通路和活动部件增加了设计和维护的复杂性。这些问题使得现有技术在实际应用中面临诸多挑战，难以在不同的使用场景中广泛推广。
5、综上所述，现有技术在解决涡轮机进口回流旋涡问题上虽有所进展，但仍存在结构复杂、存在活动部件、需外源驱动、密封性和可靠性不足等缺陷。因此，针对轴流涡轮进口导流，亟需一种新的技术方案，能够在简化结构的同时，实现对进口流场的有效控制，避免回流旋涡的产生，提高透平效率。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、针对现有技术中存在的涡轮进口导流装置结构复杂、需要外源驱动、密封性和可靠性不足等缺陷和不足，为解决现有技术中的上述以及其他方面的至少一种技术问题，本专利技术提出一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，无需设置活动部件及相关调节装置，仅通过采用具有流线型剖面以及轴向长度调整垫片的设计，能够根据透平进气缸轴向尺寸调整通流面积，有效抑制导流环内壁面流动分离，改善气流由径向进气室向透平折转过程中形成的回流、非均匀流场等流动不良结构，降低透平进气区域总压损失，从而提高涡轮效率(最高可达1％)，且装置整体布置灵活，可适应不同的使用场景。
3、(二)技术方案
4、为实现该专利技术目的，解决其技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，用于改善轴流涡轮的进口流场、降低进气总压损失、提高透平效率，至少包括一轴流涡轮透平以及一径向透平进气装置，具体而言：
6、所述轴流涡轮透平整体沿轴向布置，包括上游机匣段和下游机匣段，所述上游机匣段的内部空间中沿流向依次设置有透平导叶和透平动叶，所述下游机匣段形成为透平排气室，且所述透平导叶在轴向上临近所述上游机匣段的进口位置进行布置；
7、所述径向透平进气装置设置在所述轴流涡轮透平的上游机匣段的外侧，包括在轴线上相对布置的一环形前侧壁和一环形后侧壁，二者之间的空间形成为一径向进气室，所述径向进气室用于引导气流从径向折转为轴向后通入轴流涡轮透平，其中：
8、所述环形前侧壁的径向内侧部分以由径向向轴向折转的方式光滑过渡连接于所述上游机匣段的内机匣壁，
9、所述环形后侧壁的径向内侧部分以大体相互垂直的方式直接连接于所述上游机匣段的外机匣壁，其连接位置在径向上位于所述透平导叶的顶部区域，并在轴向上位于所述透平导叶的顶部区域的上游位置；
10、并且其中，所述环形后侧壁的径向内侧部分的内壁上通过紧固件固定设有一环形导流部件，所述环形导流部件在子午面上的截面在轴向上呈向上游侧凸起的结构，至少包括一位于轴向下游的外侧壁面和一位于轴向上游的内侧壁面，其中：
11、所述环形导流部件的外侧壁面与所述环形后侧壁的径向内侧部分的内壁之间设有环形调节垫片，通过调整所述环形调节垫片以调节所述环形导流部件整体在轴向上的布置位置，
12、所述环形导流部件的内侧壁面整体设计为流线型，用于引导气流从径向平稳地转向轴向，减少气流分离和涡流的形成。
13、(三)技术效果
14、同现有技术相比，本专利技术的轴向可调轴流涡轮进口导流环装置，具有以下有益且显著的技术效果：
15、(1)本专利技术提出了一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，旨在改善轴流涡轮的进口流场、降低进气总压损失、提高透平效率。该结构通过在径向透平进气装置的后侧壁内侧设置一环形导流部件，利用其流线型内壁面形状对进气流场进行整流和优化，从而有效改善气流由径向进气室向透平折转过程中形成的回流、非均匀流场等流动不良结构，改善轴流涡轮的进口流场，降低透平级进口区域的总压损失，提高透平效率。
16、(2)本专利技术技术方案仅需在关键部位施加环形导流部件，无活动部件及相关调节装置，结构简单，能够降低加工成本。现有技术中需要使用电机、控制系统等复杂装置不同，本专利技术的导流部件通过螺栓固定，利用调节垫片调整轴向长度，实现灵活的布置和精确的气流调节。这种设计大幅减少了潜在的故障点和维修需求，简化了制造和维护过程，降低了设备的整体成本，提高了经济效益。此外，无活动部件的设计使得系统更加可靠，在高温高压等苛刻条件下仍能稳定运行，进一步增强了系统的耐用性和可靠性。
17、(3)本专利技术技术方案中，环形导流部件采用紧固件固定，通过调节垫片固定于后侧壁内壁上，采用调节垫片的厚度和/或数量调整控制环形导流部件在轴向上的布置位置，从而优化气流路径和导流效果。这种灵活的布置方式适用于不同的工况和运行条件，能够根据具体需求进行调整，确保最佳的导流效果和气流引导。
