CN100347414C - 用于制造蒸汽轮机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造蒸汽轮机(1)的方法。该方法包含下列步骤：制造多个相同的壳体(2)和/或涡轮转子(5)储存起来；根据各个蒸汽轮机(1)的气流剖面和压力的技术要求，确定与每个蒸汽轮机可分的至少一个汽轮级的有效叶片分段(14)。

Description

用于制造蒸汽轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种制造蒸汽轮机的方法，蒸汽轮机沿着各个蒸汽轮机轴延伸并且包含一壳体和一可旋转地安装在所述壳体内的涡轮转子，蒸汽轮机壳体和涡轮转子包含沿着所述蒸汽轮机轴的两个或者多个圆周槽，这些圆周槽分别容纳涡轮导向叶片和旋转涡轮叶片。

背景技术

由于电力需求一直在增加，安装新发电厂的时间、设计的灵活性和蒸汽轮机的应用是蒸汽轮机制造的主要限制因素。在公开号为DE19702592A1号德国专利公开的工业蒸汽轮机壳体设计中，能够灵活地适应用户对于在蒸汽轮机某些部位的不同压力下排出蒸汽的需求。蒸汽轮机壳体包含一排气分段，该排气分段的径向壳体内壁相对下一个叶片的位置倾斜。蒸汽轮机壳体包括壳体分段，其中，排气分段设置在进气分段和排气侧过渡分段之间。

WO98/31923A1号专利公开了一种带有可调平均反应度(variable meanreaction degree)的蒸汽轮机，使设计蒸汽轮机有较高的灵活性。蒸汽轮机包含沿涡轮转子设置的多个涡轮级，每个涡轮级包含一导向叶片结构和据此沿轴向设置的旋转叶片组件。平均反应度在一个涡轮级内可以达到5％到70％的范围，因此，至少两个涡轮级的反应度为不同值。

US-6,213,710号专利涉及一种带有外壳和内壳或者用于推力补偿的叶片承载件的涡轮机械的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少包含一壳体和一可旋转的安装于所述壳体内的涡轮转子的蒸汽轮机的交货时间的方法。

为了实现上述和其它目的，本发明提供了一种制造蒸汽轮机的方法，每个蒸汽轮机沿着蒸汽轮机轴延伸且该蒸汽轮机包含一壳体和一可旋转地安装于所述壳体内的涡轮转子。蒸汽轮机壳体包含沿着蒸汽轮机轴的两个或者多个容纳蒸汽轮机导向叶片的圆周槽，同时涡轮转子(或蒸汽轮机轴)包含沿着蒸汽轮机轴的两个或者多个容纳旋转叶片的圆周槽。每个叶片和导向叶片都有安装在所述各自凹槽内的各自的根部并且都带有一有效叶片分段(active blade section)。壳体内的凹槽还可以容纳包含多个导向叶片的导向叶片结构。该方法包含的步骤有：制造多个相同的壳体和/或涡轮转子储备起来，同时根据技术要求、特别是对每个蒸汽轮机的气流剖面(flow profile)和压力的技术要求，确定与每个蒸汽轮机可分的至少一个涡轮级的有效叶片分段。

