專利名稱：具有內(nèi)部冷卻裝置的汽輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有外殼體和內(nèi)殼體的汽輪機(jī)，其中包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的具有推力平衡活塞的轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的方式設(shè)置在內(nèi)殼體內(nèi)部，其中內(nèi)殼體具有圍繞推力平衡活塞構(gòu)造的內(nèi)殼體端部區(qū)域。
背景技術(shù)：
在本申請(qǐng)中，汽輪機(jī)理解為由呈蒸汽形式的工作介質(zhì)穿流的任意渦輪機(jī)或子渦輪機(jī)。與此不同地，燃?xì)廨啓C(jī)由作為工作介質(zhì)的氣體和/或空氣穿流，然而該工作介質(zhì)處于與汽輪機(jī)中的蒸汽相比完全不同的溫度條件和壓力條件下。與燃?xì)廨啓C(jī)相反地，在汽輪機(jī)中，例如具有最高溫度的流入子渦輪機(jī)的工作介質(zhì)同時(shí)具有最高的壓力。在燃?xì)廨啓C(jī)中，在不從外部供給冷卻介質(zhì)的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)朝著流動(dòng)通道打開的打開的冷卻系統(tǒng)。對(duì)于汽輪機(jī)，應(yīng)該設(shè)置有用于冷卻介質(zhì)的外部的供給。因此，本申請(qǐng)主題的評(píng)定已經(jīng)不能夠參考關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)的背景技術(shù)。汽輪機(jī)通常包括配備有葉片的可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在殼體或殼體罩之內(nèi)。在流動(dòng)通道的由殼體罩構(gòu)成的內(nèi)腔被加熱的和處于壓力下的蒸汽穿流時(shí)，轉(zhuǎn)子經(jīng)由葉片通過蒸汽處于旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的葉片也稱為轉(zhuǎn)子葉片。此外在內(nèi)殼體上通常懸伸有靜止的導(dǎo)向葉片，所述導(dǎo)向葉片沿著本體的軸向伸展嵌入轉(zhuǎn)子葉片的間隙中。通常，導(dǎo)向葉片沿著汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)保持在第一部位上。在此，所述導(dǎo)向葉片通常是導(dǎo)向葉片排的部分，所述導(dǎo)向葉片排包括一定數(shù)量的導(dǎo)向葉片，所述導(dǎo)向葉片沿著內(nèi)周設(shè)置在汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)上。在此，每個(gè)導(dǎo)向葉片的葉身徑向指向內(nèi)。在所述的第一部位上沿著軸向伸展的導(dǎo)向葉片排也稱為導(dǎo)向葉片柵或?qū)蛉~片環(huán)。通常，一定數(shù)量的導(dǎo)向葉片排相繼地連接。相應(yīng)地，另外的第二葉片沿著汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)保持在沿著軸向伸展在第一部位之后的第二部位上。導(dǎo)向葉片排和轉(zhuǎn)子葉片排組成的對(duì)也稱為葉片級(jí)。這種汽輪機(jī)的殼體罩能夠由一定數(shù)量的殼體部段構(gòu)成。在汽輪機(jī)的殼體罩下尤其能夠設(shè)置有汽輪機(jī)的或子渦輪機(jī)的靜止的殼體部件，使得沿著汽輪機(jī)的縱向方向具有呈流動(dòng)通道形式的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔設(shè)置為，用于由呈蒸汽形式的工作介質(zhì)穿流。根據(jù)汽輪機(jī)種類，所述殼體部件能夠是不具有內(nèi)殼體或?qū)蛉~片支座的內(nèi)殼體和/或?qū)蛉~片支座。出于效率原因，這種汽輪機(jī)的用于所謂的“高蒸汽參數(shù)”即用于尤其高蒸汽壓力和/或高蒸汽溫度的設(shè)計(jì)方案能夠是值得期待的。