包括推力平衡活塞的蒸汽輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于蒸汽輪機(jī)（1）的冷卻機(jī)構(gòu)，所述冷卻機(jī)構(gòu)在閥連接部（40）的區(qū)域中提供冷卻通道（37），所述冷卻通道由來自于流動(dòng)通道（9）的冷卻蒸汽流過，并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(qū)域中。
【專利說明】包括推力平衡活塞的蒸汽輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有外殼體和內(nèi)殼體的蒸汽輪機(jī)，其中具有推力平衡活塞的、包括多個(gè)工作葉片的轉(zhuǎn)子以能旋轉(zhuǎn)安裝的方式設(shè)置在內(nèi)殼體的內(nèi)部，其中所述內(nèi)殼體具有圍繞推力平衡活塞構(gòu)成的內(nèi)殼體端部區(qū)域，其中密封件密封設(shè)置在內(nèi)殼體區(qū)域和外殼體之間的第三壓力腔，其中所述內(nèi)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(shè)置在推力平衡活塞和內(nèi)殼體之間。
【背景技術(shù)】
[0002]就本申請而言蒸汽輪機(jī)理解為任意的渦輪機(jī)或者部分渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)或部分渦輪機(jī)由蒸汽形式的工作介質(zhì)通流。與之不同的是，燃?xì)廨啓C(jī)由作為工作介質(zhì)的燃?xì)夂?或空氣通流，但是所述燃?xì)夂?或空氣與蒸汽輪機(jī)中的蒸汽相比經(jīng)受完全不同的溫度和壓力條件。相對于燃?xì)廨啓C(jī)，在蒸汽輪機(jī)中例如流入部分渦輪機(jī)的具有最高的溫度的工作介質(zhì)同時(shí)具有最高的壓力。在燃?xì)廨啓C(jī)中也是能夠?qū)崿F(xiàn)朝向流動(dòng)通道開放的開放冷卻系統(tǒng)，而不從外部供給冷卻介質(zhì)。對于蒸汽輪機(jī)應(yīng)設(shè)置用于冷卻介質(zhì)的外部供給裝置。因此，涉及現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)不能夠用于評估本申請的對象。
[0003]蒸汽輪機(jī)通常包括裝有葉片的以能夠旋轉(zhuǎn)的方式安裝的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子設(shè)置在殼體或者殼體外罩的內(nèi)部。在以加熱的并且處于壓力下的蒸汽通流由殼體外罩形成的流動(dòng)通道內(nèi)腔時(shí)，經(jīng)由葉片通過蒸汽使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的葉片也被稱為工作葉片。除此之外在內(nèi)殼體上通常懸置有靜止的導(dǎo)向葉片，所述導(dǎo)向葉片沿著體部的軸向擴(kuò)展伸入到轉(zhuǎn)子葉片的中間腔中。導(dǎo)向葉片通常保持在沿著蒸汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)的第一部位上。在此它通常是導(dǎo)向葉片排的部分，所述導(dǎo)向葉片排包括一些導(dǎo)向葉片，所述導(dǎo)向葉片沿著內(nèi)圓周設(shè)置在蒸汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)上。在此各個(gè)導(dǎo)向葉片以其葉片葉部徑向向內(nèi)指向。在沿著軸向擴(kuò)展的所謂的第一部位上的導(dǎo)向葉片排也被稱為導(dǎo)向葉片柵或者導(dǎo)向葉片環(huán)。通常一些導(dǎo)向葉片排一個(gè)接一個(gè)地連接。相應(yīng)地，另一個(gè)第二葉片沿著蒸汽輪機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)保持在沿著軸向擴(kuò)展在第一部位之后的第二部位上。一對導(dǎo)向葉片排和工作葉片排也被稱為葉片級。
[0004]這類蒸汽輪機(jī)的殼體外罩能夠由一些殼體部段形成。尤其地，蒸汽輪機(jī)的殼體外罩可理解為蒸汽輪機(jī)或者部分渦輪機(jī)的靜止的殼體構(gòu)件，所述靜止的殼體構(gòu)件沿著蒸汽輪機(jī)的縱向方向具有流動(dòng)通道狀的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔設(shè)置為用于以蒸汽形式的工作介質(zhì)穿流。所述靜止的殼體構(gòu)件根據(jù)蒸汽輪機(jī)類型能夠是內(nèi)殼體和/或?qū)蛉~片載體，其不具有內(nèi)殼體或?qū)蛉~片載體。
[0005]出于效率原因，這種蒸汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)方案對于所謂的“高的蒸汽參數(shù)”，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(dāng)然，溫度提高特別是出于材料技術(shù)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(shí)現(xiàn)蒸汽輪機(jī)的可靠運(yùn)行，因此冷卻各個(gè)構(gòu)件或者部件是值得期望的。構(gòu)件通常在其耐溫性中根據(jù)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，特別是在用于呈蒸汽輪機(jī)殼體或轉(zhuǎn)子形式的蒸汽輪機(jī)體部的冷卻方法中，可在主動(dòng)冷卻和被動(dòng)冷卻之間進(jìn)行區(qū)分。在主動(dòng)冷卻中,冷卻通過單獨(dú)地供給給蒸汽輪機(jī)體部的，也就是說除了工作介質(zhì)以外被供給給蒸汽輪機(jī)體部的冷卻介質(zhì)起作用。與之相反，被動(dòng)的冷卻僅通過適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)或者使用工作介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。迄今為止，蒸汽輪機(jī)殼體優(yōu)選被動(dòng)地進(jìn)行冷卻。