本发明是从认识到制造蒸汽轮机，象制造涡轮转子(蒸汽轮机轴)和蒸汽轮机壳体(蒸汽轮机箱体)这样的大型蒸汽轮机部件时是最费时间和时间紧迫的情况而产生的。上述情况是由于这些部件需要精确地铸造或者焊接，同时由于尺寸和供应商数量受限的原因，所以从发出定单到收到大型部件，可能需要很长时间。而且，由于用户会提出必须缩短建造新发电厂和其开始工作的时间，所以本发明要克服因为蒸汽轮机大型部件的长交货时间而引起的发电厂建造延误的问题。通过制造出多个相同的涡轮转子和内壳体这样的蒸汽轮机部件，能够将这些部件很快应用到新发电厂的建设中。当部件都相同时，由客户所提出的动力输出、蒸汽压力、蒸汽温度、排出蒸汽等这些特殊的特点，可以通过调节导向叶片和叶片的有效叶片分段、确定每个蒸汽轮机各自的蒸汽流道而实现。当蒸汽轮机型号系列的大型部件具有相同的容纳旋转叶片和蒸汽轮机导向叶片的圆周槽(凹槽的形状在蒸汽轮机内一级到一级可以有变化)时，能够事先计算、确定和设计出蒸汽轮机叶片和导向叶片，这样，可以分别实现每个蒸汽轮机的技术要求。根据每个汽轮级内蒸汽轮机导向叶片和蒸汽轮机叶片的有效叶片分段，确定涡轮转子和蒸汽轮机壳体，蒸汽轮机内的流道具有一给定的几何结构。根据各个蒸汽轮机的气流剖面和压力特性，调节与每个蒸汽轮机可分的至少一个汽轮级的有效叶片分段，这样，就能在若干MW的电力输出、特别是200MW到400MW的范围内使用相同的蒸汽轮机壳体和蒸汽轮机轴的几何结构(即相同的蒸汽轮机模型系列)。因此，通过本发明，在某个电力输出范围内无需生产出不同的大型蒸汽轮机部件，特别是用于每个新蒸汽轮机的蒸汽轮机壳体和涡轮转子。因为通过事先确定至少一个汽轮级的有效叶片分段，相同型式的壳体和涡轮转子就可以用在一个有很宽电力输出范围的蒸汽轮机中，这样，通过定购许多这样的大型部件，这意味着这些大型部件几乎可以从库存得到，可以减少发电厂建造的时间。

根据另一个特征，事先修改和设计所有汽轮级的有效叶片分段，以分别满足每个蒸汽轮机的特殊技术要求。事先对有效叶片分段进行设计和对蒸汽轮机内的蒸汽流道和蒸汽条件进行计算，使本领域的技术人员在蒸汽轮机的设计中，改变一定数量的参数以确定和计算对预先规定的应用，即某一发电厂最适用的气流剖面。该方法可以应用到新建发电厂的蒸汽轮机以及旧发电厂的蒸汽轮机更换中。

根据另一个特点，通过确定每一级的蒸汽进气边和流动方向之间的叶片角度，调节有效叶片分段。通过对每个蒸汽轮机的有效叶片分段进行独立的设计，叶片的几何结构可以根据每个蒸汽轮机的特殊技术要求，在横断面内和沿叶片轴独立地确定。在所有蒸汽轮机的凹槽相同、每个蒸汽轮机中叶片和导向叶片的根部轮廓和根部相同的情况下，无论何时都可以使用相同的护罩部分。蒸汽轮机叶片或者导向叶片在所有沿着其叶片轴的横断面内具有相同的轮廓。横断面轮廓可以沿着叶片轴具有相同的叶片角度或者沿着叶片轴产生叶片角度变化。而且，有效叶片分段可以是螺旋或者是弯曲的，同时可以沿着叶片轴改变其横断面轮廓。对于本领域技术人员而言，可以采用很多设计和计算有效叶片分段的方法，例如国际申请WO99/13199A1中所记载的方法。一种简单、有效的调节有效叶片分段的方法是利用沿着叶片轴为恒定叶片角度和恒定横断面轮廓的方法实现，由此，叶片角度以及横断面轮廓可以沿汽轮级变化。

本发明的附加技术特征是：蒸汽轮机最好为高压或中压蒸汽轮机。本发明还可以应用到低压蒸汽轮机中。

本发明的附加技术特征是：蒸汽轮机的电力输出在200MW到400MW范围内彼此不同，尽管使用了相同的壳体和/或涡轮转子。通过事先在蒸汽轮机内使用相同的壳体和/或涡轮转子并且确定有效叶片分段，能够使用其根部配装在具有相同根部轮廓的壳体和/或转子的各个标准凹槽内的蒸汽轮机叶片和导向叶片。这样，通过使用有容纳蒸汽轮机导向叶片和/或蒸汽轮机旋转叶片的相同凹槽的标准壳体和/或标准转子，就能够通过适当地改变有标准根部的叶片和导向叶片的有效叶片分段，以及使用标准护罩部分，来在200MW和400MW之间很宽范围内调节电力输出或者蒸汽轮机。