然而，尤其由于材料技術(shù)上的原因不能將溫度無限地提高。在此，為了在特別高的溫度下也能夠?qū)崿F(xiàn)汽輪機(jī)的可靠的運(yùn)行，因此冷卻各個(gè)構(gòu)件或組件能夠是值得期待的。所述構(gòu)件通常限制于其溫度穩(wěn)定性。在沒有有效的冷卻的情況下，當(dāng)溫度升高時(shí)，可能會(huì)需要明顯更昂貴的材料(例如鎳基合金)。在尤其用于呈汽輪機(jī)殼體形式的或呈轉(zhuǎn)子形式的汽輪機(jī)本體的至今已知的冷卻方法中，主動(dòng)冷卻與被動(dòng)冷卻有所不同。在主動(dòng)冷卻中，通過單獨(dú)供給汽輪機(jī)本體的，也就是說除了工作介質(zhì)以外供給汽輪機(jī)本體的冷卻介質(zhì)造成冷卻。相反地，被動(dòng)冷卻僅通過適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)或使用工作介質(zhì)進(jìn)行。至今為止，優(yōu)選被動(dòng)地冷卻汽輪機(jī)本體。
為了在用化石燃料產(chǎn)生電流時(shí)得到更高的效率，需要在渦輪機(jī)中應(yīng)用比至今為止通常更高的蒸汽參數(shù)，也就是說，更高的壓力和溫度。在高溫汽輪機(jī)中，當(dāng)將蒸汽用作工作介質(zhì)時(shí)，溫度部分地被設(shè)置為遠(yuǎn)高于500°C。只要在此完全是主動(dòng)冷卻方法，用于汽輪機(jī)殼體的至今為止已知的冷卻方法必要時(shí)設(shè)有單獨(dú)的并且待冷卻的渦輪機(jī)部件的有針對(duì)性的迎流，并且局限于工作介質(zhì)的入流區(qū)域，必要時(shí)包括第一導(dǎo)向葉片環(huán)。這能夠在常規(guī)的汽輪機(jī)以更高的蒸汽參數(shù)負(fù)載時(shí)造成作用到整個(gè)渦輪機(jī)上的提高的熱負(fù)荷，通過殼體的上述常規(guī)冷卻僅能不充分地降低所述熱負(fù)荷。為了得到更高的效率原則上以更高的蒸汽參數(shù)工作的汽輪機(jī)需要尤其是殼體的和/或轉(zhuǎn)子的改善的冷卻，以便以足夠的程度補(bǔ)償汽輪機(jī)的更高的熱負(fù)荷。在此，問題在于，在使用至今為止常規(guī)的渦輪機(jī)材料時(shí)，汽輪機(jī)體的由于升高的蒸汽參數(shù)而導(dǎo)致的增加的荷載能夠造成汽輪機(jī)的不利的熱負(fù)荷。因此，幾乎不再可能制造這樣的汽輪機(jī)。對(duì)此重要的是，除了轉(zhuǎn)子和包括螺釘?shù)臍んw，閥連接機(jī)構(gòu)本身也被設(shè)計(jì)為是抗高溫和抗高壓的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機(jī)，所述汽輪機(jī)本身在高溫區(qū)域中能夠特別有效地冷卻。所述目的通過具有外殼體和內(nèi)殼體的汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的具有推力平衡活塞的轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的方式設(shè)置在內(nèi)殼體的內(nèi)部，其中內(nèi)殼體具有圍繞推力平衡活塞構(gòu)造的內(nèi)殼體端部區(qū)域，其中密封件將設(shè)置在內(nèi)殼體端部區(qū)域和外殼體之間的第三壓力腔相對(duì)于設(shè)置在內(nèi)殼體和外殼體之間的第一壓力腔進(jìn)行密封。有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。在一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，密封件構(gòu)造為活塞環(huán)，這致使根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)能夠迅速地和低成本地制造。在另一有利的改進(jìn)方案中，汽輪機(jī)包括將第三壓力腔與設(shè)置在推力平衡活塞和內(nèi)殼體之間的第四壓力腔流體連接的連接機(jī)構(gòu)。