[0007]為了在以礦物燃料發(fā)電時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的效率，產(chǎn)生如下需求，即在渦輪機(jī)中應(yīng)用與迄今為止通常應(yīng)用的蒸汽參數(shù)相比更高的蒸汽參數(shù)，也就是說更高的壓力和溫度。在高溫蒸汽輪機(jī)中，在蒸汽作為工作介質(zhì)的情況下，設(shè)置部分地遠(yuǎn)超過500°C的溫度。
[0008]迄今為止已知的用于蒸汽輪機(jī)殼體的冷卻方法，只要其總體上是主動(dòng)的冷卻方法，就無論如何都設(shè)有分離的和待冷卻的渦輪機(jī)部分的有針對性的迎流，并且在包含第一引導(dǎo)葉片環(huán)的條件下無論如何受限于工作介質(zhì)的進(jìn)流區(qū)域。這能夠在通常的具有高的蒸汽參數(shù)的蒸汽輪機(jī)負(fù)荷的情況下導(dǎo)致作用于整個(gè)渦輪機(jī)的熱負(fù)荷提高，所述熱負(fù)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(shí)現(xiàn)提高的效率原則上以更高的蒸汽參數(shù)工作的蒸汽輪機(jī)需要改善的冷卻，特別是對殼體和/或轉(zhuǎn)子的改善的冷卻，以便以足夠的程度抵消蒸汽輪機(jī)的更高的熱負(fù)荷。在此產(chǎn)生如下問題，即在使用迄今為止常用的渦輪機(jī)材料時(shí)，對于蒸汽輪機(jī)體部的由于蒸汽參數(shù)提高而越來越高的要求可能導(dǎo)致蒸汽輪機(jī)的不利的、限制使用壽命的熱負(fù)荷。因此，幾乎不再能經(jīng)濟(jì)地制造這樣的蒸汽輪機(jī)。
[0009]對此重要的是，除了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子和殼體連同螺釘，也設(shè)計(jì)閥連接部本身來抵抗高溫和聞壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是，提出一種蒸汽輪機(jī)，所述蒸汽輪機(jī)本身能夠在高溫區(qū)域中尤其有效地被冷卻。
[0011]所述目的通過具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的特征的蒸汽輪機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
[0012]有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0013]在一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，密封件構(gòu)成為活塞環(huán)，這導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機(jī)的快速且低成本的生產(chǎn)。
[0014]在另一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，蒸汽輪機(jī)包括用于將蒸汽供給到流動(dòng)通道中的閥，其中冷卻通道在閥連接部中構(gòu)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(fā)明基于如下思想，即構(gòu)件的自身的冷卻是可能的，在所述構(gòu)件中，經(jīng)由不同的壓力水平實(shí)現(xiàn)或者迫使有針對性的壓力流。因此第一壓力腔中的壓力大于第三壓力腔中的壓力。因此，設(shè)置成使得其對承受溫度負(fù)荷的構(gòu)件進(jìn)行繞流的冷卻通道由冷卻的蒸汽強(qiáng)制繞流。因此，可明顯提高對于閥連接部的構(gòu)件的冷卻效果。所述冷卻效果通過如下方式實(shí)現(xiàn)，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(shè)置在閥擴(kuò)散器和外殼體之間。
【專利附圖】

【附圖說明】[0017]根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。具有相同的附圖標(biāo)記的構(gòu)件基本上具有相同的作用方式。其示出:
[0018]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機(jī)的橫截面視圖；