根据另一个特征，选定有效叶片分段使得来自流过蒸汽轮机的蒸汽产生的作用在蒸汽轮机上的一推力、特别是一轴向推力、特别是作用在壳体和/或涡轮转子上的，在每个蒸汽轮机都相同。作用在蒸汽轮机部件上的轴向推力可以通过调节和设计有效叶片分段受到进一步的限制。通过对所有的蒸汽轮机提供相同的推力或者至少在一个允许的小范围内几乎相同的推力，就可以保证无需在蒸汽轮机壳体和/或涡轮转子中采用特殊的结构变化。如果蒸汽轮机壳体和转子在蒸汽轮机为若干MW、特别是几百个MW的不同的电力输出下，允许使用相同的壳体和转子。

尽管本发明在此具体地说明和描述了制造蒸汽轮机的方法，但是并非试图将本发明限制为所表示出的细节，因此，在该方法下可以做各种改进和结构变化，这些改进和变化都不偏离本发明的精神且在权利要求等同方案的领域和范围内。

在结合附图阅读本发明时，可以从下面对具体实施例的说明中更好地理解本发明方法的其它目的和优点。

附图说明

图1表示一种筒式高压蒸汽轮机的纵向断面图；

图2表示旋转叶片的纵向断面图；以及

图3表示带有穿过与叶片轴垂直的旋转叶片断面图的叶片环的改进型式。

标号说明

1蒸汽轮机

2内壳体，内箱体

3外壳体，外箱体

4蒸汽

5转子，轴

6固定件

7密封

8导向叶片

9旋转叶片

10转子5内凹槽

11壳体2内凹槽

12根部旋转叶片

13根部导向叶片

14有效叶片分段

15护罩

16汽轮级

17加固盘

18蒸汽轮机轴

19叶片轴

20叶片环

21圆周方向

22进气边

23出气边

α叶片角度

具体实施方式

在附图中，每种情况下示例性实施例中相互对应的元件用相同的附图标记表示。将图简化，以强调某些特征。

现在，详细地参照附图，特别是附图1所表示的罐形结构高压蒸汽轮机1的纵向断面图。高压蒸汽轮机1有一内壳体2(也叫做内箱体2)和一围绕内壳体2的外壳体3。涡轮转子5(也叫轴5)沿着蒸汽轮机轴18延伸且可旋转地安装在内壳体2内，以围绕蒸汽轮机轴18旋转。转子5沿着蒸汽轮机轴有多个圆周槽10，每个圆周槽容纳带有多个相同旋转叶片9的叶片环20。内壳体2沿着蒸汽轮机轴18也带有圆周向延伸的、容纳固定的蒸汽轮机导向叶片8(例如呈导向叶片结构)的凹槽11。在轴向间隔开的两个相邻的蒸汽轮机导向叶片8的环之间，安装一旋转叶片9的叶片环20。导向叶片8的环与导向叶片8的下游的旋转叶片9的叶片环20共同形成汽轮级16。每个蒸汽轮机导向叶片8和旋转叶片9都有各自的有效叶片分段14，蒸汽4沿着该有效叶片分段流过。利用导向叶片8的有效叶片分段14引导蒸汽4和使蒸汽改变方向，以使蒸汽在旋转叶片9的有效叶片分段14处围绕该有效叶片分段有效地流动，从而驱使转子5进入旋转状态。每个旋转叶片9有一根部12，该根部插入各自的转子槽10内，对每个导向叶片8而言，标记出各自的根部13，该根部13插入各个壳体槽11内。

热的压力蒸汽流体4流过蒸汽轮机1，蒸汽以进气压力P1进入、排气压力P2排出。进气压力和排气压力之间的压差产生的轴向推力，不仅作用在内壳体2上，还作用在涡轮转子5上。根据导向叶片8和转子叶片9的型式，在流过的蒸汽4内产生不同的压降，该压降对轴5和内壳体2有作用。在内壳体外侧，内壳体2有一受到进气压力P1作用的面积A1。在面积A1上产生的轴向推力叠加在内壳体2的轴向力上，该轴向力由作用在面积A2上的压力P2产生，其结果是随后产生了轴向推力补偿。由于产生轴向推力补偿，相对外壳体3的内壳2的固定件6承受了很小的表面压力。传递轴向压力的内壳体2外部的面积A1，由围绕轴5设置的密封件7限制，因而，限定了作用在传递轴线压力的面积A1上的压力P1。因此，使用装置7能精确地确定轴向推力补偿。轴向推力补偿不仅会在内壳体2处产生，而且会在轴5处产生，这一点在Remberg发明的US6,213,710号专利中有详细的描述。由进气压力P1和穿过叶片的排气压力P2之间的压差产生的作用在轴5上的轴向推力，至少部分能得到补偿。

