本发明属于小流量透平部分进汽装置设计技术领域，具体涉及一种连续可调部分进汽装置。
背景技术：
透平是一种动力机械装置，是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的装置。透平在国民经济中应用广泛，在某些工业领域需要用到小流量透平装置。对于小流量透平设备，如果采用全周进汽的方式，即整圈静叶全部进汽，则会导致相应的动静叶片高度也会过小。由于叶栅流道上下两个端面附近存在着较大的二次流损失，当叶片高度过小时，二次流产生的损失将会严重影响透平效率。因此，为了提高透平效率，需要采用部分进汽的方式来提高叶片的高度从而减小这种二次流损失。
目前采用部分进汽的设备中，汽轮机多采用四阀控制进汽设计，通过控制不同阀门的开闭，可以实现单弧段进汽方式(即相邻弧段进汽方式)或者对角弧段进汽方式；小流量透平采用单弧段或者其它形式的弧段进汽方式，但是在设计之初，部分进汽位置已经固定。
研究表明，在相同的部分进汽度情况下，采用单弧段进汽流动效率较高，但是由于进汽周向不均匀，汽流对转子产生的合力不为零，汽流力较大，造成转子的不稳定，严重时会造成设备故障甚至损坏。相应的，如果采用对角弧段进汽，部分进汽力相互抵消，汽流力较小，但是由于引入了额外的弧端损失使得进汽流动效率较低，从而降低了透平效率。
因此，目前的固定部分进汽位置进汽结构中，必须在透平效率高但转子受到汽流力大以及转子受到的汽流力小但透平效率低之间抉择。即使能够根据要求工况的参数设计出最优进汽形式，但是也会随着负荷的改变，无法调整至最优的进汽方式。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提供了一种连续可调部分进汽装置，可以通过连续调节改变进汽方式，在不同情况下，实现进汽效率和转子受到汽流力之间最优平衡。在保证转子稳定，透平安全运行的前提下，尽可能提高透平效率。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种连续可调部分进汽装置，包括进汽管道壳体、进汽腔室壳体、固定部分进汽口、挡板和可调部分进汽口；其中，
进汽管道壳体与进汽腔室壳体相连通，进汽腔室壳体包括固定进汽腔室壳体与可调进汽腔室壳体，且固定进汽腔室壳体与固定部分进汽口连接；挡板挡板与可调部分进汽口的端面连接，可调进汽腔室壳体紧邻挡板。
本发明进一步的改进在于，可调进汽腔室壳体包括通过螺栓连接的可调进汽腔室壳体上半部分和可调进汽腔室壳体下半部分。
本发明进一步的改进在于，固定进汽腔室壳体与固定部分进汽口采用焊接方式连接，组成固定汽流通道；挡板与可调部分进汽口采用焊接方式连接，并与可调进汽腔室壳体组成可调汽流通道。
本发明进一步的改进在于，挡板上开有孔，在开孔处与可调部分进汽口采用焊接方式连接；挡板周向上开有若干卯眼，榫钉通过螺栓固定在卯眼中，挡板通过榫钉实现与可调进汽腔室壳体之间的轴向定位。
本发明进一步的改进在于，该装置与透平配合使用，静叶及其隔板安装在汽缸上，动叶安装在转子上；工作时，蒸汽沿正对转子轴线方向通过进汽管道壳体进入该部分进汽装置，一部分蒸汽经由从固定汽流通道由固定部分进汽口流出，依次进入相应位置静叶和动叶中，余下的蒸汽经由可调汽流通道的可调部分进汽口流出依次进入相应位置静叶和动叶中。
本发明进一步的改进在于，挡板上焊接有齿轮，由外部驱动设备带动该齿轮实现周向转动，从而带动挡板与可调部分进汽口周向转动，连续改变进汽方位；固定部分进汽口能够沿周向任意角度安装。
本发明进一步的改进在于，固定汽流通道与可调汽流通道在与进汽管道壳体相连部分截面积相等，使得固定汽流通道与可调汽流通道的进汽量相等，占总进汽量的1/2。
本发明进一步的改进在于，固定部分进汽口和可调部分进汽口横截面为圆弧形，且二者出口截面形状完全相同，实现可调部分进汽口中通过的流量相等。
本发明具有如下的有益技术效果：
本发明提供的一种连续可调部分进汽装置，通过采用两个进汽通道的设计，由固定进汽腔室壳体与固定部分进汽口组成固定汽流通道、可调进汽腔室壳体与挡板以及可调部分进汽口组成可调汽流通道，将主汽流分为两股汽流，沿周向不同位置，分别由固定部分进汽口和可调部分进汽口进入通流级做功。由于采用部分进汽方式，在小流量情况下，能够有效提高叶片高度，大大减少叶高损失，有效提高透平效率。
进一步，所述部分进汽装置的挡板上焊接有齿轮，可由外部驱动设备带动该齿轮全周转动，从而带动挡板与可调部分进汽口全周转动，因而可调汽流通道中经由可调部分进汽口的进汽可沿周向任意角度。当可调部分进汽口与固定部分进汽口相连接时，即为单弧段进汽方式，根据转子受力可知，此时透平效率较高而汽流力较大；当可调部分进汽口与固定部分进汽口相对时，即为对角进汽方式，根据转子受力可知，此时透平效率较低而汽流力较小。根据实际运行工况的不同，可以通过驱动设备调节可调部分进汽口的周向位置，从而实现目标效率和汽流力的最佳平衡，满足转子稳定安全前提下保证透平效率最大化。