[0019]圖2示出在穿過根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機(jī)的入流部的剖面中的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]在圖1中描述了穿過蒸汽輪機(jī)I的橫截面。蒸汽輪機(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)闡述。在內(nèi)殼體3的內(nèi)部以可旋轉(zhuǎn)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)對稱地構(gòu)成。轉(zhuǎn)子5包括多個(gè)工作葉片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)成流動(dòng)通道9。流動(dòng)通道9包括多個(gè)葉片級，所述多個(gè)葉片級分別由一排工作葉片7和一排導(dǎo)向葉片8構(gòu)成。
[0021]新鮮蒸汽經(jīng)由新鮮蒸汽供給通道流入到進(jìn)流口 10中并且從該處離開沿流動(dòng)方向11流動(dòng)穿過流動(dòng)通道9，所述流動(dòng)方向基本上平行于旋轉(zhuǎn)軸線6伸展。新鮮蒸汽膨脹并且在此冷卻。熱能在此被轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)能。轉(zhuǎn)子5進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且例如能夠驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來產(chǎn)
[0022]根據(jù)導(dǎo)向葉片8的和工作葉片7的葉片類型，在流動(dòng)方向11上產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子5的或多或少更大的推力。通常推力平衡活塞4構(gòu)成為，使得推力平衡活塞前腔12構(gòu)成并且被限定的壓力加載。在此從流動(dòng)方向11來看，推力平衡活塞前腔12在推力平衡活塞4上游。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(chǎn)生反作用力，所述反作用力抵消葉片路徑的推力13。
[0023]在運(yùn)行中，蒸汽流入到進(jìn)流口 10中。新鮮蒸汽供給象征性地通過箭頭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(dòng)方向11上流動(dòng)穿過流動(dòng)通道9。在葉片級后方，蒸汽經(jīng)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(jīng)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后方構(gòu)成為第一壓力腔15和流動(dòng)通道9之間的連通管，所述第一壓力腔在內(nèi)殼體3和外殼體2之間構(gòu)成。在這個(gè)第一壓力腔15中，存在為P1的壓力。處于內(nèi)殼體3和外殼體2之間的第一壓力腔15中的蒸汽此時(shí)具有更低的溫度值和壓力值。所述蒸汽經(jīng)由供給通道16流動(dòng)，所述供給通道構(gòu)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(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也能夠被稱為第二壓力腔。在這個(gè)第二壓力腔中存在壓力p2。
[0026]流入到進(jìn)流口 10中的新鮮蒸汽大部分在流動(dòng)方向11上流動(dòng)穿過流動(dòng)通道9。小部分作為漏汽流入到泄漏密封腔18中。這個(gè)泄漏密封腔18在內(nèi)殼體3和轉(zhuǎn)子5之間構(gòu)成。漏汽在此基本上在反方向19上流動(dòng)。反方向19在此相反于流動(dòng)方向11定向。漏汽經(jīng)由交叉返回通道20流入到流動(dòng)通道9中，所述交叉返回通道構(gòu)成為密封腔18和設(shè)置在葉片級后方的入流腔26之間的連通管，所述密封腔在轉(zhuǎn)子5和殼體3之間構(gòu)成。在此交叉返回通道20構(gòu)成為從密封腔18朝向第一壓力腔15基本上垂直于流動(dòng)方向11，在偏轉(zhuǎn)部21之后基本上平行于流動(dòng)方向11并且在第二偏轉(zhuǎn)部22之后基本上垂直于流動(dòng)方向11，但是不使密封腔18與第一壓力腔15連接。
[0027]在一個(gè)可替選的實(shí)施方式中，內(nèi)殼體3和外殼體2構(gòu)造有未詳細(xì)不出的過載導(dǎo)入部23。外部的蒸汽經(jīng)由單獨(dú)的入流部流入到過載導(dǎo)入部23中。
[0028]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，引出通道14與返回葉片級24下游的流動(dòng)通道9連接，并且交叉返回通道20與交叉返回葉片級25下游的流動(dòng)通道9連接。鑒于蒸汽的膨脹，交叉返回葉片級25在此在流動(dòng)通道9的流動(dòng)方向11上設(shè)置在返回葉片級24下游。
[0029]在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，返回葉片級24是第四葉片級并且交叉返回葉片級25是第五葉片級。
[0030]在內(nèi)殼體3和外殼體2之間，在推力平衡活塞4的區(qū)域中設(shè)置有密封件27。有效地，該密封件27例如構(gòu)成為活塞環(huán)并且設(shè)置在內(nèi)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能夠近似等于壓力Pl。第三壓力腔29由另一個(gè)密封件30來限界。另一個(gè)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分開，在所述第四壓力腔中存在壓力P4。
