CN103003526A

CN103003526A - 具有内部冷却装置的汽轮机

Info

Publication number: CN103003526A
Application number: CN2011800356379A
Authority: CN
Inventors: 马丁纳·霍尔德; 乌韦·赞德
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: WO2012022551A2; JP5543029B2; WO2012022551A3; EP2596213B1; EP2410128A1; CN103003526B; EP2596213A2; JP2013531181A

Abstract

本发明涉及一种用于汽轮机（1）的冷却装置，所述冷却装置在阀连接（40）的区域中设置有冷却通道（37），所述冷却通道被来自流动通道（9）的冷却蒸汽流过，并且紧接着作为冷却蒸汽被供给到推力平衡活塞（4）的区域中。

Description

具有内部冷却装置的汽轮机

技术领域

本发明涉及一种具有外壳体和内壳体的汽轮机，其中包括多个转子叶片的具有推力平衡活塞的转子以转动安装的方式设置在内壳体内部，其中内壳体具有围绕推力平衡活塞构造的内壳体端部区域。

背景技术

在本申请中，汽轮机理解为由呈蒸汽形式的工作介质穿流的任意涡轮机或子涡轮机。与此不同地，燃气轮机由作为工作介质的气体和/或空气穿流，然而该工作介质处于与汽轮机中的蒸汽相比完全不同的温度条件和压力条件下。与燃气轮机相反地，在汽轮机中，例如具有最高温度的流入子涡轮机的工作介质同时具有最高的压力。在燃气轮机中，在不从外部供给冷却介质的情况下也能够实现朝着流动通道打开的打开的冷却系统。对于汽轮机，应该设置有用于冷却介质的外部的供给。因此，本申请主题的评定已经不能够参考关于燃气轮机的背景技术。

汽轮机通常包括配备有叶片的可转动地安装的转子，所述转子设置在壳体或壳体罩之内。在流动通道的由壳体罩构成的内腔被加热的和处于压力下的蒸汽穿流时，转子经由叶片通过蒸汽处于旋转。转子的叶片也称为转子叶片。此外在内壳体上通常悬伸有静止的导向叶片，所述导向叶片沿着本体的轴向伸展嵌入转子叶片的间隙中。通常，导向叶片沿着汽轮机壳体的内侧保持在第一部位上。在此，所述导向叶片通常是导向叶片排的部分，所述导向叶片排包括一定数量的导向叶片，所述导向叶片沿着内周设置在汽轮机壳体的内侧上。在此，每个导向叶片的叶身径向指向内。在所述的第一部位上沿着轴向伸展的导向叶片排也称为导向叶片栅或导向叶片环。通常，一定数量的导向叶片排相继地连接。相应地，另外的第二叶片沿着汽轮机壳体的内侧保持在沿着轴向伸展在第一部位之后的第二部位上。导向叶片排和转子叶片排组成的对也称为叶片级。

这种汽轮机的壳体罩能够由一定数量的壳体部段构成。在汽轮机的壳体罩下尤其能够设置有汽轮机的或子涡轮机的静止的壳体部件，使得沿着汽轮机的纵向方向具有呈流动通道形式的内腔，所述内腔设置为，用于由呈蒸汽形式的工作介质穿流。根据汽轮机种类，所述壳体部件能够是不具有内壳体或导向叶片支座的内壳体和/或导向叶片支座。

出于效率原因，这种汽轮机的用于所谓的“高蒸汽参数”即用于尤其高蒸汽压力和/或高蒸汽温度的设计方案能够是值得期待的。然而，尤其由于材料技术上的原因不能将温度无限地提高。在此，为了在特别高的温度下也能够实现汽轮机的可靠的运行，因此冷却各个构件或组件能够是值得期待的。所述构件通常限制于其温度稳定性。在没有有效的冷却的情况下，当温度升高时，可能会需要明显更昂贵的材料（例如镍基合金）。

在尤其用于呈汽轮机壳体形式的或呈转子形式的汽轮机本体的至今已知的冷却方法中，主动冷却与被动冷却有所不同。在主动冷却中，通过单独供给汽轮机本体的，也就是说除了工作介质以外供给汽轮机本体的冷却介质造成冷却。相反地，被动冷却仅通过适当地引导或使用工作介质进行。至今为止，优选被动地冷却汽轮机本体。

为了在用化石燃料产生电流时得到更高的效率，需要在涡轮机中应用比至今为止通常更高的蒸汽参数，也就是说，更高的压力和温度。在高温汽轮机中，当将蒸汽用作工作介质时，温度部分地被设置为远高于500℃。

只要在此完全是主动冷却方法，用于汽轮机壳体的至今为止已知的冷却方法必要时设有单独的并且待冷却的涡轮机部件的有针对性的迎流，并且局限于工作介质的入流区域，必要时包括第一导向叶片环。这能够在常规的汽轮机以更高的蒸汽参数负载时造成作用到整个涡轮机上的提高的热负荷，通过壳体的上述常规冷却仅能不充分地降低所述热负荷。为了得到更高的效率原则上以更高的蒸汽参数工作的汽轮机需要尤其是壳体的和/或转子的改善的冷却，以便以足够的程度补偿汽轮机的更高的热负荷。在此，问题在于，在使用至今为止常规的涡轮机材料时，汽轮机体的由于升高的蒸汽参数而导致的增加的荷载能够造成汽轮机的不利的热负荷。因此，几乎不再可能制造这样的汽轮机。

