CN101769173A - 关于蒸汽涡轮机排气扩散器的方法、系统和/或设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及关于蒸汽涡轮机排气扩散器的方法、系统和/或设备。一种轴向流动式蒸汽涡轮机流动通路，其包括转子(112)和壳体(116)，限定了轴向蒸汽流动通路；以及环形扩散器(40)，用于使排出蒸汽扩散和使排出蒸汽从大致为轴向的流动方向转向至大致为横向或竖向和切向的方向；其中，环形扩散器(40)包括至少部分地结合环形体(41)或一段环形体(41)的形状的扩散器。

Description

关于蒸汽涡轮机排气扩散器的方法、系统和/或设备

技术领域

本申请主要涉及用于改善涡轮发动机的效率和/或工作的方法、系统和/或设备。更具体地讲而非以限制的方式，本申请涉及关于改进蒸汽涡轮机扩散器及相关构件的方法、系统和/或设备。

背景技术

在常规的蒸汽涡轮机设计中，蒸汽涡轮机的内壳体，例如可以是双流向下排气单元，其具有沿涡轮机的对置两侧和两端垂直地分开和延伸的包绕式排气罩。该大型箱状结构收容涡轮机的整个低压区段。来自于涡轮机的排出蒸汽大致在轴向上向下游流动。然后，蒸汽排气从轴向流动方向重新引导至相对于轴向流动方向成90°的流动方向。该90°的流动方向可向下、向上或横向地位于任何平面中。

一般而言，用于蒸汽涡轮机的常规排气罩在圆锥形区段的出口端处构成大型直线型结构，用于使蒸汽流以直角地转向和扩散。蒸汽流动通路因而略微曲折，造成损失和不利的压降。还将认识到的是，为了维护目的而接近涡轮机的各种零件如轴承很困难，因为需要移除排气罩的上半部。此外，将会认识到，常规蒸汽涡轮机中的排气罩通常支承涡轮机的内壳体以及相关的蒸汽通路零件如隔板(diaphragm)等。因此，已发现需要提供一种新的几何形状来改善排出蒸汽的压力恢复和涡轮机的总体性能。

发明内容

因此，本申请描述了一种轴向流动式蒸汽涡轮机流动通路，其包括限定了轴向蒸汽流动通路的转子和壳体；以及环形扩散器，用于使排出蒸汽扩散和使排出蒸汽从大致为轴向的流动方向转向至大致为横向或竖向和切向方向。在一些实施例中，环形扩散器包括至少部分地结合环形体或一段环形体的形状的扩散器。

在一些实施例中，其中，环形扩散器包括：圆锥形引导件，其用作蒸汽在其流出最后的涡轮区段时的初始引导件；环形区段，其限定环形扩散器主室的上半部；以及直线区段，其限定扩散器主室的下半部，且提供通向出口的流动通路。在一些实施例中，环形区段包括环形体形状的大致一半。

在一些实施例中，环形区段在大致与转子成水平的周向位置处接合直线区段；其中，形成环形区段的环形体41的轴线由涡轮机的转子构成；其中，圆锥形引导件的上游端通过柔性接头联接到壳体上；其中，圆锥形引导件包括用于流出涡轮机末级的蒸汽的外部径向边界；以及其中，圆锥形引导件包括扩张的圆锥形形状，使得圆锥形引导件的截面直径随着向下游距柔性接头的距离的增大而增大。

在一些实施例中，圆锥形引导件的下游端包括展开的唇部；圆锥形引导件延伸到环形区段和直线区段中；以及圆锥形引导件大致延伸穿过环形区段和直线区段轴向宽度的一半。在一些实施例中，用于移动穿过圆锥形引导件的蒸汽的内边界包括圆柱形转子板，其设置成围绕涡轮机的转子，该圆柱形转子板包括平滑的圆柱形状，其大致围起转子，且从涡轮机的最后一级轴向地延伸至环形扩散器的下游壁。

在一些实施例中，壳体和环形扩散器相对于彼此独立地安装在底座(foundation)上。在一些实施例中，柔性连接件连接壳体和环形扩散器；柔性连接件包括膨胀式波纹管，其构造成容许有差别的热膨胀。在一些实施例中，用于转子的轴承支承在一个或多个支柱上，该支柱直接由涡轮机的底座支承。