[0031]第三壓力腔29經(jīng)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表示流體的連接并且能夠?qū)崿F(xiàn)位于第三壓力腔29中的蒸汽流入到推力平衡活塞前腔12中。位于第四壓力腔31中的蒸汽在內(nèi)殼體端部區(qū)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(jī)I的橫截面。入流部35包括閥擴(kuò)散器36。新鮮蒸汽從閥擴(kuò)散器36流入到進(jìn)流口 10中，并且從該處，如關(guān)于圖1所描述的，流動(dòng)穿過流動(dòng)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(huán)形冷卻通道37中，所述環(huán)形冷卻通道在閥擴(kuò)散器36和外殼體2之間構(gòu)成。在轉(zhuǎn)向點(diǎn)38中，蒸汽經(jīng)由外殼體2中的另一個(gè)冷卻通道39朝向第三壓力腔29流動(dòng)。蒸汽從第三壓力腔29經(jīng)由連接部32流到推力平衡活塞前腔12中。因?yàn)閴毫l>p3>p4，所以因此通過這個(gè)構(gòu)件區(qū)域產(chǎn)生了的有針對性的強(qiáng)制流動(dòng)，所述強(qiáng)制流動(dòng)有利地冷卻閥連接部40。因此可對閥連接部40進(jìn)行有效的冷卻，而不使用外部的冷卻蒸汽。閥擴(kuò)散器36在此密封地設(shè)置到內(nèi)殼體3上。
[0033]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，特別是在泄漏密封腔18和第二泄漏密封腔41中，通常設(shè)置有無接觸的密封元件，例如密封帶，所述密封帶實(shí)現(xiàn)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(jīng)由密封腔18的部分區(qū)域，進(jìn)一步經(jīng)由交叉返回通道20到流動(dòng)通道9中的入流腔26的蒸汽的返回是必要的。
【權(quán)利要求】
1.一種具有外殼體(2)和內(nèi)殼體(3)的蒸汽輪機(jī)(I), 其中包括多個(gè)工作葉片(7)的、具有推力平衡活塞(4)的轉(zhuǎn)子(5)以能旋轉(zhuǎn)安裝的方式設(shè)置在所述內(nèi)殼體(3)的內(nèi)部， 其中所述內(nèi)殼體(3)具有圍繞所述推力平衡活塞(4)構(gòu)成的內(nèi)殼體端部區(qū)域(33)，其中密封件(27)密封第三壓力腔(29)，所述第三壓力腔設(shè)置在所述內(nèi)殼體端部區(qū)域(33)和所述外殼體(2)之間， 其中所述內(nèi)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(shè)置在所述推力平衡活塞(4)和所述內(nèi)殼體(3)之間， 其中所述第一壓力腔(15)設(shè)置在所述內(nèi)殼體(3)和所述外殼體(2)之間， 其特征在于， 所述蒸汽輪機(jī)(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(shè)置有另一個(gè)密封件(30 )，所述另一個(gè)密封件設(shè)置在所述內(nèi)殼體(3 )和所述外殼體(2)之間， 其中所述第三壓力腔(29)設(shè)置在所述密封件(27)和所述另一個(gè)密封件(30)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 其中所述密封件(27)構(gòu)成為活塞環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 其中所述連接部(32)通入到供給通道(16)中。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 其中在所述內(nèi)殼體(3)和所述轉(zhuǎn)子(5)之間構(gòu)成有具有多個(gè)葉片級的流動(dòng)通道(9)， 其中所述內(nèi)殼體(3)具有引出通道(14)，所述引出通道構(gòu)成為在葉片級下游的所述流動(dòng)通道(9)和所述第一壓力腔(15)之間的連通管路。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 所述蒸汽輪機(jī)具有用于將蒸汽供給到所述流動(dòng)通道(9 )中的閥， 其中在所述閥中構(gòu)成有環(huán)形冷卻通道(37)，所述環(huán)形冷卻通道與所述第一壓力腔(15)流體地連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 其中所述環(huán)形冷卻通道(37)與所述第三壓力腔(29)流體地連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的蒸汽輪機(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。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的蒸汽輪機(jī)(I)， 其中在所述外殼體(2)中設(shè)有另一個(gè)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(yōu)先權(quán)日:2011年8月4日
【發(fā)明者】馬丁納·霍爾德, 克里斯蒂安·倫茲, 諾貝特·皮珀, 魯?shù)婪颉げㄌ? 多米尼克·施萊胡貝爾, 烏韋·贊德 申請人:西門子公司