对此重要的是，除了转子和包括螺钉的壳体，阀连接机构本身也被设计为是抗高温和抗高压的。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机，所述汽轮机本身在高温区域中能够特别有效地冷却。

所述目的通过具有外壳体和内壳体的汽轮机实现，其中包括多个转子叶片的具有推力平衡活塞的转子以转动安装的方式设置在内壳体的内部，其中内壳体具有围绕推力平衡活塞构造的内壳体端部区域，其中密封件将设置在内壳体端部区域和外壳体之间的第三压力腔相对于设置在内壳体和外壳体之间的第一压力腔进行密封。

有利的改进方案在从属权利要求中给出。

在一个有利的改进方案中，密封件构造为活塞环，这致使根据本发明的汽轮机能够迅速地和低成本地制造。

在另一有利的改进方案中，汽轮机包括将第三压力腔与设置在推力平衡活塞和内壳体之间的第四压力腔流体连接的连接机构。

在还一有利的改进方案中，汽轮机包括用于将蒸汽供给到流动通道中的阀，其中冷却通道构造在所述阀中，所述冷却通道与第一压力腔流体连接。有利地，冷却通道与第三压力腔流体连接。

本发明基于的思想是，构件的内在冷却是可行的，其中能够实现在不同压力水平上的流动。这样，在第一压力腔中的压力大于在第三压力腔中的压力。因此，对设置成使得冷却通道对温度负荷的构件进行绕流的冷却通道用更冷的蒸汽进行强制性绕流。因此，能够明显地提高用于阀连接机构的组件的冷却效果。

有利地，冷却通道设置在阀扩散器和外壳体之间。

附图说明

借助于实施例详细阐述本发明。具有相同附图标记的构件具有基本上相同的作用原理。附图示出：

图1示出根据本发明的汽轮机的横截面视图；

图2示出根据本发明的汽轮机的入流部的剖面的横截面视图。

具体实施方式

在图1中示出横贯汽轮机1的横截面。汽轮机1具有外壳体2和内壳体3。内壳体3和外壳体2具有新鲜蒸汽供给通道，所述新鲜蒸汽供给通道在图2中详细描述。内壳体3的内部以转动安装的方式设置有具有推力平衡活塞4的转子5。通常，转子围绕旋转轴线6旋转对称地构造。转子5包括多个转子叶片7。内壳体3具有多个导向叶片8。在内壳体3和转子5之间构造有流动通道9。流动通道9包括多个分别由一排转子叶片7和一排导向叶片8构成的叶片级。

经由新鲜蒸汽供给通道，新鲜蒸汽流入入流口10中，并且从那里出来沿流动方向11流过流动通道9，所述流动方向基本上平行于旋转轴线6延伸。在此，新鲜蒸汽膨胀并且冷却。在此，热能转换为转动能。转子5处于转动运动，并且例如能够驱动用于产生电能的发电机。

根据导向叶片8和转子叶片7的叶片组类型，产生转子5的沿流动方向11的或大或小的推力。通常，推力平衡活塞4构造为，使得形成推力平衡活塞前腔12。通过将蒸汽供给推力平衡活塞前腔12中而产生反作用于叶片路径的推力13的反作用力。

在运行时，蒸汽流入入流口10中。新鲜蒸汽供给象征性地用箭头13a示出。在此，新鲜蒸汽通常具有例如直至625℃的温度值和直至350bar的压力。新鲜蒸汽沿流动方向11流过流动通道9。在叶片级下游，蒸汽经由包括回流通道14、第一压力腔15和供给通道16的连接机构流入推力平衡活塞前腔12中。

尤其地，蒸汽经由回流通道14流入内壳体3和外壳体2之间的第一压力腔15中，所述回流通道构造为在内壳体3和外壳体2之间的第一压力腔15和在叶片级下游的流动通道9之间的连通的管道。在所述第一压力腔15中，存在有为p₁的压力。现在，存在于内壳体3和外壳体2之间的第一压力腔15中的蒸汽具有更小的温度值和压力值。所述蒸汽流过供给通道16，所述供给通道构造为在第一压力腔16和推力平衡活塞前腔12之间的连通的管道。

推力平衡活塞前腔12在轴向方向17上设置在推力平衡活塞4和内壳体3之间。推力平衡活塞前腔12也能够称为第四压力腔。在所述第四压力腔中存在压力p₄。

流入入流口10中的新鲜蒸汽绝大部分沿流动方向11流过流动通道9。较小的部分作为泄漏蒸汽流入泄漏密封腔18中。在此，泄漏蒸汽基本上沿反方向19流动。在此，反方向19反向于流动方向11定向。泄漏蒸汽经由交叉回流通道20流入流动通道9中，所述交叉回流通道作为构造在转子5和壳体3之间的密封腔18和设置在叶片级下游的供给腔26之间的连通的管道。在此，交叉回流通道20构造成，从密封腔18到第一压力腔15基本上是垂直于流动方向11，在转向部21下游基本上平行于流动方向11，并且在第二转向部22下游基本上垂直于流动方向11。

