包括推力平衡活塞的蒸汽輪的製造方法

2023-12-09 12:23:36 2

包括推力平衡活塞的蒸汽輪的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於蒸汽輪機（1）的冷卻機構，所述冷卻機構在閥連接部（40）的區域中提供冷卻通道（37），所述冷卻通道由來自於流動通道（9）的冷卻蒸汽流過，並且緊接著蒸汽作為冷卻蒸汽被供給到推力平衡活塞（4）的區域中。
【專利說明】包括推力平衡活塞的蒸汽輪機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有外殼體和內殼體的蒸汽輪機，其中具有推力平衡活塞的、包括多個工作葉片的轉子以能旋轉安裝的方式設置在內殼體的內部，其中所述內殼體具有圍繞推力平衡活塞構成的內殼體端部區域，其中密封件密封設置在內殼體區域和外殼體之間的第三壓力腔，其中所述內殼體具有供給通道，所述供給通道將第一壓力腔與推力平衡活塞前腔連接，所述推力平衡活塞前腔設置在推力平衡活塞和內殼體之間。
【背景技術】
[0002]就本申請而言蒸汽輪機理解為任意的渦輪機或者部分渦輪機，所述渦輪機或部分渦輪機由蒸汽形式的工作介質通流。與之不同的是，燃氣輪機由作為工作介質的燃氣和/或空氣通流，但是所述燃氣和/或空氣與蒸汽輪機中的蒸汽相比經受完全不同的溫度和壓力條件。相對於燃氣輪機，在蒸汽輪機中例如流入部分渦輪機的具有最高的溫度的工作介質同時具有最高的壓力。在燃氣輪機中也是能夠實現朝向流動通道開放的開放冷卻系統，而不從外部供給冷卻介質。對於蒸汽輪機應設置用於冷卻介質的外部供給裝置。因此，涉及現有技術的燃氣輪機已經不能夠用於評估本申請的對象。
[0003]蒸汽輪機通常包括裝有葉片的以能夠旋轉的方式安裝的轉子，所述轉子設置在殼體或者殼體外罩的內部。在以加熱的並且處於壓力下的蒸汽通流由殼體外罩形成的流動通道內腔時，經由葉片通過蒸汽使轉子旋轉。轉子的葉片也被稱為工作葉片。除此之外在內殼體上通常懸置有靜止的導向葉片，所述導向葉片沿著體部的軸向擴展伸入到轉子葉片的中間腔中。導向葉片通常保持在沿著蒸汽輪機殼體的內側的第一部位上。在此它通常是導向葉片排的部分，所述導向葉片排包括一些導向葉片，所述導向葉片沿著內圓周設置在蒸汽輪機殼體的內側上。在此各個導向葉片以其葉片葉部徑向向內指向。在沿著軸向擴展的所謂的第一部位上的導向葉片排也被稱為導向葉片柵或者導向葉片環。通常一些導向葉片排一個接一個地連接。相應地，另一個第二葉片沿著蒸汽輪機殼體的內側保持在沿著軸向擴展在第一部位之後的第二部位上。一對導向葉片排和工作葉片排也被稱為葉片級。
[0004]這類蒸汽輪機的殼體外罩能夠由一些殼體部段形成。尤其地，蒸汽輪機的殼體外罩可理解為蒸汽輪機或者部分渦輪機的靜止的殼體構件，所述靜止的殼體構件沿著蒸汽輪機的縱向方向具有流動通道狀的內腔，所述內腔設置為用於以蒸汽形式的工作介質穿流。所述靜止的殼體構件根據蒸汽輪機類型能夠是內殼體和/或導向葉片載體，其不具有內殼體或導向葉片載體。
[0005]出於效率原因，這種蒸汽輪機的設計方案對於所謂的「高的蒸汽參數」，也就是說特別是高的蒸汽壓力和/或高的蒸汽溫度是值得期望的。當然，溫度提高特別是出於材料技術的原因不是無限可能的。在此為了即使在尤其高的溫度下也實現蒸汽輪機的可靠運行，因此冷卻各個構件或者部件是值得期望的。構件通常在其耐溫性中根據材料選擇受到限制。如果沒有有效的冷卻，在溫度升高的情況下，基本上更昂貴的材料(例如鎳基合金)可能是必需的。[0006]在迄今為止已知的冷卻方法中，特別是在用於呈蒸汽輪機殼體或轉子形式的蒸汽輪機體部的冷卻方法中，可在主動冷卻和被動冷卻之間進行區分。在主動冷卻中,冷卻通過單獨地供給給蒸汽輪機體部的，也就是說除了工作介質以外被供給給蒸汽輪機體部的冷卻介質起作用。與之相反，被動的冷卻僅通過適當地引導或者使用工作介質來實現。迄今為止，蒸汽輪機殼體優選被動地進行冷卻。
