在蒸汽渦輪機中用於阻斷溼蒸汽的阻斷線路的製作方法

2023-06-01 06:32:11 2

專利名稱：在蒸汽渦輪機中用於阻斷溼蒸汽的阻斷線路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括可轉動安裝的轉子、內殼體和設置在轉子和內殼體之間的高壓流動通道的蒸汽渦輪機，其中轉子具有推力平衡活塞，其中蒸汽渦輪機具有推力平衡活塞管道，其中推力平衡活塞管道通到推力平衡活塞前腔中。
背景技術：
出於熱力學的原因，在相對高溫度的情況下使用蒸汽渦輪機。最近在現代流體機械結構中的發展趨向於將高壓渦輪段的入流區域中的溫度設計成高於700°C，甚至高於720°C。這種高溫導致對於所使用的材料的特殊的熱學要求。傳統地，蒸汽渦輪機被劃分成多個渦輪段，例如高壓渦輪段、中壓渦輪段和低壓渦輪段。前述渦輪段的不同之處基本上在於，如流入的蒸汽的溫度和壓力的蒸汽參數是不同的。因此，高壓渦輪段經受最高的蒸汽參數，進而最強地承受熱負荷。從高壓渦輪段中流出的蒸汽經由中間再熱器再次被加熱並且流入中壓渦輪段中，其中蒸汽穿流過中壓渦輪段之後在沒有中間再熱的情況下流入到低壓渦輪段中。通常，這些渦輪段單獨地構成，這意味著，每個渦輪段包括自有的殼體。然而，也已知將高壓渦輪段和中壓渦輪段安裝在共同的外殼體中的結構形式。同樣已知如下渦輪段，在所述渦輪段中，中壓件和低壓件共同地設置在外殼體中。尤其在高壓區域和中壓區域中，構成具有轉子、圍繞轉子設置的內殼體和外殼體的渦輪段。轉子包括與設置在內殼體中的導向葉片一起形成流動通道的轉子葉片。通常，高壓渦輪段構成為是單流的，這導致，由於蒸汽壓力沿一定方向將相對高的推力引導到轉子上。因此，構成大多具有推力平衡活塞的轉子。通過在限定的部位上流過壓力平衡活塞而產生壓力，所述壓力導致反推力，所述反推力保持轉子沿軸向方向基本上不受力。高溫要求使用可經受住高溫和高壓的材料。基於鎳基的鋼或高百分比鉻的鋼也適合於在高溫中使用。除了高溫之外，蒸汽渦輪機的部件必須構造為是相對抗腐蝕的，因為一些部件用溼蒸汽流過，並且同時蒸汽的流動速度很高。這些部件在與結合有高的流動速度的溼蒸汽接觸時導致腐蝕和侵蝕。該問題如今通過使用成本相對耗費的措施來消除。這些措施之一例如是使用高鉻的材料或者使用塗覆到部件上進而避免腐蝕和侵蝕的覆層。尤其在高壓渦輪段中，從流動通道中流出的、基本上是溼蒸汽的蒸汽流到蒸汽渦輪機中的部件上，這導致部件的損壞，例如腐蝕或侵蝕，其中所述溼蒸汽意味著，在蒸汽中不形成水顆粒。已知的是，通過保護擋板將所述溼蒸汽保持遠離所述部件。

發明內容
本發明提出下述目的，避免通過溼蒸汽引起的腐蝕損壞和侵蝕損壞。該目的通過一種蒸汽渦輪機來實現，其包括可轉動安裝的轉子、內殼體和設置在轉子和內殼體之間的第一流動通道，其中轉子具有推力平衡活塞，其中蒸汽渦輪機具有推力平衡活塞管道，其中推力平衡活塞管道通到推力平衡活塞前腔中，其中蒸汽渦輪機具有溼蒸汽管道，所述溼蒸汽管道建立間隙腔和第一壓力腔之間的流體連接，其中間隙腔設置在轉子和內殼體之間。渦輪機具有第二流動通道，其中推力平衡活塞管道與第二入流區域或另一壓力腔流體連接。因此，能夠是過熱蒸汽的蒸汽從第二流動通道中經由推力平衡活塞蒸汽管道進入到推力平衡活塞前腔中。蒸汽通過推力平衡活塞蒸汽管道被引入到推力平衡活塞前腔中，所述推力平衡活塞前腔由於壓力而將力施加到轉子上，以便平衡推力。