通过对优选实施例的如下详细描述并结合附图和所附权利要求，本申请的这些及其它特征将变得明显。

附图说明

通过仔细研究本发明示例性实施例的如下更为详细的描述并结合附图，可更为完全地理解和认识本发明的这些及其它目的和优点，在附图中：

图1为根据常规设计的双流向下排气式蒸汽涡轮机的大致一半的示意性截面图；

图2为示出具有根据本申请的示例性实施例的环形构造的排气扩散器的蒸汽涡轮机的大致一半的示意性侧截面视图；

图3为具有根据本申请的示例性实施例的环形构造的排气扩散器的下游视角的示意性截面图；以及

图4为可形成根据本申请的扩散器的示例性环形体形状。零件清单10蒸汽涡轮机12转子14涡轮轮叶16内壳体18定子叶片20蒸汽入口22外部排气罩24蒸汽引导件26出口40环形扩散器41环形体45圆锥形引导件42环形区段43直线区段46出口112转子116内壳体44柔性接头47展开的唇部49转子板54轴承56支柱

具体实施方式

现参看附图，尤其是图1，示出了蒸汽涡轮机的一部分，该蒸汽涡轮机大体上以10标示，包括安装了多个涡轮轮叶14的转子12。还示出了内壳体16，其安装了多个隔板或定子叶片18。设置在中央的大致为径向的蒸汽入口20将蒸汽施加到位于涡轮机的对置轴向两侧上的涡轮轮叶14和定子叶片18中的各者上，以驱动转子12。隔板18的定子导叶和轴向相邻的轮叶14形成涡轮机10的各级，以及穿过其间的流动通路。将会认识到，蒸汽从涡轮机的末级排出，以便流过扩散器且进入冷凝器(未示出)中。

图1中还示出了外部排气罩22，其围绕和支承涡轮机10的内壳体16以及诸如轴承的其它零件。在图1的示图中，涡轮机10包括蒸汽引导件24，用于引导从涡轮机10排出的蒸汽进入出口26中，以便流向一个或多个冷凝器(未示出)。由于使用排气罩22来支承涡轮机10、轴承及辅助零件，故如图所示，排出蒸汽通路是曲折的且经受压力损失。本领域普通技术人员将认识到，这会导致性能和效率的下降。

现参看图2和图3，示出了本发明的一个方面，其中，图1中的相似参考标号前面加上数字“1”用来指代相似的零件。如图所示，完全除去了现有技术的排气罩22，这有利于根据本发明的示例性环形扩散器40。如本文所用以及下文更为详细的描述，环形扩散器为至少部分地结合环形体或一段环形体的形状的扩散器。图4中示出了示例性的环形体，即环形体41。如图所示，环形体是通过在三维空间中使圆围绕轴线旋转而产生，该轴线与该圆共面，但并不接触该圆。一般而言，环形体包括回转的圆形形状；然而，如本文所用，环形体可包括近似圆形的形状，例如椭圆。

根据一个优选的实施例，环形扩散器40大体上包括圆锥形引导件45，其用作蒸汽在其流出最后涡轮区段时的初始引导件；环形区段42，如图所示，其限定扩散器主体或主室的上半部；以及直线区段43，其限定扩散器主体或主室的下半部，且提供通向出口46的流动通路。环形区段42可包括环形体形状的大致一半，但其它构造也是可行的。环形区段42在大致与转子112成水平的周向位置处接合和过渡到直线区段43。形成环形区段42的环形体的轴线大致为转子112。

环形扩散器40可包括容许其以更有效且成本效益合算的方式运行的其它构件。在一些优选的实施例中，如已经描述的那样，环形扩散器40可包括圆锥形引导件45。如图所示，圆锥形引导件45的上游端可通过柔性接头44联接到内壳体116上。圆锥形引导件45大体上提供用于流出涡轮机末级的蒸汽的外部径向边界。如图所示，圆锥形引导件45大体上包括具有沿转子112的轴线的扩张的圆锥形形状。因此，圆锥形引导件45具有增大的截面面积，这容许流出的蒸汽膨胀，且因此减小其压力。具体而言，圆锥形引导件45具有随着距柔性接头44的距离增大而增大的截面直径。圆锥形引导件45向下游延伸，且终止于展开的唇部47处。展开的唇部47有助于使流动平稳顺畅，以及帮助减小进入环形区段42的蒸汽的压力。如图所示，圆锥形引导件45可延伸到环形区段42和/或直线区段43中。更具体而言，圆锥形引导件45可延伸穿过环形区段42和/或直线区段43轴向宽度的大致一半。根据优选的实施例，用于移动穿过圆锥形引导件45的蒸汽的内边界可由形成圆柱形的转子板49提供。圆柱形转子板49大体上形成平滑的圆柱形状，其围起转子，且从涡轮机的最后一级沿轴向延伸至环形扩散器40的下游壁。转子板49的轴线也可为转子112。

已经发现，根据本发明的环形区段42的几何形状可有效地容许流出的蒸汽膨胀和使其压力减小。通过组合环形区段42和圆锥形引导件45，可进一步增强这些益处。具有环形区段42和/或圆锥形引导件45的环形扩散器40还可以最小的压力损失，有效地将扩散的蒸汽引导至出口46。将会认识到，出口46不必为向下的排气口，而是可为引向侧面的排气口或向上引向的排气口。

