CN102418565A - 低压蒸汽涡轮机以及操作所述低压蒸汽涡轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级低压蒸汽涡轮机(10)和一种用于操作所述多极低压蒸汽涡轮机(10)的方法。所述蒸汽涡轮机(10)包括末级(18)，其中，所述末级(18)的每个静叶片(14)的前缘(20)偏斜成使得形成横贯所述静叶片(14)的跨距(36)的W形K值分布。这个形状能够使末级(18)在低的末级离开速度下有效操作。本发明还包括一种用于在125m/s和150m/s之间的末级离开速度下操作这种蒸汽涡轮机(10)的方法。

Description

低压蒸汽涡轮机以及操作所述低压蒸汽涡轮机的方法
技术领域
本公开涉及低压蒸汽涡轮机，所述低压蒸汽涡轮机适用于通过末级结构克服排气损失的问题。
背景技术
在低压蒸汽涡轮机领域中一直存在的期望是减少排气损失，以便增加涡轮机的净效率。实现这个期望的一个方法是增加涡轮机末级的效率。
如http://www.powermag.com/issues/cover_stories/The-long-and-short-of-last-stag  e-blades_483_p3.html(2010年7月14日)中所述，已经公知在上述末级离开速度大约是190m/s(600ft/sec)时，在低压蒸汽涡轮机中的排气损失以与速度成平方的关系增加。虽然从离开速度减小中似乎能获得总的收益，但是，当减小到大约170m/s(550ft/sec)时，例如由于在叶根处的反向涡流的影响的增加，净效率可能降低。这个结论还由例如K.Kavney等“Steamturbine 34.5 Inch Low-Pressure Section Upgrades”GE Energy GER-4269(08/06)在第7页总结到，当排气速度为大约600ft/s(190m/s)时，排气损失处于其最小值。
如EP 1260674(A1)中所述，涡轮机级可以根据叶根反动度而分为推进或反动级。在本文上下文中，叶根反动度定义为穿过正在移动的动叶片的热降与穿过涡轮机级的总热降(焓值的变化)的比率。推动动叶片级例如通常具有在0到10％之间的叶根反动度，而对于反动动叶片级，叶根反动度上升到50％。通常，具有10％和50％之间的叶根度的级分类为低反动类型级。实现特殊叶根反动度的方法是变化且公知，并且能够例如通过改变动叶片倾斜或反曲实现。
根据级的结构，叶根反动度可以影响整体动叶片效率。例如，美国申请No.20040071544描述了一种推进类型的级，其通过应用反动度而具有改善的效率。
发明内容
本发明提供一种低压蒸汽涡轮机末级，其能够克服由于低末级离开速度所引起的反向涡流而产生的损失问题。
本公开试图利用独立权利要求的主题克服这个问题。有利实施例在从属权利要求中给出。
本公开基于这样的总构思，即提供具有末级静叶片的低压蒸汽涡轮机，所述末级静叶片的前缘偏斜成使得在横贯每个静叶片的跨距上形成W形K值分布。这种构造提供适于在低离开速度时有效操作末级的装置。
一方面，所述末级可以通过静叶片14和动叶片12的参数组合构造成低反动级，所述参数包括切向倾斜角30、子午线断面中动叶片后缘的偏斜角32，以及静叶片间距26。反动度构造在推进类型的动叶片和高根反动(即＞50％)之间，提供在低离开速度操作时进一步延迟效率崩溃的装置。
在另外方面，本发明提供在125m/s和150m/s之间的低离开速度操作的方法。这通过如下方法实现，即调整通过具有外形离开环形区域面积的蒸汽涡轮机的蒸汽速率，所述外形离开环形区域具有在横贯每个静叶片的跨距上形成W形K值分布并且优选在15-50％之间的末级根部反动度的偏斜的静叶片前缘。
其他方面还包括具有直的后缘的静叶片。
结合附图，根据下面的描述，利用实例例示本发明的示例性实施例，本公开的其他方面和优点将变得明显。
附图说明
下面结合附图，作为实例，更全面地描述本公开的实施例，其中：
图1是低压蒸汽涡轮机的部分的截面图；
图2a和2b显示图1的蒸汽涡轮机的示例性末级静叶片的透视图；
图3显示图2中蒸汽涡轮机的示例性静叶片排的两个末级静叶片的俯视图；以及
图4是显示横贯示例性静叶片的跨距的K值分布的曲线。
具体实施方式
现在参照附图描述本公开的示例性实施例，其中，同样的附图标记在全文中用于表示同样的元件。在下面描述中，为了解释目的，阐明了许多具体细节以便透彻理解本公开。然而，本公开可以在没有这些具体细节的条件下进行实施，并且不限制于这里所公开的示例性实施例。
图1显示示例性低压多级涡轮的蒸汽涡轮机10。低压蒸汽涡轮机10的每个级16包括多个静止的静叶片14和多个动叶片12，其中，所述多个静止的静叶片14沿周缘分布在内机壳15上以便形成静叶片排；所述多个动叶片12沿周缘安装并且分布在旋转的转子17上。离开低压蒸汽涡轮机10的末级18的蒸汽压力将蒸汽涡轮机定义为低压蒸汽涡轮机10。通常，在稳定状态条件下，低压蒸汽涡轮机10的末级18离开压力的范围为从大气压到低真空。
紧接着末级18的下游，内机壳15形成环带(未示出)。环带的面积连同离开末级18的蒸汽的体积流速定义蒸汽涡轮机10的离开速度。
如图2a和2b所示，每个静叶片14包括具有前缘20和跨距36的叶翼(airfoil)31，跨距36定义为叶翼31的基部38和尖端34之间的径向延展。如图3所示，从其中一个静叶片14的后缘22到相邻静叶片14的面的邻近静叶片14之间的距离定义为喉部24，同时两个邻近静叶片14的前缘20之间的距离定义为间距26。喉部与间距的比率进一步定义为K值。
在示例性实施例中，每个静叶片14的前缘20偏斜以便形成如图2b和图4所示的横贯静叶片14的跨距36的W形K值分布。
在示例性实施例中，偏斜静叶片14构造成在操作中具有根部反动度，优选在15％和50％之间，并且更优选地在35％和45％之间。如图2a所示，在示例性实施例的静叶片14中，后缘22在子午线断面中具有偏斜角32，和如图2b所示，切向倾斜角30。示例性实施例的根部反动度由包括切向倾斜角30、在子午线断面中的后缘偏斜角32和静叶片间距26的静叶片14和动叶片12的参数组合进行定义。
在示例性实施例中，切向倾斜角30优选为16度和25度之间，非常优选地为约19度。
在示例性实施例中，偏斜角32优选为3度和13度之间，非常优选地为约8度。
在示例性实施例中，如图2b所示，每个静叶片14还包括横贯跨距36的逐渐变小的轴向宽度。
在示例性实施例中，每个静叶片14还包括直的后缘22。
另一个示例性实施例涉及用于操作任何前述蒸汽涡轮机10的蒸汽涡轮机10的方法。所述方法包括构造末级18的离开区域的面积以在125m/s和150m/s之间的离开速度操作，并且调整通过蒸汽涡轮机10的供应流速，使得离开速度在125m/s和150m/s之间。
本领域技术人员应当理解的是，本发明能够实施成其他具体实施例。因此，这里所公开的实施例在各个方面应认为是例示性的，而非限制性的。本发明的保护范围由所附权利要求书表示，而非前面的描述，落入所述意义和范围的所有改变及其等同都意图包括在内。
附图标记列表
10低压蒸汽涡轮机
12动叶片
14静叶片
15内机壳
16级
17转子
18末级
20前缘
22后缘
24喉部
26间距
30切向倾斜角
31叶翼
32子午线断面中的偏斜角
34尖端
36跨距
38基部

