CN100404794C - 涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮机，尤其汽轮机，其包括内缸(5)和可旋转地支承的透平轴(3)，其特征在于，所述内缸(5)和透平轴(3)用不同的材料制造，其中，透平轴(3)用一种含铬9至12%重量百分比的铬钢制造，以及内缸(5)用一种含铬1至2%重量百分比的铬钢制造。

Description

涡轮机
本发明涉及一种涡轮机，其包括内缸和可旋转地支承的透平轴。
汽轮机在本申请的范围内作为一种涡轮机的设计形式指任意一种被形式上为蒸汽的工质流过的透平或汽轮机段。与之不同，燃气轮机被作为工质的燃气和/或空气流过，这种工质具有与汽轮机中的蒸汽完全不同的温度和压力条件。与燃气轮机相比，在汽轮机中例如流入一个汽轮机段的工质具有最高的温度和与此同时最高的压力。汽轮机通常包括一根装有叶片的可旋转地支承的透平轴，该透平轴装在内缸的内部。在加热并处于压力状态的蒸汽流过流体腔的由内缸构成的内腔时，蒸汽通过叶片使透平轴旋转。
透平轴的叶片也称为工作叶片。此外在内缸上通常悬挂一些导向叶片，它们被固定到工作叶片之间的空隙中。内缸也可以称为外壳。一个导向叶片通常沿透平汽缸的内侧固定在一个第一位置上。在这里它通常是一个导向叶片圈的组成部分，一个导向叶片圈包括多个沿内缸的内圆周排列的导向叶片。其中每个导向叶片的叶身沿径向朝内延伸。
汽轮机或汽轮机段可分为高压、中压或低压汽轮机段。高压汽轮机段的进口温度和进口压力可达600℃和300bar。
已知一些单缸汽轮机，它们是高压与中压汽轮机的一种组合。这些汽轮机的特征在于一个公共的汽缸和一根公共的透平轴，也称为紧凑式(Kompakt)汽轮机段。
对于更高蒸汽状态的汽轮机，通常使用一种由高含铬量的原料制的材料。这种高含铬量的材料通常是一种含重量比9至12％铬的铬钢。迄今作为内缸的材料也采用与用于透平轴相同的材料。这样做是基于轴和汽缸需要有相同的热膨胀系数。透平轴和内缸均使用高含铬量的材料，这导致汽轮机的一种高成本的实施方式。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种包括内缸和可旋转地支承的透平轴的涡轮机，尤其汽轮机，它可以设计为更容易制造。
上述技术问题通过一种包括内缸和可旋转地支承的透平轴的涡轮机得以解决，其中，内缸和透平轴用不同的材料制造，在此，内缸用一种耐热强度比制造透平轴的材料低的材料制造，透平轴用一种含铬9至12％重量百分比的铬钢制造，而内缸用一种含铬1至2％重量百分比的铬钢制造。
本发明基于下列认识：没有必要将相同的高含铬量的材料既用于透平轴也用于内缸。令人意外地确认，在透平轴和内缸所使用的材料中高蒸汽状态引起的热膨胀小于规定的容许极限。
迄今在制造涡轮机、尤其是汽轮机时，为透平轴和内缸使用同类材料。为了能快速制造汽轮机，必须能与时俱进地提供用于内缸和透平轴的材料。通过按照本发明的建议，内缸和透平轴可以使用不同的材料，从而可以设计一种更容易制造的汽轮机。
通过为内缸使用一种比用于透平轴的材料耐热强度低的材料，可以设计一种成本更低的涡轮机，因为耐热强度高的材料通常比耐热强度较低的材料昂贵。
除此之外，创造了一种用耐热强度比用于透平轴的材料更低的材料来制造内缸的可能性。此外，这种用于内缸的材料可以有较高的机械强度。耐热强度指的是在高温时允许的应力负荷。