[0007]為了在以礦物燃料發電時實現更高的效率，產生如下需求，即在渦輪機中應用與迄今為止通常應用的蒸汽參數相比更高的蒸汽參數，也就是說更高的壓力和溫度。在高溫蒸汽輪機中，在蒸汽作為工作介質的情況下，設置部分地遠超過500°C的溫度。
[0008]迄今為止已知的用於蒸汽輪機殼體的冷卻方法，只要其總體上是主動的冷卻方法，就無論如何都設有分離的和待冷卻的渦輪機部分的有針對性的迎流，並且在包含第一引導葉片環的條件下無論如何受限於工作介質的進流區域。這能夠在通常的具有高的蒸汽參數的蒸汽輪機負荷的情況下導致作用於整個渦輪機的熱負荷提高，所述熱負荷通過在上文中所描述的殼體的通常的冷卻僅能夠被不充分地降低。為了實現提高的效率原則上以更高的蒸汽參數工作的蒸汽輪機需要改善的冷卻，特別是對殼體和/或轉子的改善的冷卻，以便以足夠的程度抵消蒸汽輪機的更高的熱負荷。在此產生如下問題，即在使用迄今為止常用的渦輪機材料時，對於蒸汽輪機體部的由於蒸汽參數提高而越來越高的要求可能導致蒸汽輪機的不利的、限制使用壽命的熱負荷。因此，幾乎不再能經濟地製造這樣的蒸汽輪機。
[0009]對此重要的是，除了設計轉子和殼體連同螺釘，也設計閥連接部本身來抵抗高溫和聞壓。

【發明內容】

[0010]本發明的目的是，提出一種蒸汽輪機，所述蒸汽輪機本身能夠在高溫區域中尤其有效地被冷卻。
[0011]所述目的通過具有根據權利要求1所述的特徵的蒸汽輪機來實現。
[0012]有利的改進方案在從屬權利要求中給出。
[0013]在一個有利的改進方案中，密封件構成為活塞環，這導致根據本發明的蒸汽輪機的快速且低成本的生產。
[0014]在另一個有利的改進方案中，蒸汽輪機包括用於將蒸汽供給到流動通道中的閥，其中冷卻通道在閥連接部中構成，所述閥連接部與第一壓力腔流體地連接。有利地，冷卻通道與第三壓力腔流體地連接。
[0015]本發明基於如下思想，即構件的自身的冷卻是可能的，在所述構件中，經由不同的壓力水平實現或者迫使有針對性的壓力流。因此第一壓力腔中的壓力大於第三壓力腔中的壓力。因此，設置成使得其對承受溫度負荷的構件進行繞流的冷卻通道由冷卻的蒸汽強制繞流。因此，可明顯提高對於閥連接部的構件的冷卻效果。所述冷卻效果通過如下方式實現，即第三壓力腔與推力平衡活塞前腔直接連接。
[0016]有利地，冷卻通道設置在閥擴散器和外殼體之間。
【專利附圖】

【附圖說明】[0017]根據實施例詳細闡述本發明。具有相同的附圖標記的構件基本上具有相同的作用方式。其示出:
[0018]圖1示出根據本發明的蒸汽輪機的橫截面視圖；
[0019]圖2示出在穿過根據本發明的蒸汽輪機的入流部的剖面中的橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0020]在圖1中描述了穿過蒸汽輪機I的橫截面。蒸汽輪機I具有外殼體2和內殼體3。內殼體3和外殼體2具有新鮮蒸汽供給通道，所述新鮮蒸汽供給通道在圖2中詳細闡述。在內殼體3的內部以可旋轉安裝的方式設置有具有推力平衡活塞4的轉子5。通常轉子圍繞旋轉軸線6旋轉對稱地構成。轉子5包括多個工作葉片7。內殼體3具有多個導向葉片
8。在內殼體3和轉子5之間構成流動通道9。流動通道9包括多個葉片級，所述多個葉片級分別由一排工作葉片7和一排導向葉片8構成。
[0021]新鮮蒸汽經由新鮮蒸汽供給通道流入到進流口 10中並且從該處離開沿流動方向11流動穿過流動通道9，所述流動方向基本上平行於旋轉軸線6伸展。新鮮蒸汽膨脹並且在此冷卻。熱能在此被轉化為轉動能。轉子5進行旋轉運動並且例如能夠驅動發電機來產