Claims (11)

1.一种多级低压蒸汽涡轮机(10)，包括末级(18)，所述末级(18)具有：
多个静止的静叶片(14)，所述多个静止的静叶片(14)在周缘上分布以形成静叶片排，其中，每个静叶片具有叶翼(31)，叶翼(31)具有从叶翼(31)的基部(38)径向延展到尖端(34)的跨距(36)；
多个动叶片(12)，所述多个动叶片(12)沿圆周安装和分布在所述蒸汽涡轮机(10)的旋转转子(17)上；以及
K比率，所述K比率定义为静叶片喉部(24)与间距(26)的比率，
其特征在于，
每个所述静叶片包括前缘(20)，所述前缘(20)偏斜成使得形成横贯所述静叶片(14)的跨距(36)的W形的K值分布。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
所述末级(18)构造成在操作中具有在15％和50％之间的根部反动度。
3.根据权利要求3所述的蒸汽轮机(10)，其特征在于，
所述根部反动度在35％和45％之间。
4.根据权利要求2或3中的任意一项所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
每个静叶片(14)的所述叶翼(31)包括：
切向倾斜角(30)；以及
在所述子午线断面中的后缘偏斜角(32)，以及
其中，所述根部反动度由包括所述倾斜角(30)、偏斜角(32)和静叶片间距(26)的参数组合进行定义。
5.根据权利要求4所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
所述切向倾斜角(30)在16度和25度之间。
6.根据权利要求5所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
所述切向倾斜角(30)为19度。
7.根据权利要求2至4中的任意一项所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
所述偏斜角(32)在3度和13度之间。
8.根据权利要求7所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
所述偏斜角(32)为8度。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
每个静叶片(14)还包括横贯所述跨距(36)的逐渐变小的轴向宽度。
10.根据权利要求9所述的蒸汽涡轮机(10)，其特征在于，
每个静叶片(14)还包括直的后缘(22)。
11.一种用于操作蒸汽涡轮机(10)的方法，包括：
提供权利要求1至10中的任意一项所述的蒸汽涡轮机(10)；
构造所述末级(18)的离开区域的面积，以在125m/s和150m/s之间的离开速度操作；以及
调整所述蒸汽涡轮机(10)的供应流速，使得所述离开速度在125m/s和150m/s之间。
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