CN102803661B - 三壳结构类型的汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机，其包括转子（5）以及内部的内壳体（3）、外部的内壳体（4）和外壳体（2），其中涡轮机具有第一流（18）和相反于第一流（18）设置的第二流（19），用于高压加载或者中压加载，其中内部的内壳体（3）与外部的内壳体（4）相比由品质更高的材料制成，并且仅容纳高压入流区域（7）和中压入流区域（11），包括平衡活塞（20）。

Description

三壳结构类型的汽轮机

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，所述涡轮机包括可围绕转动轴线转动地安装的转子、围绕转子设置的内部的内壳体和外部的内壳体，其中围绕内部的内壳体和外部的内壳体设置有外壳体，其中涡轮机具有构成为用于高压蒸汽的第一流和构成为用于中压蒸汽的第二流，其中第二流相反于第一流定向。

背景技术

涡轮机例如理解为汽轮机。汽轮机通常具有可转动地安装的转子和围绕转子设置的壳体。在转子和内壳体之间构造有流道。在汽轮机中的壳体必须满足多种功能。首先，在流道中的导向叶片设置在壳体处，并且其次，内壳体必须对于全部负载情况和特殊的运行情况经受住流体介质的压力和温度。在汽轮机中，流体介质为蒸汽。此外，壳体必须构造成，使得还称作引流的导入和导出是可能的。壳体所必须满足的另一功能为轴端部能够通过壳体穿引的可能性。

在运行中出现高的应力、压力和温度时，需要适当地选择材料以及将构造选择成，使得实现机械的完整性和功能性。为此需要尤其在入流区域和第一导向叶片槽中使用高质量的材料。

镍基合金适合应用在高于650℃，例如700℃的新蒸汽温度中，因为所述镍基合金经受住在高温度中所出现的负荷。当然，这种镍基合金的应用与新的要求联系在一起。因此，镍基合金的成本相对高并且此外镍基合金的可加工性例如由于受限制的浇铸可能性而受到限制。这导致，必须最小化镍基材料的应用。此外，镍基材料为差的热导体。由此，温度梯度在壁厚度上是恒定的，使得热应力相对高。此外应考虑的是，在使用镍基材料的情况下，在涡轮机的入口和出口之间的温度差会变大。

如今，遵循不同的概念来提供适合于高温和高压的汽轮机。因此已知的是，根据文献Y.Tanaka等的“Advanced Design of MitsubishiLarge Steam Turbines(三菱大型汽轮机的先进设计)”，三菱重工，Power Gen Europe(欧洲电力展)，2003，杜塞尔多夫，2003年5月6日-8日，将包括多个部件所围成的内壳体结构加入到外壳体结构中。同样已知根据DE 10 2006 027 237 A1的由两个部件构成的内壳体。在DE342 1067中以及在DE 103 53 451 A1中同样公开了一种多组件的内壳体结构。

在涡轮机的尤其有利的实施形式中，将高压部件和中压部件安置在外壳体中。高压部件用新蒸汽加载，所述新蒸汽通常具有如温度和压力的最高的蒸汽参数，并且直接从蒸汽发生器流向高压部件涡轮。来自高压部件的、在膨胀之后流出的蒸汽又从汽轮机中引导出并且引导到锅炉的中间再热器单元，以便在那里再次加热到能够相当于新蒸汽温度的更高的温度。接下来，将所述中间再热的蒸汽在涡轮机中再导入到中压部件中，并且接下来流动通过中压叶片组。在此，高压部件和中压部件具有相反设置的流动方向。这种实施形式称作逆流式涡轮机。但是还已知以所谓的单流式结构方式制造的涡轮机。在这种结构方式中，高压部件和中压部件彼此相继地设置并且以相同的流动方向通流。