在還一有利的改進(jìn)方案中，汽輪機(jī)包括用于將蒸汽供給到流動(dòng)通道中的閥，其中冷卻通道構(gòu)造在所述閥中，所述冷卻通道與第一壓力腔流體連接。有利地，冷卻通道與第三壓力腔流體連接。本發(fā)明基于的思想是，構(gòu)件的內(nèi)在冷卻是可行的，其中能夠?qū)崿F(xiàn)在不同壓力水平上的流動(dòng)。這樣，在第一壓力腔中的壓力大于在第三壓力腔中的壓力。因此，對(duì)設(shè)置成使得冷卻通道對(duì)溫度負(fù)荷的構(gòu)件進(jìn)行繞流的冷卻通道用更冷的蒸汽進(jìn)行強(qiáng)制性繞流。因此，能夠明顯地提高用于閥連接機(jī)構(gòu)的組件的冷卻效果。有利地，冷卻通道設(shè)置在閥擴(kuò)散器和外殼體之間。


借助于實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。具有相同附圖標(biāo)記的構(gòu)件具有基本上相同的作用原理。附圖示出圖1示出根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的橫截面視圖2示出根據(jù)本發(fā)明的汽輪機(jī)的入流部的剖面的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出橫貫汽輪機(jī)I的橫截面。汽輪機(jī)I具有外殼體2和內(nèi)殼體3。內(nèi)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(xì)描述。內(nèi)殼體3的內(nèi)部以轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的方式設(shè)置有具有推力平衡活塞4的轉(zhuǎn)子5。通常，轉(zhuǎn)子圍繞旋轉(zhuǎn)軸線6旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地構(gòu)造。轉(zhuǎn)子5包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片7。內(nèi)殼體3具有多個(gè)導(dǎo)向葉片8。在內(nèi)殼體3和轉(zhuǎn)子5之間構(gòu)造有流動(dòng)通道9。流動(dòng)通道9包括多個(gè)分別由一排轉(zhuǎn)子葉片7和一排導(dǎo)向葉片8構(gòu)成的葉片級(jí)。經(jīng)由新鮮蒸汽供給通道，新鮮蒸汽流入入流口 10中，并且從那里出來沿流動(dòng)方向
11流過流動(dòng)通道9，所述流動(dòng)方向基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線6延伸。在此，新鮮蒸汽膨脹并且冷卻。在此，熱能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)能。轉(zhuǎn)子5處于轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并且例如能夠驅(qū)動(dòng)用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。根據(jù)導(dǎo)向葉片8和轉(zhuǎn)子葉片7的葉片組類型，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子5的沿流動(dòng)方向11的或大或小的推力。通常，推力平衡活塞4構(gòu)造為，使得形成推力平衡活塞前腔12。通過將蒸汽供給推力平衡活塞前腔12中而產(chǎn)生反作用于葉片路徑的推力13的反作用力。在運(yùn)行時(shí)，蒸汽流入入流口 10中。新鮮蒸汽供給象征性地用箭頭13a示出。在此，新鮮蒸汽通常具有例如直至625°C的溫度值和直至350bar的壓力。新鮮蒸汽沿流動(dòng)方向11流過流動(dòng)通道9。在葉片級(jí)下游，蒸汽經(jīng)由包括回流通道14、第一壓力腔15和供給通道16的連接機(jī)構(gòu)流入推力平衡活塞前腔12中。