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1.一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，至少包括一轴流涡轮透平以及一径向透平进气装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为圆弧与直线的组合形式，其中圆弧段位于轴向上游侧，直线段在径向上位于外侧并呈由轴向下游端向轴向上游端倾斜的状态，从而形成为所述环形导流部件的顶部壁面，减少流动分离和涡流现象。
3.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为在轴向上呈向上游侧凸起的圆弧形式，使气流在进入环形导流部件时能够顺畅地沿圆弧段转向，减少流动分离和涡流现象。
4.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为在轴向上呈向上游侧凸起的多段圆弧形式，使气流在进入环形导流部件时能够顺畅地沿不同圆弧段逐步转向，减少流动分离和涡流现象。
5.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面
6.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件在设置后，其轴向长度占所述径向进气室40轴向宽度的5％至25％，从而在保证足够导流效果的同时，避免因导流部件过长而引起的气流阻力增加，实现对进气流场的有效控制与优化。
7.根据权利要求6所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，通过调整所述环形调节垫片的厚度和/或数量以调节所述环形导流部件整体在轴向上的布置位置，使得所述环形导流部件与上游透平导叶顶部的最小轴向间距处于最优范围内，确保最佳的导流效果和气流引导。
8.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件由多个周向分段构成，相邻各分段之间通过柔性连接结构连接，在保证整体导流效果的同时，允许各分段在热膨胀过程中产生微小的相对位移，以减少热应力并提高结构的可靠性。
9.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述紧固件为多个固定螺栓，沿所述环形导流部件的周向均匀分布，每一所述固定螺栓穿过所述环形导流部件上的长圆孔及环形调节垫片后与所述环形后侧壁上的螺纹孔配合，从而通过长圆孔的设计在一定范围内调节所述环形导流部件的径向位置，进一步优化导流效果。
10.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件及环形调节垫片的材料选用耐高温、耐腐蚀的合金材料，且所述环形导流部件的表面经等离子喷涂陶瓷涂层或进行表面硬化处理，以提高其耐磨性和抗氧化能力，延长使用寿命。
...【技术特征摘要】
1.一种轴向可调轴流涡轮进口导流结构，至少包括一轴流涡轮透平以及一径向透平进气装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为圆弧与直线的组合形式，其中圆弧段位于轴向上游侧，直线段在径向上位于外侧并呈由轴向下游端向轴向上游端倾斜的状态，从而形成为所述环形导流部件的顶部壁面，减少流动分离和涡流现象。
3.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为在轴向上呈向上游侧凸起的圆弧形式，使气流在进入环形导流部件时能够顺畅地沿圆弧段转向，减少流动分离和涡流现象。
4.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为在轴向上呈向上游侧凸起的多段圆弧形式，使气流在进入环形导流部件时能够顺畅地沿不同圆弧段逐步转向，减少流动分离和涡流现象。
5.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件的内侧壁面在子午面上的截面形状为在轴向上呈向上游侧凸起的多段复合线构成形式，使气流在进入环形导流部件时能够沿着各段复合线逐步转向和加速，从而减少流动分离和涡流现象。
6.根据权利要求1所述的轴向可调轴流涡轮进口导流结构，其特征在于，所述环形导流部件在设置后，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王星，朱阳历，李文，陈海生，徐玉杰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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