CN103052768A - 蒸汽轮机以及用于冷却这种蒸汽轮机的方法 - Google Patents

蒸汽轮机以及用于冷却这种蒸汽轮机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种蒸汽轮机（1），所述蒸汽轮机具有：定子（2），所述定子包括内壳体（21）和外壳体（22）；转子（3）；在定子（2）和转子（3）之间构成的流动通道（4），在所述流动通道中交替地设置有转子（3）的转子叶片排（33）和定子（2）的导向叶片排（23）；新鲜蒸汽输送部（5），用于将新鲜蒸汽输送到流动通道（4）的流入区域（41）中，使得新鲜蒸汽能够在流动通道（4）中绕流转子叶片（33）和导向叶片（21）；和冷却蒸汽输送部（6），用于将冷却蒸汽输送到定子（3）的高热负荷的区域（34）中，其中在流动通道（4）和冷却蒸汽输送部（6）之间设有压力平衡横向连接部（7）。由此，根据本发明能够将来自流动通道（4）的新鲜蒸汽的一部分输送给冷却蒸汽。

Description

蒸汽轮机以及用于冷却这种蒸汽轮机的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的蒸汽轮机以及一种根据权利要求6所述的用于冷却这种蒸汽轮机的相应的方法。
背景技术
能够用具有几百度温度的新鲜蒸汽作为工作介质来驱动蒸汽轮机。为此，新鲜蒸汽流入到在转子和定子之间构成的流动通道中，使得所述新鲜蒸汽绕流伸入到所述通道中的、定子的导向叶片和转子的转子叶片。由此，新鲜蒸汽膨胀到低压并且冷却。在此释放的热能转化成转子的转动能，所述转动能能够用于驱动与转子耦联的发电机或做功机械。
蒸汽轮机的高功率相应地造成新鲜蒸汽的高的工作温度，进而造成蒸汽轮机的各个部件的热负荷增加。但是，必须充分地冷却尤其受到热负荷的这些部件，以便确保蒸汽轮机的可靠运行。
为此，从EP2067933中已知一种装置，其中除新鲜蒸汽之外，附加地将冷却蒸汽从外部输送给蒸汽轮机。因此，经由通向涡轮机的定子的外壳体的相应的输入管道、外壳体冷却孔、在定子的外壳体和内壳体之间的流动腔、内壳体冷却孔，将冷却蒸汽引入到蒸汽轮机的尤其受到热负荷的区域中，在此引入到转子的推力平衡活塞中，使得目的明确地冷却所述推力平衡活塞。附加的密封元件将所述冷却蒸汽腔与邻接的新鲜蒸汽腔隔开。在此，所述密封元件一方面必须是尽可能密封的，以便即便在如出现负荷变换时的蒸汽状态变化时，仍阻止冷却蒸汽回流到新鲜蒸汽腔中。但是，另一方面，密封元件必须是足够地不密封的，以便在涡轮机快速断开的情况下确保足够快的压力释放。因此，必须针对两种相互矛盾的要求来设计所述密封元件。
此外，从EP2067933中已知一种实施方案，其中附加地在蒸汽轮机的外部的新鲜蒸汽输入管道和冷却蒸汽输入管道之间设有外部的横向管道。所述横向管道用于，在新鲜蒸汽输入管道中的突然的压力降低的情况下，能够附加地将冷却蒸汽供给新鲜蒸汽，以便因此避免在流动通道的流入区域和待冷却的区域之间的过大的差压负荷。
发明内容
本发明的目的是，提供一种改进的蒸汽轮机以及一种用于冷却这种蒸汽轮机的改进的方法。
所述目的通过具有权利要求1的特征的蒸汽轮机、以及通过具有权利要求6的特征的相应的方法来实现。
根据本发明在此提出，通过在流动通道和冷却蒸汽输送部之间的附加的压力平衡横向连接部，能够因此将来自流动通道的新鲜蒸汽的一部分也直接地输送给冷却蒸汽。因此，出现热力学的耦联，进而经由横向连接部在涡轮机的新鲜蒸汽腔和冷却蒸汽腔之间出现持续的压力平衡。因此，不必对附加的密封元件提出如此高的要求，因为在两个腔之间的压力差较小，其中所述密封元件将高热负荷的区域、例如将转子的接合到定子中的推力平衡活塞与具有新鲜蒸汽的区域隔开。
如果压力平衡横向连接部的端部径向外部地通到流动通道中，那么为了涡轮机在持续运行中的压力平衡能够充分利用在叶片下游的径向的压力均衡。也就是说，物理上，在流动通道中产生的带有涡旋的流动中，存在与在流动通道的径向外侧的较高的静态压力的压力差。因此，在导向叶片的下游，定子内壳体与转子相比被加载有较高的压力。所述施加在压力平衡横向连接部处的较高的压力经由压力平衡横向连接部也直接地确定冷却蒸汽腔中的较高的压力。因此，即便在连续运行中负荷变化时，也不出现流动方向的局部反转。此外，对于借助压力平衡横向连接部进行的涡轮机快速断开的情况，存在新鲜蒸汽和冷却蒸汽之间的腔连接，通过所述腔连接能够直接地排空过剩冷却蒸汽，使得密封元件更少地受到负荷。
优选地，将压力平衡横向连接部设置在定子的内壳体中，并且在此尤其靠近流动通道的流入区域，使得能够截取流动通道的局部最高压力。此外，如果压力平衡横向连接部在高热负荷的区域附近通到冷却蒸汽输送部中，那么能够实现压力平衡横向连接部的短的穿引路径。
具体实施方式
现在，根据附图示例地阐明本发明。示出贯穿带有定子2、内壳体21、外壳体22和转子3的蒸汽轮机1的截面。在定子2和转子3之间构成有流动通道4，在所述流动通道中沿轴向方向交替地设置转子3的转子叶片排33和定子2的导向叶片排23。将新鲜蒸汽经由新鲜蒸汽输送部5输送给流动通道4的流入区域41。因此，如此流入的新鲜蒸汽在流动通道4中在下游绕流转子叶片排33和导向叶片排23、膨胀和冷却。由此释放的热能引起转子3转动。通过现在在固定的定子2中转动的转子3能够形成局部高热负荷的区域34，必须对所述区域进行冷却。因此，区域例如是构成在转子处的推力平衡活塞35，所述推力平衡活塞通过转动的转子3在定子2的相应的凹部中移动。
因此，为了冷却这种高热负荷的区域34而设有附加的冷却蒸汽输送部6。冷却蒸汽输送部6在本实施例中包括从外部到外壳体22的外部输入管道61、外壳体冷却孔62、在外壳体22和内壳体21之间的流动腔63和至少一个内壳体冷却孔64。内冷却孔64设置在内壳体21中并且形成流动腔63和设置在推力平衡活塞35和内壳体21之间的间隙腔之间的流动连接。冷却蒸汽输送部和新鲜蒸汽输送部能够如在图中表明的那样具有用于控制相应的蒸汽量的附加的阀。此外，为了将涡轮机1中的两个蒸汽腔分开在新鲜蒸汽腔和冷却蒸汽腔尤其紧密地相互贴靠的部位处设有附加的（但是在此没有详细示出的）密封元件。但是，由于冷却蒸汽和新鲜蒸汽之间的压力差，对所述密封元件提出尤其高的要求。但是另一方面，密封元件也必须设计成，使得所述密封元件在快速断开的情况下是“可穿透的”，以便快速地减少过剩冷却蒸汽。
为了将对这种密封元件的要求保持得尽可能地低，因此根据本发明，在流动通道4和冷却蒸汽输送部6之间设有压力平衡横向连接部7。在图中示出的实施例中，靠近新鲜蒸汽到流动通道4中的流入区域41和高热负荷区34设有所述横向连接部7。能够实现例如在定子2的内壳体21中构成为孔的压力平衡横向连接部7，使得来自流动通道4的新鲜蒸汽的一部分被直接地输送给冷却蒸汽。因此，通过所述横向连接部形成在新鲜蒸汽腔和冷却蒸汽腔之间的压力平衡。同时，横向连接部在快速断开的情况下用作为“旁路”进而将过剩的冷却介质从冷却蒸汽腔中导出到新鲜蒸汽腔中。总体上，能够对密封元件提出更少的要求，这引起材料成本的显著降低。
本发明不局限于在之前描述的实施方案。相反地，也能够考虑各个特征的能够引起创造性想法的其他可能的实施形式的组合、变型或补充。因此，压力平衡横向连接部也能够直接地通入到由冷却蒸汽环流的高热负荷的区域中。那么，首先将来自流动通道的新鲜蒸汽的一部分在该区域中输送给冷却蒸汽。如在图中表明，压力平衡横向连接部能够由径向和轴向定向的区域组成，但是，所述压力平衡横向连接部也能够作为直孔倾斜地穿过内壳体从流动通道通入至内壳体冷却孔。