尤其地，蒸汽經(jīng)由回流通道14流入內(nèi)殼體3和外殼體2之間的第一壓力腔15中，所述回流通道構(gòu)造為在內(nèi)殼體3和外殼體2之間的第一壓力腔15和在葉片級(jí)下游的流動(dòng)通道9之間的連通的管道。在所述第一壓力腔15中，存在有為P1的壓力?，F(xiàn)在，存在于內(nèi)殼體3和外殼體2之間的第一壓力腔15中的蒸汽具有更小的溫度值和壓力值。所述蒸汽流過供給通道16，所述供給通道構(gòu)造為在第一壓力腔16和推力平衡活塞前腔12之間的連通的管道。推力平衡活塞前腔12在軸向方向17上設(shè)置在推力平衡活塞4和內(nèi)殼體3之間。推力平衡活塞前腔12也能夠稱為第四壓力腔。在所述第四壓力腔中存在壓力p4。流入入流口 10中的新鮮蒸汽絕大部分沿流動(dòng)方向11流過流動(dòng)通道9。較小的部分作為泄漏蒸汽流入泄漏密封腔18中。在此，泄漏蒸汽基本上沿反方向19流動(dòng)。在此，反方向19反向于流動(dòng)方向11定向。泄漏蒸汽經(jīng)由交叉回流通道20流入流動(dòng)通道9中，所述交叉回流通道作為構(gòu)造在轉(zhuǎn)子5和殼體3之間的密封腔18和設(shè)置在葉片級(jí)下游的供給腔26之間的連通的管道。在此，交叉回流通道20構(gòu)造成，從密封腔18到第一壓力腔15基本上是垂直于流動(dòng)方向11，在轉(zhuǎn)向部21下游基本上平行于流動(dòng)方向11，并且在第二轉(zhuǎn)向部22下游基本上垂直于流動(dòng)方向11。在替選的實(shí)施形式中，內(nèi)殼體3和外殼體2能夠構(gòu)造有未詳細(xì)不出的過載導(dǎo)入部23。外部的蒸汽流到過載導(dǎo)入部23中。在優(yōu)選實(shí)施例中，在回流葉片級(jí)24下游，回流通道14與流動(dòng)通道9連接，并且在交叉回流葉片級(jí)25下游，交叉回流通道20與流動(dòng)通道9連接。在此，交叉回流葉片級(jí)25在流動(dòng)通道9的流動(dòng)方向11上根據(jù)蒸汽的膨脹設(shè)置在回流葉片級(jí)24的下游。在尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，回流葉片級(jí)24是第四葉片級(jí)，并且交叉回流葉片級(jí)25是第五葉片級(jí)。在內(nèi)殼體3和外殼體3之間，在推力平衡活塞4的區(qū)域中設(shè)置有密封件27。所述密封件27構(gòu)造為活塞環(huán)，并且設(shè)置在內(nèi)殼體3中的凹槽28中。由此，密封環(huán)27將第一壓力腔15與第三壓力腔29分離。在第三壓力腔29中存在壓力p3。第三壓力腔29通過另一密封件30限界。所述另一密封件30設(shè)置在內(nèi)殼體3和外殼體2之間，并且將第三壓力腔29與第四壓力腔31分離，在所述第四壓力腔中存在壓力p4。第三壓力腔29經(jīng)由連接機(jī)構(gòu)32與第四壓力腔31連接，所述第四壓力腔也能夠稱為密封腔。所述連接機(jī)構(gòu)32是流體連接機(jī)構(gòu)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)使處于第三壓力腔29中的蒸汽能夠流到第四壓力腔31中。第四壓力腔31通到推力平衡活塞4的推力平衡活塞表面34上的內(nèi)殼體端部區(qū)域33中。圖2以流入部35的剖面示出汽輪機(jī)I的橫截面。流入部35包括閥擴(kuò)散器36。在閥擴(kuò)散器36后方，新鮮蒸汽流到入流口 10中，并且如對(duì)于圖1所說明地，從那里流過流動(dòng)通道9。在第一壓力腔15中流入的蒸汽能夠部分地流到構(gòu)造在閥擴(kuò)散器36和外殼體2之間的環(huán)形冷卻通道37中。在換向點(diǎn)38，蒸汽經(jīng)由在外殼體2中的另一冷卻通道39流到第三壓力腔29。蒸汽從第三壓力腔29經(jīng)由連接機(jī)構(gòu)32流到第四壓力腔31中。因?yàn)閴毫l>P3>P4，由此產(chǎn)生有利地冷卻閥連接40的強(qiáng)制性流動(dòng)。因此，在不使用外部的冷卻蒸汽的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)閥連接40的有效冷卻。在此，閥擴(kuò)散器36被密封地設(shè)置到內(nèi)殼體3上。在轉(zhuǎn)子5和內(nèi)殼體3之間，在推力平衡活塞4的區(qū)域中，尤其在泄漏密封腔18和第二泄漏密封腔41中，通常設(shè)置有非接觸式的密封元件，例如密封帶，所述密封帶實(shí)現(xiàn)了壓力下降和壓力腔分離。