含铬9至12％重量百分比的铬钢有高的耐热强度，这种高耐热强度尤其使用在处于高蒸汽状态的透平轴时是必要的。含铬1至2％重量百分比的铬钢尽管有比含铬9至12％重量百分比的铬钢低的耐热强度，但由此却具有更高的机械强度。因此，含铬1至2％重量百分比的铬钢非常适宜在热负荷较低的环境内使用。这种铬钢尤其适用于高蒸汽状态汽轮机中的内缸。
优选地，内缸和透平轴具有至少部分地设计用于温度超过550℃的区域。
所述为内缸和透平轴采用不同的材料特别适用于汽轮机、高压汽轮机段、中压汽轮机段、组合的高压与中压汽轮机段或组合的中压与低压汽轮机段。所述不同的材料同样可以在泵、压气机、燃气轮机或压缩机内使用。
下面参见附图详细说明本发明的实施方式。在这里采用相同附图标记的构件具有相同的工作方式。
唯一的一幅附图具体地表示出一台紧凑式汽轮机段的剖面图。
在该附图中表示出紧凑式汽轮机1的剖面图。紧凑式汽轮机1具有一个外缸2，透平轴3可绕旋转轴线4旋转地支承在该外缸2内。紧凑式汽轮机1具有一个包括高压区段6和中压区段7的内缸5。在高压区段6内安装了一些不同的导向叶片8。
在中压区段7内同样安装了一些导向叶片9。透平轴3借助轴承10、11可旋转地支承。内缸5与外缸2连接。
汽轮机1具有一个高压部段12和一个中压部段13。在高压部段12内安装了一些工作叶片14。在中压部段13内同样安装一些工作叶片15。
温度超过550℃和压力超过250bar的新蒸汽流到入流区16内。新蒸汽流过高压部段12中的各个导向叶片8和工作叶片14，并在这里膨胀和冷却。至少在此区域内内缸5和透平轴3应针对高于550℃的温度设计。在这里新蒸汽的热能转换成透平轴3的旋转能。由此使透平轴3沿一个绕旋转轴线4的方向旋转。
蒸汽流过高压区段后从流出区17流入到图中没有详细表示出的中间过热器中，在那里被置于更高的温度和更高的压力。接着，这种过热蒸汽经过没有详细示出的管道流入到在紧凑式汽轮机1内的中压流入区18中。在中间过热器内被加热的蒸汽现在流过工作叶片15和导向叶片9，并在此过程中膨胀和冷却。中间过热的蒸汽的内能转换为动能并促使透平轴3旋转。在中压区段7中流过并在其中膨胀的蒸汽经流出区19从紧凑式汽轮机1流出。排出并已膨胀的蒸汽可以使用于没有进一步表示出的低压汽轮机段中。
透平轴3通过内缸5支承在支承区23中。工作叶片14、15没有详细表示。新蒸汽首先遭遇透平轴3的中央区16并在高压区段6中膨胀。在这里新蒸汽被冷却。在中间过热器后，经高压区段膨胀具有高温的蒸汽重新流入到中央区16。中间过热的蒸汽首先流到在透平轴3上的中压流入区18所在的位置以及沿中压区段7的方向膨胀和冷却。然后，在中压区段7内经膨胀和冷却的蒸汽接着从紧凑式汽轮机1排出。透平轴3是一种耐高温的材料。这种耐高温的材料是含铬9至12％重量百分比的铬钢。内缸5用一种不同的材料制造。内缸5尤其用一种耐热强度比用来制造透平轴3的材料低的材料制成。
内缸尤其用含铬1至2％重量百分比的铬钢制造。
对于透平轴3和内缸5在高压汽轮机段中、在中压汽轮机段、组合的高压和中压汽轮机段或组合的中压和低压汽轮机段、泵、压气机、燃气轮机或压缩机中，都可以使用不同的材料。

Claims (1)

1.一种适用于新蒸汽温度超过550℃的汽轮机(1)，其包括内缸(5)和可旋转地支承的透平轴(3)，其特征在于，所述内缸(5)和透平轴(3)用不同的材料制造，其中，所述内缸(5)用一种耐热强度比制造透平轴(3)的材料低的材料制造，所述透平轴(3)用一种含铬9至12％重量百分比的铬钢制造，以及所述内缸(5)用一种含铬1至2％重量百分比的铬钢制造。
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