发明内容

本发明的目的为，提供构造涡轮机的其他可行方案。

该目的通过本发明来实现。在下文中说明有利的改进形式。本发明提出一种涡轮机，所述涡轮机包括：能够围绕旋转轴线转动地支承的转子，其中所述涡轮机具有构成为用于高压蒸汽的第一流和构成为用于中压蒸汽的第二流，其中所述第二流相反于所述第一流定向，其中所述第一流具有高压入流区域并且所述第二流具有中压入流区域，其中，所述涡轮机包括围绕所述转子设置的内部的内壳体和外部的内壳体，其中围绕所述内部的内壳体和所述外部的内壳体设置外壳体，并且所述内部的内壳体围绕所述高压入流区域和所述中压入流区域设置，其中在所述内部的内壳体和所述外部的内壳体之间构造有冷却蒸汽腔并且设有用于使冷却蒸汽流入到所述冷却蒸汽腔中的冷却蒸汽流动管道，其中冷却蒸汽流动管道流体地与所述第二流连接，其中所述第一流具有高压出流区域并且所述第二流具有中压出流区域，其中所述外部的内壳体从所述高压出流区域延伸至所述中压出流区域。

本发明的基本思想为，构成一种三壳式的汽轮机。在这种情况下，内壳体构造成内部的内壳体和外部的内壳体。内部的内壳体设置在入流区域的区域中并且因此必须经受住高温和高压。因此，内部的内壳体由适当的材料制成，例如由镍基合金或者由如铬的重量百分比为9-10％的钢的品质较高的材料制成。在内部的内壳体和转子之间构成有流道。因此，内部的内壳体具有例如槽的装置，以便在其中承载导向叶片。外部的内壳体围绕该内壳体设置。在这种情况下重要的是，在内部的内壳体和外部的内壳体之间形成用冷却介质加载的冷却蒸汽腔。在此，外部的内壳体构成为，使得在流动方向上观察，外部的内壳体邻接于内部的内壳体并且为流道的界限，其中在外部的内壳体中也设有例如槽的装置，以便能够承载导向叶片。

通过将蒸汽导入到冷却蒸汽腔中，用具有更低温度和更低压力的蒸汽来加载外部的内壳体，使得外部的内壳体的材料与内部的内壳体的材料相比必须耐热性较低。尤其足够的是，由品质较低的材料构成外部的内壳体。外壳体围绕内部的内壳体和外部的内壳体设置。

涡轮机具有第一流，所述第一流用高压蒸汽加载并且在第一流动方向中流动。此外，涡轮机具有第二流，所述第二流用中压蒸汽加载并且在第二流动方向中流动。第二流动方向相反于第一流动方向，使得所述涡轮机以所谓的逆流式结构方式构成。高压入流区域和中压入流区域由内部的内壳体包围或者构成。内部的内壳体由品质较高的材料制成并且仅容纳高压入流部和中压入流部，包括平衡活塞以及直到由于温度原因和强度原因而绝对必要的级的导向叶片槽。由此，内部的内壳体能够保持紧凑地、节约空间地制成，并且此外具有更低的重量。

设有冷却蒸汽流动管道，以便使冷却蒸汽流向冷却蒸汽腔中。冷却蒸汽流动管道流体地与第二流连接。这意味着，中压蒸汽主要流入到冷却蒸汽腔中，所述冷却蒸汽腔具有理想蒸汽参数，以便适当地冷却内部的内壳体。

第一流具有高压出流区域，并且第二流具有中压出流区域，其中外部的内壳体从高压出流区域延伸至中压出流区域。因此，外部的内壳体接近在转子的整个叶片组区域上延伸，其中外部的内壳体具有用于承载导向叶片的装置。当然，不是整个流动区域构造有在外部的内壳体中的导向叶片。在内部的内壳体的区域中，在外部的内壳体中不设有导向叶片。在该区域中，内部的内壳体由外部的内壳体罩上。在这种情况下，外部的内壳体由上部件和下部件构成。上部件和下部件再由单件构成并且在第一和第二流上延伸。

在有利的改进形式中，外部的内壳体沿着第一流和第二流构成。

在有利的改进形式中，在内部的内壳体和外部的内壳体之间构成冷却蒸汽腔。在工作中位于内部的内壳体和外部的内壳体之间的冷却蒸汽同时是相对于外部的内壳体的隔离物，所述外部的内壳体包围冷却蒸汽腔和内部的内壳体，并且在冷却蒸汽抽取口之后构成扩张路径。外部的内壳体与所述冷却蒸汽处于接触中并且因此能够与内部的内壳体相比由品质较差的材料制成或者构成。此外，仅通过在冷却蒸汽腔中的蒸汽的蒸汽状态和中压废汽的蒸汽状态之间的差来影响在外部的内壳体中的一次应力和二次应力。一次应力为机械应力，所述机械应力由于外部的负载例如通过蒸汽压力、重力或诸如此类形成。二次应力例如可理解为热应力和由于未平衡的温度场或者热膨胀的阻碍(热约束)而形成的机械应力。