權(quán)利要求
1.具有外殼體(2)和內(nèi)殼體(3)的汽輪機(jī)(1)， 其中包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(7)的、具有推力平衡活塞(4)的轉(zhuǎn)子(5)以轉(zhuǎn)動(dòng)安裝的方式設(shè)置在所述內(nèi)殼體(3)之內(nèi)， 其中所述內(nèi)殼體(3)具有圍繞所述推力平衡活塞(4)構(gòu)造的內(nèi)殼體端部區(qū)域(33)， 其特征在于，所述汽輪機(jī)具有密封件(27)，所述密封件將設(shè)置在所述內(nèi)殼體端部區(qū)域(33)和所述外殼體(2)之間的第三壓力腔(29)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)(I)， 其中所述密封件(27 )構(gòu)造為活塞環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的汽輪機(jī)(I)， 所述汽輪機(jī)具有連接機(jī)構(gòu)(32)，所述連接機(jī)構(gòu)將所述第三壓力腔(29)與設(shè)置在所述推力平衡活塞(4)和所述內(nèi)殼體(3)之間的第四壓力腔流體連接。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的汽輪機(jī)(I)， 其中在所述內(nèi)殼體(3)和所述轉(zhuǎn)子(5)之間構(gòu)造有具有多個(gè)葉片級(jí)的流動(dòng)通道(9)， 其中所述內(nèi)殼體(3)具有回流通道(14)，所述回流通道構(gòu)造為在所述第一壓力腔(15)和葉片級(jí)下游的所述流動(dòng)通道(9 )之間的連通的管路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽輪機(jī)(I)， 其中所述內(nèi)殼體(3)具有供給通道(16)，所述供給通道將所述第一壓力腔(15)與推力平衡活塞前腔(12)連接，所述推力平衡活塞前腔設(shè)置在所述推力平衡活塞(4)和所述內(nèi)殼體(3)之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的汽輪機(jī)(I)， 所述汽輪機(jī)具有用于將蒸汽供給到所述流動(dòng)通道(9 )中的閥， 其中環(huán)形冷卻通道(37)構(gòu)造在所述閥中，所述環(huán)形冷卻通道與所述第一壓力腔(15)流體連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽輪機(jī)(I)， 其中所述環(huán)形冷卻通道(37)與所述第三壓力腔(29)流體連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的汽輪機(jī)(I)， 其中所述閥包括閥擴(kuò)散器(36)，并且所述環(huán)形冷卻通道(37)設(shè)置在所述閥擴(kuò)散器(36)和所述外殼體(2)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的汽輪機(jī)(I)， 其中在所述外殼體(2)中設(shè)置有另外的冷卻通道(39)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽輪機(jī)(1)的冷卻裝置，所述冷卻裝置在閥連接(40)的區(qū)域中設(shè)置有冷卻通道(37)，所述冷卻通道被來自流動(dòng)通道(9)的冷卻蒸汽流過，并且緊接著作為冷卻蒸汽被供給到推力平衡活塞(4)的區(qū)域中。
文檔編號(hào)F02C7/18GK103003526SQ201180035637
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者馬丁納·霍爾德, 烏韋·贊德 申請(qǐng)人:西門子公司