进一步，固定部分进汽口初始设计安装时可沿周向任意角度，并不局限于某一固定方位，仅需要满足与固定进汽腔室壳体连接即可，固定进汽腔室壳体设计应考虑与固定部分进汽口的连接问题，具体形状并无限制。因而初始进汽方位可设定在周向任意角度，可根据透平的实际情况选择合适的固定部分进汽口位置，从而进汽方式更加灵活，能够适应更加复杂的工作条件。
进一步，固定汽流通道与可调汽流通道在与进汽管道壳体相连部分截面积相等，固定汽流通道与可调汽流通道的进汽量相等，占总进汽量的1/2，固定部分进汽口和可调部分进汽口横截面为圆弧形，且二者出口形状完全相同，因而能够保证从固定部分进汽口和可调部分进汽口通过的汽流量相等，从而保证采用对角进汽方式时透平汽流力为零。
进一步，该连续可调部分进汽装置的可调进汽腔室壳体分为上下两部分，通过连接件组合为一个整体。挡板上开有卯眼，榫钉通过螺栓固定在卯眼中，挡板通过榫钉与可调进汽腔室壳体连接。通过榫卯结构以及螺栓固定，既满足挡板轴向定位，又便于制造安装。
附图说明
图1是本发明的进汽方式及转子受力示意图，其中a为单弧段进汽方式，b为介于单弧段与对角之间进汽方式，c为对角进汽方式；
图2是本发明的进汽装置总体示意图；
图3是本发明的进汽方式示意图；
图4是本发明的进汽流道部分右半部分示意图；
图5是本发明的进汽流道部分下半部分示意图；
图6是本发明的榫钉安装位置示意图；
图7是本发明的挡板与可调进汽腔室壳体连接示意图。
附图标记说明：
1为进汽管道壳体，2为固定进汽腔室壳体，3为固定部分进汽口，4为可调进汽腔室壳体，5为挡板，6为可调部分进汽口，7为可调进汽腔室壳体上半部分，8为可调进汽腔室壳体下半部分，9为卯眼，10为榫钉，11为螺栓，12为外部驱动设备，13为静叶，14为动叶，15为转子。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图2至图7，本发明提供了一种连续可调部分进汽装置，包括进汽管道壳体1、进汽腔室壳体、固定部分进汽口3、可调部分进汽口6和挡板5，并且进汽管道壳体1与进汽腔室壳体相连通，进汽腔室壳体包括固定进汽腔室壳体2与可调进汽腔室壳体4；其中：固定进汽腔室壳体2与固定部分进汽口3连接，可调进汽腔室壳体4紧邻挡板5，挡板5与可调部分进汽口6连接；静叶13及其隔板安装在汽缸上，动叶14安装在转子15上。
具体来说，固定进汽腔室壳体2与固定部分进汽口3采用焊接方式连接，组成固定汽流通道；可调进汽腔室壳体4、挡板5与可调部分进汽口6组成可调汽流通道。进一步，挡板5上开有孔，在开孔处与可调部分进汽口6采用焊接方式连接；挡板5上开有卯眼9，榫钉10通过螺栓11固定在卯眼9中，挡板5通过榫钉10与可调进汽腔室壳体4连接，形成挡板5轴向定位，榫钉安装位置以及挡板与可调进汽腔室壳体连接方式参见图6、图7。
本发明的进汽装置工作时，蒸汽沿正对转子轴线方向通过进汽管道壳体1进入该部分进汽装置，一部分蒸汽经由从固定汽流通道由固定部分进汽口3流出，依次进入相应位置静叶13、动叶14中，余下的蒸汽经由可调汽流通道由可调部分进汽口6流出依次进入相应位置静叶13、动叶14中。
本发明的主要特点是挡板5上焊接有齿轮，可由外部驱动设备12带动该齿轮全周转动，从而带动挡板5与可调部分进汽口6全周转动，连续改变进汽方位；固定部分进汽口3制造安装时与固定进汽腔室壳体2连接，固定部分进汽口3可沿周向任意角度安装，初始进汽方位可设定在周向任意角度。当可调部分进汽口6与固定部分进汽口3相连接时，如图1(a)所示，即为单弧段进汽方式，根据图中转子15受力可知，转子15受到径向合力较大，此时透平效率较高而汽流力较大；当可调部分进汽口6与固定部分进汽口3相对时，如图1(c)所示，即为对角进汽方式，根据图中转子15受力可知，转子15受到径向合力较小，此时透平效率较低而汽流力较小。根据实际运行工况的不同，可以通过驱动设备12调节可调部分进汽口6的周向位置，如图1(b)所示，从而实现目标效率和汽流力的最佳平衡，满足转子15稳定安全前提下保证透平效率最大化。
本发明中为了保证当对角进汽时，转子15受到径向合力最小，需要满足由固定部分进汽口6和可调部分进汽口3的进汽流量相等，即固定汽流通道与可调汽流通道的进汽量相等，占总进汽量的1/2，因而本发明中固定汽流通道与可调汽流通道在与进汽管道壳体1相连部分截面积相等。同时也需要满足由固定部分进汽口6和可调部分进汽口3的进汽流速相等，因此本发明中固定部分进汽口3和可调部分进汽口6横截面为圆弧形，且二者出口形状完全相同。
本发明中，固定部分进汽口3初始设计安装时可沿周向任意角度，并不局限于某一固定方位，仅需要满足与固定进汽腔室壳体2连接即可，固定进汽腔室壳体2设计应考虑与固定部分进汽口3的连接问题，具体形状并无限制。因而固定部分进汽口初始方位可设定在周向任意角度，可根据透平的实际情况选择合适的固定部分进汽口3位置，从而进汽方式更加灵活，能够适应更加复杂的工作条件。
本发明中，可调进汽腔室壳体分为上下两部分，通过连接件组合为一个整体，便于拆卸制造与安装。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。