此外，涡轮机在冷却蒸汽腔中构造有排水管道，所述排水管道在静止状态或者启动过程中导出积累的冷凝水，或者在引流失灵的情况下确保足够的余气通流，其中所述引流示例地能够通过经由接管从冷却空间中抽取蒸汽来实现。

在有利的改进形式中，冷却蒸汽腔构造有用于使冷却蒸汽从冷却蒸汽腔中流出的冷却蒸汽出流管道。通过在工作中冷却蒸汽从冷却蒸汽腔中持续地流出而获得非常好的冷却，由此在涡轮机中的材料负荷(尤其一次应力和二次应力)变得更低。

在有利的改进形式中，高压出流区域与中间再热器管道连接。由此，高压蒸汽能够导引至中间再热器并且从低温加热到高温。

在这种情况下，内部的内壳体与外部的内壳体相比由品质较高的材料构成。在第一实施形式中，内部的内壳体由重量百分比为9-10％的高铬材料构成。在第二有利的改进形式中，内壳体由镍基材料构成。外部的内壳体由铬的重量百分比为1-2％的材料构成。

附图说明

下面，根据参考附图描述本发明的实施例。所述附图不应按照比例地示出实施例，而是以示意的和/或稍微失真的形式做出参考附图。在此，在可从附图中直接地识别的教导的补充方面参考相关的现有技术。

附图中详细地示出：

图1示出双流式汽轮机的剖面图。

具体实施方式

在图1中示出的汽轮机1为涡轮机的一种实施形式。汽轮机1包括外壳体2、内部的内壳体3、外部的内壳体4以及可转动地支承的转子5。转子5围绕旋转轴线6可转动地支承。外壳体2由上部件和下部件构成，其中在附图平面中示出在旋转轴线6之上的上部件和在旋转轴线6之下的下部件。内部的内壳体3和外部的内壳体4同样具有上部件和下部件，所述上部件和所述下部件如在外壳体2中所构成的那样设置在旋转轴线6之上和之下。因此，内部的内壳体3、外部的内壳体4和外壳体2分别具有水平的接合面。

在运行中，高压蒸汽流到高压入流区域7中。接下来，高压蒸汽沿着第一流动方向9流动通过没有详细示出的叶片组8，所述叶片组包括导向叶片和动叶片。在这种情况下，动叶片设置在转子5上并且导向叶片设置在内部的内壳体3和外部的内壳体4处。由此，降低高压蒸汽的温度和压力。接下来，高压蒸汽从涡轮机的高压出流区域10流到没有详细示出的中间再热器单元。此外没有示出是，在高压出流区域10和中间再热器单元之间的流体的连接。

当高压蒸汽在中间再热后再次加热到高温之后，所述蒸汽作为中压蒸汽经由中压入流区域11沿着第二流动方向12来沿着中压叶片组13流动。中压叶片组13具有没有详细示出的导向叶片和动叶片。在这种情况下，动叶片设置在转子5上并且导向叶片设置在内部的内壳体3和外部的内壳体4处。接下来，流动通过中压叶片组13的中压蒸汽从中压出流区域14中从外部的内壳体4中流出，并且接下来经由排气接管15从涡轮机1中流出。内部的内壳体3和外部的内壳体4围绕转子5设置。外壳体2围绕内部的内壳体3和外部的内壳体4设置。内部的内壳体3构成在高压入流区域7和中压入流区域11的区域中。因为蒸汽的温度在高压入流区域7和在中压入流区域11中最高，所以内部的内壳体3由品质较高的材料制成。在第一实施形式中，内部的内壳体3由镍基合金构成。在第二实施形式中，内部的内壳体3由铬的重量百分比为9-10％的品质较高的材料制成。外部的内壳体4能够由品质较低的材料制成。在一个实施形式中，内部的外壳体由铬的重量百分比为1-2％的钢制成。