推力平衡活塞通常是轉子的部段，所述部段在適當的壓力水平的軸向部位上具有理想地特別為期望的推力平衡所選擇的半徑。前腔位於徑向的殼表面前。推力平衡活塞蒸汽管道與蒸汽源連接，所述蒸汽源具有帶有壓力和溫度的特定的蒸汽。所述蒸汽與從高壓渦輪段中流出的蒸汽混合併且到達推力平衡活塞和內殼體之間以及內殼體和外殼體之間的中間腔中。在轉子和內殼體之間蒸汽流出的部位處，外殼體在侵蝕和腐蝕方面強烈地受到負荷。現在，根據本發明構造具有溼蒸汽管道的蒸汽渦輪機。所述溼蒸汽管道通到位於內殼體和轉子之間的間隙腔中。在所述部位處，從高壓渦輪段流動通道中流出的溼蒸汽朝向推力平衡活塞的方向流動。所述溼蒸汽管道與第一壓力腔流體連接，其中在所述第一壓力腔中充斥與在間隙腔中相比更低的壓力。這引起，位於所述間隙腔中的溼蒸汽可以說幾乎完全地被抽出並且導出到溼蒸汽管道中。由此強烈地減少溼蒸汽與在推力平衡活塞前腔中的蒸汽的混合。由此，幾乎防止由溼蒸汽和在推力平衡活塞前腔中的蒸汽形成的混合蒸汽的流出，使得實際上在推力平衡活塞和內殼體之間沒有混合蒸汽流到外殼體上。因此，外殼體能夠由具有更低的腐蝕抗性和侵蝕抗性的材料製成。這引起外殼體的更有利的變型形式。在從屬權利要求中說明有利的改進形式。在一個尤其有利的改進形式中，第一壓力腔設置在第二流動通道中，其中第一壓力腔具有低於在間隙腔中的壓力的壓力。這引起，到達間隙腔中的溼蒸汽從高壓渦輪段經由溼蒸汽管道流入第一壓力腔中。因此，在溼蒸汽完全能夠達到外殼體處之前，將不期望的溼蒸汽抽出並且導出到第二流動通道中。


現在，根據一個實施例詳細描述本發明。具有相同附圖標記的部件基本上具有相同的功能。其示出:圖1示出橫貫根據本發明的蒸汽渦輪機的橫截面；圖2示出圖1中的蒸汽渦輪機的推力平衡活塞的區域中的放大的剖面圖。
具體實施例方式圖1示出蒸汽渦輪機I的橫截面。蒸汽渦輪機I包括組合的高壓渦輪段和中壓渦輪段2。蒸汽渦輪機I的重要特徵是:圍繞高壓渦輪段和中壓渦輪段2設置共同的外殼體
3。蒸汽渦輪機I包括轉子4，在所述轉子上設置有第一葉片區域5，所述第一葉片區域設置在高壓流動通道6中。轉子5還包括第二葉片區域7，所述第二葉片區域設置在中壓流動通道8中。高壓流動通道6和中壓流動通道8包括多個設置在轉子4上的、不設有附圖標記的轉子葉片以及設置在內殼體9中的、不設有附圖標記的導向葉片。術語「高壓渦輪段」和「中壓渦輪段」與入流的蒸汽的蒸汽參數有關。因此，流入到高壓渦輪段中的蒸汽的壓力高於流入到中壓渦輪段中的蒸汽的壓力。術語高壓渦輪段和中壓渦輪段的不同之處還在於下述特徵，即從高壓渦輪段中流出的蒸汽在中間再熱器中再次被過熱並且接下來流入到中壓渦輪段中。在本領域中不應用高壓渦輪段和中壓渦輪段的單一的定義。圖1中示出的蒸汽渦輪機I的特徵在於用於第一葉片區域5和第二葉片區域7的共同的內殼體9。在工作中，蒸汽流入到高壓入流區域10中。蒸汽從那裡沿第一流動方向11流過第一葉片區域5。在穿流過第一葉片區域5之後，蒸汽在高壓出流區域12中從蒸汽渦輪機中流出。位於高壓出流區域12中的蒸汽具有不同於在高壓入流區域10中的蒸汽的溫度值和壓力值的溫度值和壓力值。特別地，溫度值和壓力值由於蒸汽的膨脹而變得更小。位於高壓出流區域12中的蒸汽在此具有這樣的溫度值和壓力值，使得所述蒸汽稱作為溼蒸汽。這意味著，所述溼蒸汽包含最小的凝結的水顆粒。