除了因涡轮机蒸汽排气侧上的环形体中的蒸汽扩散而引起性能提高外，还存在其它的优点。例如，除去了现有常规蒸汽涡轮机中的排气罩，并且不再需要支承内壳体及相关的蒸汽通路零件，如排气罩上的隔板。由于不再使用排气罩来围起内壳体，故还实现了成本的降低。还完全除去了以前需要的蒸汽引导件。重要的是，涡轮机的内壳体和环形扩散器分别由涡轮机的底座直接支承。为了有助于此，在内壳体与环形扩散器40之间提供了柔性连接件44(图2)。柔性连接件可为许多不同的类型，如膨胀式波纹管，以容许有差别的热膨胀。此外，对于支承涡轮机轴承而言，不再需要以前所使用的排气罩。如图2中所示，轴承54支承在支柱56上，支柱56继而由涡轮机的底座直接支承。因此，支柱为轴承提供了刚性支承，结果在于改善了涡轮机的可靠性。环形扩散器40可由复合材料、钢板或管子、结构钢、纤维增强塑料或这些材料的任意组合形成，以获得所需的结构完整性，以及所期望的蒸汽流扩散特性。

本领域技术人员根据本发明优选实施例的上述说明，将会构思出改进方案、变化以及修改。本领域技术人员能力范围内的这些改进方案、变化和修改视作为由所附权利要求覆盖。此外，应当清楚的是，上文仅涉及本发明所描述的实施例，并且在本申请不脱离由所附权利要求及其等同方案所限定的精神和范围的情况下，可作出许多变化和修改。

Claims (10)

1.一种轴向流动式蒸汽涡轮机流动通路，包括：

转子(112)和壳体(116)，限定了轴向蒸汽流动通路；以及

环形扩散器(40)，用于使排出蒸汽扩散和使排出蒸汽从大致为轴向的流动方向转向至大致为横向或竖向和切向的方向。

2.根据权利要求1所述的流动通路，其特征在于，所述环形扩散器(40)包括扩散器，所述扩散器至少部分地结合环形体(41)或一段环形体(41)的形状。

3.根据权利要求1所述的流动通路，其特征在于，环形扩散器(40)包括：

圆锥形引导件(45)，其用作所述蒸汽在其流出最后的涡轮区段时的初始引导件；

环形区段(42)，其限定所述环形扩散器(40)的主室的上半部；以及

直线区段(43)，其限定所述扩散器的主室的下半部，以及提供通向出口(46)的流动通路。

4.根据权利要求3所述的流动通路，其特征在于，所述环形区段(42)包括大致一半的环形体形状。

5.根据权利要求3所述的流动通路，其特征在于，所述环形区段(42)在大致与所述转子(112)成水平的周向位置处接合所述直线区段(43)；

其中，形成所述环形区段(42)的所述环形体(41)的轴线由所述涡轮机的转子(112)构成；

其中，所述圆锥形引导件(45)的上游端通过柔性接头(44)联接到所述壳体(116)上；

其中，所述圆锥形引导件(45)包括用于流出所述涡轮机的末级的蒸汽的外部径向边界；以及

其中，所述圆锥形引导件(45)包括扩张的圆锥形形状，使得所述圆锥形引导件(45)的截面直径随着向下游距所述柔性接头(44)的距离的增大而增大。

6.根据权利要求3所述的流动通路，其特征在于：

所述圆锥形引导件(45)的下游端包括展开的唇部(47)；

所述圆锥形引导件(45)延伸到所述环形区段(42)和所述直线区段(43)中；以及

所述圆锥形引导件(45)延伸穿过所述环形区段(42)和所述直线区段(43)的轴向宽度的大致一半。

7.根据权利要求3所述的流动通路，其特征在于，用于移动穿过所述圆锥形引导件(45)的所述蒸汽的内边界包括围绕所述涡轮机的转子(112)设置的圆柱形转子板(49)，包括平滑的圆柱形状的所述圆柱形转子板(49)大致围起所述转子(112)，且从所述涡轮机的最后一级沿轴向延伸至所述环形扩散器(40)的下游壁。

8.根据权利要求1所述的流动通路，其特征在于，所述壳体(116)和所述环形扩散器(40)相对于彼此独立地安装在底座上。

9.根据权利要求1所述的流动通路，其特征在于，柔性连接件(44)连接所述壳体(116)和所述环形扩散器(40)；所述柔性连接件(44)包括构造成容许有差别的热膨胀的膨胀式波纹管。

10.根据权利要求1所述的流动通路，其特征在于，用于所述转子(112)的轴承(54)支承在一个或多个支柱(56)上，所述支柱(56)直接由所述涡轮机的底座支承。

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