图2表示旋转蒸汽轮机叶片9的示例性实施例，图为沿其叶片轴线19的纵向断面图。沿着叶片轴19，旋转叶片9有一锤形轮廓的根部12。邻近根部12的加固盘公布(root plate)17，将根部12与由护罩部分15限制的有效叶片分段14分隔开。热蒸汽4沿着垂直于叶片轴19的有效叶片分段14流过工作中的蒸汽轮机1。旋转叶片9和相同的汽轮叶片9随锤形根部12一起插入转子5的各个凹槽10内，形成一叶片环20。各加固盘17以及邻近叶片9的护罩15间的顶靠作用，在相邻的有效叶片分段14之间形成一流道分段。

图3表示插入转子5的圆周槽10内的旋转叶片9的叶片环20的气流状态。沿着圆周方向21，叶片9顶靠着各自的加固盘17。每个叶片9有一进气边22和一在进气边22下游的出气边23。有效叶片分段14与流过蒸汽轮机1的蒸汽4的流动方向形成一叶片角α。各个叶片环20的叶片角α可以为满足各个蒸汽轮机的蒸汽流量、蒸汽压力、蒸汽温度和排出蒸汽等技术条件而改变。不同的汽轮级16还可以有不同的有效叶片分段14的横断面轮廓。有效叶片分段14的型式也可以变化。

本发明的特点在于制造蒸汽轮机的方法，因此，在一个电力输出范围内，可以使用标准的蒸汽轮机壳体和/或标准的蒸汽轮机转子，每一级都有分别容纳蒸汽轮机导向叶片和旋转叶片的标准凹槽。这样，就能在收到特殊蒸汽轮机定单之前，制造出很多这种大型部件，将这些大的蒸汽轮机部件储存起来。对于蒸汽轮机的特殊技术要求，特别是电力输出、蒸汽温度、蒸汽压力等，可以通过确定至少一个汽轮级、特别是所有汽轮级的有效叶片分段，在这种特殊型式蒸汽轮机(蒸汽轮机型号系列)的电力范围内完成。旋转叶片的根部和指定的蒸汽轮机导向叶片的根部或者蒸汽轮机导向叶片的导叶结构、特别是蒸汽轮机导向叶片的半环也能标准化，以便分别配装在涡轮转子或者蒸汽轮机壳体的各个凹槽内。而且，如果对蒸汽轮机导向叶片和旋转叶片适用的话，也可以将护罩部分标准化。

Claims (6)

1.用于制造蒸汽轮机(1)的方法，每个蒸汽轮机(1)沿着蒸汽轮机轴(18)延伸且包含一壳体(2)和一可旋转的安装在所述壳体(2)内的涡轮转子(5)；

所述蒸汽轮机壳体(2)包含沿着所述蒸汽轮机轴(18)、容纳蒸汽轮机导向叶片(9)的两个或多个圆周槽(11)；

所述涡轮转子(5)包含沿着所述蒸汽轮机轴(18)、容纳旋转叶片(8)的两个或多个圆周槽(10)；

每个叶片(8)和导向叶片(9)有用于安装在所述相应凹槽(10，11)内的各自的根部分段(12，13)且有一有效叶片分段(14)，该方法包含下列步骤：

制造多个相同的上面所述的壳体(2)和/或上面所述的涡轮转子(5)储存起来；

根据各个蒸汽轮机(1)的气流剖面和压力特性，分别确定每个蒸汽轮机(1)的至少一个汽轮级(16)的有效叶片分段(14)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所有的汽轮级(16)而言，修改有效叶片分段(14)分别满足每个蒸汽轮机(1)的技术要求。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过确定每级(16)的叶片角度(α)，调节所述有效叶片分段(14)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述蒸汽轮机(1)是高压或中压蒸汽轮机。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在200MW到400MW不同的电力输出范围内，蒸汽轮机使用相同的壳体(2)和/或涡轮转子(5)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：选定有效叶片分段(14)，使得流过蒸汽轮机(1)的蒸汽(4)产生作用在蒸汽轮机(1)上的推力，尤其是作用在涡轮转子(5)上的推力，对于每个蒸汽轮机(1)来说几乎相同。

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