Claims (5)

1.蒸汽轮机（1），所述蒸汽轮机具有：定子（2），所述定子包括内壳体（21）和外壳体（22）；转子（3）；在所述定子（2）和所述转子（3）之间构成的流动通道（4），在所述流动通道中交替地设置有所述转子（3）的转子叶片排（33）和所述定子（2）的导向叶片排（23）；新鲜蒸汽输送部（5），所述新鲜蒸汽输送部用于将新鲜蒸汽输送到所述流动通道（4）的流入区域（41）中，使得所述新鲜蒸汽能够在所述流动通道（4）中绕流转子叶片（33）和导向叶片（21）；和冷却蒸汽输送部（6），所述冷却蒸汽输送部用于将冷却蒸汽输送到所述转子（3）的高热负荷的区域（34）中；在所述流动通道（4）和所述冷却蒸汽输送部（6）之间的压力平衡横向连接部（7），
其中所述冷却蒸汽输送部（6）包括通向所述外壳体（22）的输入管道（61）、外壳体冷却孔（62）、在所述外壳体和所述内壳体之间的流动腔（63）和至少一个内壳体冷却孔（64），并且所述压力平衡横向连接部（7）是所述内壳体（21）中的从所述流动通道（4）伸至所述内壳体冷却孔（64）的孔，
其中所述压力平衡横向连接部（7）在所述内壳体（21）中构成在所述流动通道（4）的所述流入区域（41）的范围中和热负荷的区域（34）的范围中，
其特征在于，
所述内冷却孔（64）设置在所述内壳体（21）中并且在所述流动腔（63）与设置在所述转子（3）和所述内壳体（21）之间的间隙腔之间建立流动连接。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机，
其特征在于，
所述压力平衡横向连接部（7）径向外部地安置在所述流动通道（4）上。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机，
其特征在于，
所述热负荷的区域（34）是所述转子（3）的推力平衡活塞（35）。
4.用于冷却蒸汽轮机（1）的方法，其中将用于穿流构成在定子（2）和转子（3）之间的流动通道（4）的新鲜蒸汽和用于冷却所述转子（3）的热负荷的区域（34）的冷却蒸汽输送给所述蒸汽轮机（1），
其特征在于，
将来自所述流动通道（4）的所述新鲜蒸汽的一部分输送给所述冷却蒸汽。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
在所述定子（2）的所述内壳体（21）中，在所述流动通道（4）的所述流入区域（41）的范围中和所述转子（3）的所述热负荷的区域（34）中进行来自所述流动通道（4）的所述新鲜蒸汽的输送。
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