在溼蒸汽中的最小的水顆粒以高速度碰撞到蒸汽渦輪機I的部件時引起侵蝕損壞和腐蝕損壞。溼蒸汽的大部分經由高壓出流區域12從蒸汽渦輪機I中流出。當然，留存有殘餘洩漏流，其設置在轉子4和內殼體9之間的間隙腔13中。位於間隙腔13中的溼蒸汽沿著第一流動方向11流動並且撞到推力平衡活塞14上。推力平衡活塞14具有推力平衡活塞前腔15，過熱的蒸汽流入到所述推力平衡活塞前腔中。所述過熱的蒸汽位於推力平衡活塞前腔15中，所述推力平衡活塞前腔設置在推力平衡活塞14和內殼體9的後側壁16之間。位於推力平衡活塞前腔15中的過熱的蒸汽引起作用到推力平衡活塞14上進而作用到轉子4上的軸向力。在推力平衡活塞14的區域中在轉子4和內殼體9之間是間隙17。蒸汽流過所述間隙，所述蒸汽到達位於外殼體3和內殼體9之間的中間腔18中。位於間隙17中的溼蒸汽能夠引起外殼體3的腐蝕危險和侵蝕危險提高。根據本發明，現在將溼蒸汽管道19設置在蒸汽渦輪機I中，所述溼蒸汽管道建立間隙腔13和第一壓力腔20之間的流體連接，其中間隙腔13設置在轉子4和內殼體9之間。第一壓力腔20位於第二葉片區域7中，尤其位於第二流動通道21中。圖1中示出的實施例示出，第一壓力腔20設置在第二流動通道21的區域中。同樣，在所述第一壓力腔20中的壓力應當使得間隙腔13中的溼蒸汽的壓力大於第一壓力腔20中的壓力，以至於在溼蒸汽管道19中存在壓力降，壓力降引起溼蒸汽從間隙腔13到達第一壓力腔20。推力平衡活塞14沿徑向方向22延伸，所述徑向方向基本上垂直於旋轉軸線23構成。推力平衡活塞蒸汽管道24與蒸汽源25流體連接。如在圖1中示出，入流區域26形成蒸汽源25。在入流區域26中流入到中壓渦輪段中的蒸汽是過熱的蒸汽，所述過熱的蒸汽到達推力平衡活塞前腔15中。在一個替選的實施形式中，壓力源25也能夠設置在蒸汽渦輪機I之外。內殼體9具有饋送開口 27，溼蒸汽管道19能夠與所述饋送開口連接。圖2示出高壓渦輪段的高壓出流區域12的放大的剖面圖。內殼體9構成為，使得高壓出流區域12被包圍並且在間隙腔13的區域中位於轉子4對面。間隙腔13應該是儘可能小的，因此位於高壓出流區域12中的溼蒸汽不經由間隙腔13流出。大部分的溼蒸汽經由高壓出流區域12到達中間再熱器。更少的部分作為洩漏流到達轉子4和內殼體9之間和間隙腔13中。因此，在內殼體9中設置有沒有詳細示出的腔室，所述腔室與間隙腔13連接。可以說經由所述腔室並且經由溼蒸汽管道19抽出洩漏流。第一壓力腔20用作為用於抽吸的驅動器，所述第一壓力腔具有比在間隙腔13中的壓力更低的壓力。在間隙腔13中由溼蒸汽形成的洩漏流朝向推力平衡活塞前腔15的另一流動通過抽出在溼蒸汽管道19中的絕大部分溼蒸汽來避免。同樣，經由推力平衡活塞管道24進入到推力平衡活塞前腔15中的過熱的蒸汽沿兩個方向擴散。首先，過熱的蒸汽朝間隙17擴散並且最終撞到外殼體3上。過熱的蒸汽的其他的部分朝間隙腔13流動並且同樣如溼蒸汽經由溼蒸汽管道19被抽吸到第一壓力腔20。
權利要求