在替选的实施形式中，内壳体3和外壳体2能够构造有未详细示出的过载导入部23。外部的蒸汽流到过载导入部23中。

在优选实施例中，在回流叶片级24下游，回流通道14与流动通道9连接，并且在交叉回流叶片级25下游，交叉回流通道20与流动通道9连接。在此，交叉回流叶片级25在流动通道9的流动方向11上根据蒸汽的膨胀设置在回流叶片级24的下游。

在尤其优选的实施例中，回流叶片级24是第四叶片级，并且交叉回流叶片级25是第五叶片级。

在内壳体3和外壳体3之间，在推力平衡活塞4的区域中设置有密封件27。所述密封件27构造为活塞环，并且设置在内壳体3中的凹槽28中。由此，密封环27将第一压力腔15与第三压力腔29分离。在第三压力腔29中存在压力p₃。第三压力腔29通过另一密封件30限界。所述另一密封件30设置在内壳体3和外壳体2之间，并且将第三压力腔29与第四压力腔31分离，在所述第四压力腔中存在压力p₄。

第三压力腔29经由连接机构32与第四压力腔31连接，所述第四压力腔也能够称为密封腔。所述连接机构32是流体连接机构，并且能够实现使处于第三压力腔29中的蒸汽能够流到第四压力腔31中。第四压力腔31通到推力平衡活塞4的推力平衡活塞表面34上的内壳体端部区域33中。

图2以流入部35的剖面示出汽轮机1的横截面。流入部35包括阀扩散器36。在阀扩散器36后方，新鲜蒸汽流到入流口10中，并且如对于图1所说明地，从那里流过流动通道9。在第一压力腔15中流入的蒸汽能够部分地流到构造在阀扩散器36和外壳体2之间的环形冷却通道37中。在换向点38，蒸汽经由在外壳体2中的另一冷却通道39流到第三压力腔29。蒸汽从第三压力腔29经由连接机构32流到第四压力腔31中。因为压力p₁>p₃>p₄，由此产生有利地冷却阀连接40的强制性流动。因此，在不使用外部的冷却蒸汽的情况下能够实现阀连接40的有效冷却。在此，阀扩散器36被密封地设置到内壳体3上。

在转子5和内壳体3之间，在推力平衡活塞4的区域中，尤其在泄漏密封腔18和第二泄漏密封腔41中，通常设置有非接触式的密封元件，例如密封带，所述密封带实现了压力下降和压力腔分离。

Claims

1.具有外壳体（2）和内壳体（3）的汽轮机（1），

其中包括多个转子叶片（7）的、具有推力平衡活塞（4）的转子（5）以转动安装的方式设置在所述内壳体（3）之内，

其中所述内壳体（3）具有围绕所述推力平衡活塞（4）构造的内壳体端部区域（33），

其特征在于，所述汽轮机具有密封件（27），所述密封件将设置在所述内壳体端部区域（33）和所述外壳体（2）之间的第三压力腔（29）密封。

2.根据权利要求1所述的汽轮机（1），

其中所述密封件（27）构造为活塞环。

3.根据权利要求1或2所述的汽轮机（1），

所述汽轮机具有连接机构（32），所述连接机构将所述第三压力腔（29）与设置在所述推力平衡活塞（4）和所述内壳体（3）之间的第四压力腔流体连接。

4.根据前述权利要求之一所述的汽轮机（1），

其中在所述内壳体（3）和所述转子（5）之间构造有具有多个叶片级的流动通道（9），

其中所述内壳体（3）具有回流通道（14），所述回流通道构造为在所述第一压力腔（15）和叶片级下游的所述流动通道（9）之间的连通的管路。

5.根据权利要求4所述的汽轮机（1），

其中所述内壳体（3）具有供给通道（16），所述供给通道将所述第一压力腔（15）与推力平衡活塞前腔（12）连接，所述推力平衡活塞前腔设置在所述推力平衡活塞（4）和所述内壳体（3）之间。

6.根据前述权利要求之一所述的汽轮机（1），

所述汽轮机具有用于将蒸汽供给到所述流动通道（9）中的阀，

其中环形冷却通道（37）构造在所述阀中，所述环形冷却通道与所述第一压力腔（15）流体连接。

7.根据权利要求6所述的汽轮机（1），

其中所述环形冷却通道（37）与所述第三压力腔（29）流体连接。

8.根据权利要求6或7所述的汽轮机（1），

其中所述阀包括阀扩散器（36），并且所述环形冷却通道（37）设置在所述阀扩散器（36）和所述外壳体（2）之间。

9.根据权利要求6或7所述的汽轮机（1），

其中在所述外壳体（2）中设置有另外的冷却通道（39）。