外部的内壳体4沿着转动轴线6至少从高压出流区域10延伸至中压出流区域14。这意味着，内部的内壳体3在外部的内壳体4之内设置在高压入流区域7和中压入流区域11的区域中。在内部的内壳体3和外部的内壳体4之间构成有冷却蒸汽腔16。所述冷却蒸汽腔16构成有用于使冷却蒸汽流入的冷却蒸汽流动管道。在合适的部位从中压叶片组13中提取冷却蒸汽16，并且例如能够在内部的内壳体3和外部的内壳体4之间的间隙17处提取冷却蒸汽16。在此，冷却蒸汽腔16必须相对于叶片组8密封。冷却蒸汽能够选择性地通过间隙17由中压叶片组13供应，或者通过第二间隙22由叶片组8供应。相应另外的侧必须通过适当的第一密封件23或第二密封件24来封闭。

外部的内壳体4沿着第一流18和第二流19构成。冷却蒸汽流动管道在附图中没有详细示出。外部的内壳体4具有用于使冷却蒸汽从冷却蒸汽腔16中流出的冷却蒸汽出流管道。换而言之，内部的内壳体3容纳高压入流区域7和中压入流区域11，包括平衡活塞20和直到出于温度和强度原因绝对必要的级为止的、没有详细示出的导向叶片槽。由此，内部的内壳体3相对小并且因此是节约成本的并且由于小的吨位而造成潜在供货商范围的扩大。

从冷却蒸汽腔16再次流出的冷却蒸汽导致良好的冷却效果。所述流出的冷却蒸汽例如能够穿过外部的内壳体4引导到废汽空间21中，或者例如通过引流导出。内部的内壳体3和外部的内壳体4借助于密封件彼此密封。在冷却蒸汽腔16中是没有详细示出的排水管道，所述排水管道在汽轮机1的静止状态或者启动过程中导出积累的冷凝水或者在引流失灵时确保足够的余气通流。

内部的内壳体3、外部的内壳体4和外壳体2承压地构成。

Claims (8)

1.涡轮机，所述涡轮机包括：能够围绕旋转轴线(6)转动地支承的转子(5)，其中所述涡轮机具有构成为用于高压蒸汽的第一流(18)和构成为用于中压蒸汽的第二流(19)，其中所述第二流(19)相反于所述第一流(18)定向，其中所述第一流(18)具有高压入流区域(7)并且所述第二流(19)具有中压入流区域(11)，

其特征在于，所述涡轮机包括围绕所述转子(5)设置的内部的内壳体(3)和外部的内壳体(4)，其中围绕所述内部的内壳体(3)和所述外部的内壳体(4)设置外壳体(2)，并且所述内部的内壳体(3)围绕所述高压入流区域(7)和所述中压入流区域(11)设置，其中在所述内部的内壳体(3)和所述外部的内壳体(4)之间构造有冷却蒸汽腔(16)并且设有用于使冷却蒸汽流入到所述冷却蒸汽腔(16)中的冷却蒸汽流动管道，其中冷却蒸汽流动管道流体地与所述第二流(19)连接，其中所述第一流(18)具有高压出流区域(10)并且所述第二流(19)具有中压出流区域(14)，其中所述外部的内壳体(4)从所述高压出流区域(10)延伸至所述中压出流区域(14)。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述外部的内壳体(4)沿着所述第一流(18)和所述第二流(19)构成。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其中所述冷却蒸汽腔(16)构造有用于使冷却蒸汽从所述冷却蒸汽腔(16)中流出的冷却蒸汽出流管道。

4.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其中所述高压出流区域(10)能够与中间再热器管道连接。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中所述内部的内壳体(3)与所述外部的内壳体(4)相比由品质更高的材料制成。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述内部的内壳体(3)由铬的重量百分比为9-10％的高铬材料制成。

7.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述内部的内壳体(3)由镍基材料制成。

8.根据权利要求5、6或7所述的涡轮机，其中所述外部的内壳体(4)由铬的重量百分比为1-2％的材料制成。