1.汽渦輪機(1)，所述蒸汽渦輪機包括可轉動地安裝的轉子(4)、內殼體(9)和設置在所述轉子(4 )和所述內殼體(9 )之間的高壓流動通道(6 )， 其中所述轉子(4)具有推力平衡活塞(14)， 其中所述蒸汽渦輪機(I)具有推力平衡活塞管道(24)， 其中所述推力平衡活塞管道(24)通入推力平衡活塞前腔(15)中， 其中所述蒸汽渦輪機(I)具有溼蒸汽管道(19)，所述溼蒸汽管道建立間隙腔(13)和第一壓力腔(20 )之間的流體連接， 其中所述間隙腔(13 )設置在所述轉子(4 )和所述內殼體(9 )之間， 其特徵在於，設有第二流動通道(21)和分配給所述第二流動通道(21)的入流區域(26)， 其中所述推力平衡活塞管道(24)與所述入流區域(26)流體連接。
2.根據權利要求1所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述推力平衡活塞(14)構成為用於平衡所述轉子(4)的在工作時出現的推力。
3.根據權利要求1或2所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述推力平衡活塞(14)沿徑向方向(22)延伸。
4.根據權利要求3所述的蒸汽渦輪機(I)，其中所述推力平衡活塞前腔(15)構成在所述推力平衡活塞(14 )和所述內殼體(9 )之間。
5.根據上述權利要求之一所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述推力平衡活塞管道(24)與蒸汽源(25 )流體連接。
6.根據權利要求5所述的蒸汽渦輪機(I)，其中所述蒸汽源(25)設置在所述蒸汽渦輪機之外。
7.根據上述權利要求之一所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述第二流動通道(21)具有第一壓力腔(20)以及用於將蒸汽饋送到所述第一壓力腔(20)中的饋送開口(27)。
8.根據權利要求7所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述第二流動通道(21)具有多個沿流動方向相繼設置的葉片級，所述葉片級包括導向葉片和轉子葉片，其中所述第一壓力腔(20)設置在一個葉片級之後。
9.根據上述權利要求之一所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述間隙腔(13)設置在所述推力平衡活塞前腔(15)和所述高壓流動通道(6)的高壓出流區域(12)之間。
10.根據上述權利要求之一所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述內殼體(9)具有朝向所述間隙腔(13)敞開的腔室。
11.根據上述權利要求之一所述的蒸汽渦輪機(1)，其中所述高壓流動通道(6)和所述第二流動通道(21)設置在共同的內殼體(9)中。
全文摘要
本發明涉及一種用於蒸汽渦輪機(1)的冷卻可能性，其中蒸汽渦輪機(1)包括高壓區域和中壓區域，其中從高壓區域中流出的溼蒸汽經由溼蒸汽管道(19)導出至中壓區域的第二流動通道(21)中的第一壓力腔(20)，進而避免在高壓區域中的溼蒸汽的腐蝕損壞和侵蝕損壞的可能性。
文檔編號F01D3/04GK103097663SQ201180044360
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月14日 優先權日2010年9月16日
發明者亨寧·阿爾姆斯泰特, 彼得·杜姆斯託夫, 馬丁·庫恩, 託馬斯·米勒, 魯道夫·波特, 諾貝特·塔姆, 烏韋·贊德 申請人:西門子公司