[0022]根據導向葉片8的和工作葉片7的葉片類型，在流動方向11上產生對轉子5的或多或少更大的推力。通常推力平衡活塞4構成為，使得推力平衡活塞前腔12構成並且被限定的壓力加載。在此從流動方向11來看，推力平衡活塞前腔12在推力平衡活塞4上遊。通過將具有特定壓力的蒸汽供給到推力平衡活塞前腔12中而產生反作用力，所述反作用力抵消葉片路徑的推力13。
[0023]在運行中，蒸汽流入到進流口 10中。新鮮蒸汽供給象徵性地通過箭頭13a來表示。新鮮蒸汽在此通常具有例如直至625°C的溫度值和直至350bar的壓力。新鮮蒸汽在流動方向11上流動穿過流動通道9。在葉片級後方，蒸汽經由連接部流入到推力平衡活塞前腔12中，所述連接部包括引出通道14、第一壓力腔15和供給通道16。
[0024]特別地，蒸汽經由弓丨出通道14流入到第一壓力腔15中，所述弓丨出通道在葉片級後方構成為第一壓力腔15和流動通道9之間的連通管，所述第一壓力腔在內殼體3和外殼體2之間構成。在這個第一壓力腔15中，存在為P1的壓力。處於內殼體3和外殼體2之間的第一壓力腔15中的蒸汽此時具有更低的溫度值和壓力值。所述蒸汽經由供給通道16流動，所述供給通道構成為第一壓力腔15和推力平衡活塞前腔12之間的連通管。
[0025]推力平衡活塞前腔12在軸向方向17上設置在推力平衡活塞4和內殼體3之間。推力平衡活塞前腔12也能夠被稱為第二壓力腔。在這個第二壓力腔中存在壓力p2。
[0026]流入到進流口 10中的新鮮蒸汽大部分在流動方向11上流動穿過流動通道9。小部分作為漏汽流入到洩漏密封腔18中。這個洩漏密封腔18在內殼體3和轉子5之間構成。漏汽在此基本上在反方向19上流動。反方向19在此相反於流動方向11定向。漏汽經由交叉返回通道20流入到流動通道9中，所述交叉返回通道構成為密封腔18和設置在葉片級後方的入流腔26之間的連通管，所述密封腔在轉子5和殼體3之間構成。在此交叉返回通道20構成為從密封腔18朝向第一壓力腔15基本上垂直於流動方向11，在偏轉部21之後基本上平行於流動方向11並且在第二偏轉部22之後基本上垂直於流動方向11，但是不使密封腔18與第一壓力腔15連接。
[0027]在一個可替選的實施方式中，內殼體3和外殼體2構造有未詳細不出的過載導入部23。外部的蒸汽經由單獨的入流部流入到過載導入部23中。
[0028]在一個優選的實施例中，引出通道14與返回葉片級24下遊的流動通道9連接，並且交叉返回通道20與交叉返回葉片級25下遊的流動通道9連接。鑑於蒸汽的膨脹，交叉返回葉片級25在此在流動通道9的流動方向11上設置在返回葉片級24下遊。
[0029]在一個尤其優選的實施例中，返回葉片級24是第四葉片級並且交叉返回葉片級25是第五葉片級。
[0030]在內殼體3和外殼體2之間，在推力平衡活塞4的區域中設置有密封件27。有效地，該密封件27例如構成為活塞環並且設置在內殼體3中的凹槽28中。密封件27由此將第一壓力腔15與第三壓力腔29分開。在第三壓力腔29中存在壓力p3。壓力P3能夠近似等於壓力Pl。第三壓力腔29由另一個密封件30來限界。另一個密封件30設置在內殼體3和外殼體2之間並且將第三壓力腔29與第四壓力腔31分開，在所述第四壓力腔中存在壓力P4。
[0031]第三壓力腔29經由直接的連接部32與推力平衡活塞前腔12連接。在推力平衡活塞前腔中存在壓力P2，其中適用的是:P2〈P3。連接部32表示流體的連接並且能夠實現位於第三壓力腔29中的蒸汽流入到推力平衡活塞前腔12中。位於第四壓力腔31中的蒸汽在內殼體端部區域33中通到推力平衡活塞4的推力平衡活塞表面34上。
