CN103147801B - 涡轮机 - Google Patents

Abstract

涡轮机，其具有：定子和可旋转地支承在定子中的转子；多个涡轮级，涡轮级由转子和定子形成且沿着涡轮机的纵向依次布置，并且工作流体的流动路径穿过涡轮级延伸以旋转驱动转子；轴向位移补偿活塞，其布置在转子上且其在第一轴向活塞侧面上具有第一活塞腔室，第一活塞腔室经由第一流体管路与涡轮级其中之一相连，从而工作流体能从涡轮级输送到第一活塞腔室中，并且其在背离第一活塞侧面的第二轴向活塞侧面上具有第二活塞腔室，设置第二活塞腔室从而利用轴向位移补偿活塞能将轴向位移施加到转子上；压力控制设备，其与轴向位移补偿活塞的第二活塞腔室相连并且被设置用于改变背压，由此轴向位移补偿活塞的轴向位移在涡轮机的正常运行中是能够改变的。

Description

涡轮机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的涡轮机。

背景技术

例如由文献US3614255A已知开头所述类型的涡轮机。在这种具有高压区域和中压区域的涡轮机中，补偿在涡轮机的正常运行中、各个由所述高压区域和所述中压区域产生的轴向位移，方法是所述中压区域的轴向位移以及轴向位移补偿活塞的基本上恒定的轴向位移反作用于所述高压区域的轴向位移，所述高压区域和中压区域具有彼此相反的工作流体流动。利用供给到中压区域的工作流体在所述涡轮机的临时工作状态下借助阀的可能的锁止，在轴向位移补偿活塞的、配属于中压区域的活塞腔室中强制性地形成非常低的背压，从而将利用轴向位移补偿活塞施加的、与工作流体穿过高压区域的流动方向相反的轴向位移放大到转子上。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种根据权利要求1的前序部分所述的涡轮机，从而使得轴向位移补偿活塞的轴向位移在所述涡轮机的正常运行中能够改变。

上述目的通过根据权利要求1所述的涡轮机得以实现。本发明的扩展方案在从属权利要求中进行限定。

根据本发明，所述涡轮机具有：定子和可旋转地支承在所述定子中的转子；多个涡轮级，所述涡轮级由所述转子和所述定子形成并且沿着所述涡轮机的纵向依次布置，并且工作流体的流动路径穿过所述涡轮级延伸，以旋转驱动所述转子；轴向位移补偿活塞，所述轴向位移补偿活塞布置在所述转子上，并且所述轴向位移补偿活塞在第一轴向活塞侧面上具有第一活塞腔室，所述第一活塞腔室经由第一流体管路与所述涡轮级其中之一相连，从而使得具有第一流体压力的工作流体能够从所述涡轮级输送到所述第一活塞腔室中；并且所述轴向位移补偿活塞在背离所述第一活塞侧面的第二轴向活塞侧面上具有第二活塞腔室，设置具有相对于所述第一流体压力减小的背压的第二活塞腔室，从而利用所述轴向位移补偿活塞能够将与所述工作流体穿过所述涡轮级的流动方向相反的轴向位移施加到所述转子上；以及压力控制设备，所述压力控制设备与所述轴向位移补偿活塞的第二活塞腔室相连，设置所述压力控制设备以改变所述背压。根据本发明的涡轮机的特征在于，设置所述压力控制设备，以通过受控地从所述第二活塞腔室中导出流体来改变所述背压。

通过在涡轮机的正常运行中控制将流体从第二活塞腔室中导出能够改变背压，进而改变第一流体压力与背压之间的压差。由此，又能够改变轴向位移补偿活塞在涡轮机正常运行中的轴向位移。根据本发明，所述背压能够变小或者变大，从而使得压差、进而使得轴向位移补偿活塞的轴向位移变大或变小。

所述涡轮机优选构造为在工作流体的穿过涡轮级的流动方向上具有较高或者说较强的轴向位移的反作用式涡轮机或者说过压式涡轮机。此外，所述工作流体优选由蒸汽构成，从而所述涡轮机被配置为蒸汽涡轮机。一种对于反作用式涡轮机或者说蒸汽涡轮机的非限定性的实施例在文献DE19701020A1中进行说明。此外，从第二活塞腔室中吸出的流体优选由工作流体形成。

根据本发明的一种实施方式，设置所述压力控制设备，以通过受控地从第二活塞腔室中吸出流体来改变背压。

通过借助吸出而主动地将流体从第二活塞腔室中导出的方式，能够尽可能地显著减小背压，从而使得压差、进而使得轴向位移补偿活塞的轴向位移显著变大。因此，例如轴向地支承转子的轴向轴承能够比常见的尺寸更小并且能够由此节省成本。