[0032]在圖2中在穿過入流部35的剖面中示出穿過蒸汽輪機I的橫截面。入流部35包括閥擴散器36。新鮮蒸汽從閥擴散器36流入到進流口 10中，並且從該處，如關於圖1所描述的，流動穿過流動通道9。流入到第一壓力腔15中的蒸汽能夠部分地流入到環形冷卻通道37中，所述環形冷卻通道在閥擴散器36和外殼體2之間構成。在轉向點38中，蒸汽經由外殼體2中的另一個冷卻通道39朝向第三壓力腔29流動。蒸汽從第三壓力腔29經由連接部32流到推力平衡活塞前腔12中。因為壓力Pl>p3>p4，所以因此通過這個構件區域產生了的有針對性的強制流動，所述強制流動有利地冷卻閥連接部40。因此可對閥連接部40進行有效的冷卻，而不使用外部的冷卻蒸汽。閥擴散器36在此密封地設置到內殼體3上。
[0033]在轉子5和內殼體3之間，在推力平衡活塞4的區域中，特別是在洩漏密封腔18和第二洩漏密封腔41中，通常設置有無接觸的密封元件，例如密封帶，所述密封帶實現了減壓和這些壓力腔的分開。為了保證對閥連接部40的冷卻，從推力平衡活塞前腔12經由密封腔18的部分區域，進一步經由交叉返回通道20到流動通道9中的入流腔26的蒸汽的返回是必要的。
【權利要求】
1.一種具有外殼體(2)和內殼體(3)的蒸汽輪機(I), 其中包括多個工作葉片(7)的、具有推力平衡活塞(4)的轉子(5)以能旋轉安裝的方式設置在所述內殼體(3)的內部， 其中所述內殼體(3)具有圍繞所述推力平衡活塞(4)構成的內殼體端部區域(33)，其中密封件(27)密封第三壓力腔(29)，所述第三壓力腔設置在所述內殼體端部區域(33)和所述外殼體(2)之間， 其中所述內殼體(3)具有供給通道(16)，所述供給通道將第一壓力腔(15)與推力平衡活塞前腔(12)連接，所述推力平衡活塞前腔設置在所述推力平衡活塞(4)和所述內殼體(3)之間， 其中所述第一壓力腔(15)設置在所述內殼體(3)和所述外殼體(2)之間， 其特徵在於， 所述蒸汽輪機(I)具有連接部(32 )，所述連接部將所述第三壓力腔(29 )與所述推力平衡活塞前腔(12)流體地連接， 其中設置有另一個密封件(30 )，所述另一個密封件設置在所述內殼體(3 )和所述外殼體(2)之間， 其中所述第三壓力腔(29)設置在所述密封件(27)和所述另一個密封件(30)之間。
2.根據權利要求1所述的蒸汽輪機(I)， 其中所述密封件(27)構成為活塞環。
3.根據權利要求1或2所述的蒸汽輪機(I)， 其中所述連接部(32)通入到供給通道(16)中。
4.根據上述權利要求中任一項所述的蒸汽輪機(I)， 其中在所述內殼體(3)和所述轉子(5)之間構成有具有多個葉片級的流動通道(9)， 其中所述內殼體(3)具有引出通道(14)，所述引出通道構成為在葉片級下遊的所述流動通道(9)和所述第一壓力腔(15)之間的連通管路。
5.根據上述權利要求中任一項所述的蒸汽輪機(I)， 所述蒸汽輪機具有用於將蒸汽供給到所述流動通道(9 )中的閥， 其中在所述閥中構成有環形冷卻通道(37)，所述環形冷卻通道與所述第一壓力腔(15)流體地連接。
6.根據權利要求5所述的蒸汽輪機(I)， 其中所述環形冷卻通道(37)與所述第三壓力腔(29)流體地連接。
7.根據權利要求5或6所述的蒸汽輪機(I)， 其中所述閥包括閥擴散器(36)並且所述環形冷卻通道(37)設置在所述閥擴散器(36)和所述外殼體(2)之間。
8.根據權利要求5或6所述的蒸汽輪機(I)， 其中在所述外殼體(2)中設有另一個冷卻通道(39)作為到所述第三壓力腔(29)的空間連接部。
【文檔編號】F01D3/04GK103717838SQ201280038308
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年8月1日 優先權日:2011年8月4日
【發明者】馬丁納·霍爾德, 克裡斯蒂安·倫茲, 諾貝特·皮珀, 魯道夫·波特, 多米尼克·施萊胡貝爾, 烏韋·贊德 申請人:西門子公司