所述压力控制设备优选构造为流体泵并且具有抽吸侧，所述抽吸侧经由第二流体管路与第二活塞腔室相连。此外，所述压力控制设备优选具有压力侧，所述压力侧经由第三流体管路与所述工作流体的流动路径在所述涡轮级的另一个涡轮级上相连，所述另一个涡轮级在流动路径中设置在所述涡轮级之后，其中，设置所述另一个涡轮级使其具有工作流体的、相对于第一流体压力减小的第二流体压力。

通过这种方式，当被吸出的流体如优选的那样为工作流体时，这种吸出的流体有利地重新供给涡轮机流程(Turbinenprozess)，从而提高涡轮机的效率。

根据本发明的另一种实施方式，所述压力控制设备构造为蒸汽喷射泵并且具有驱动侧，所述驱动侧经由第四流体管路与所述工作流体的流动路径相连，从而为了驱动所述蒸汽喷射泵将所述工作流体供给到所述驱动侧。

以这种方式就不需要提供单独的装置来驱动流体泵，由此节省了更多的成本并且降低了所述涡轮机的复杂程度。在这种情况下，优选所述第四流体管路与第一流体管路相连，从而工作流体可从第一流体管路供给到驱动侧。蒸汽喷射泵及其在涡轮机中的应用的未限定的实施例比如在文献CH88025A和DE3616797A1中进行说明。

根据本发明另一种实施方式，在所述第四流体管路中布置有调节阀，从而能够改变可供给到所述压力控制设备的驱动侧的工作流体流量。

通过受控地改变在涡轮机的正常运行中供给到压力控制设备的驱动侧的工作流体流量，受控地改变了蒸汽喷射泵的抽吸能力。因此又受控地以简单且可靠的方式改变了第一流体压力与背压之间的压差，进而改变了轴向位移补偿活塞的轴向位移。

根据本发明的另一种实施方式，通过选择合适的驱动蒸汽参数和直径如此设计所述压力控制设备，从而使得从所述第二活塞腔室中导出的流体流量大致为供给到所述压力控制设备的驱动侧的工作流体流量的两倍。换句话说，反之驱动蒸汽量优选大致为所实现的抽吸蒸汽量的一半。通过压力控制设备的这种设计，能够通过供给到所述压力控制设备的驱动侧的工作流体流量或者说驱动蒸汽量将在轴向位移补偿活塞的第二轴向活塞侧面上的背压变成一半。

根据本发明的另一种实施方式，所述涡轮机具有调节装置，所述调节装置具有至少一个信号输入端和信号输出端，所述信号输入端与求得所述涡轮机的至少一个状态参数的传感器装置相连；所述信号输出端与调节阀相连，其中设置所述调节装置，以通过所述信号输出端根据所述涡轮机的至少一个状态参数调节所述调节阀的开度。

以这种方式能够根据涡轮机的一个或多个状态参数(例如蒸汽通过量、转速、温度、轴承状态等等)来改变并且尤其是调节轴向位移补偿活塞的轴向位移。

所述传感器装置优选具有用于求得所述转子的轴向轴承的温度的温度传感器，并且其中设置所述调节装置，以根据所述转子的轴向轴承的温度调节所述调节阀的开度。

结论是，根据本发明的实施方式，在反作用式涡轮机中能够例如比将轴向位移补偿活塞连接到最低的压力水平上的情况更进一步地提高轴向位移补偿。在此，蒸汽喷射泵将轴向位移补偿活塞之后的压力降低到所连接的流体管路的水平之下。

本发明也还明确地扩展到那些并非通过来自权利要求中明确的引用关系的特征组合给出的实施方式，因此，本发明所公开的特征只要在技术方面是合理的，就能够任意地相互组合。

附图说明

下面借助优选的实施方式并且参照附图详细地说明本发明：

图1示出了具有轴向位移补偿活塞的涡轮机的一种实施方式；

图2示出了根据本发明一种实施方式的涡轮机。

附图标记列表：

1；1′涡轮机

10；10′定子

20；20′转子

30；30′涡轮级(整体)

30.1-30.5涡轮级(单个)

30.1′-30.5′涡轮级(单个)

40；40′轴向位移补偿活塞

41；41′第一活塞腔室

42；42′第二活塞腔室

51；51′第一流体管路

52；52′第二流体管路

53第三流体管路

54第四流体管路

60压力控制设备

61抽吸侧

62压力侧

63驱动侧

70(伺服)调节阀

80调节装置

81信号输入端

82信号输出端

90传感器装置

91温度传感器

LR；LR′纵向

具体实施方式

首先，参照图1说明在具有轴向位移补偿活塞40′的涡轮机1'中的轴向位移作用。

所述涡轮机1’具有定子10′(仅示意性示出)以及可旋转地支承在定子10′中的转子20′、多个涡轮级(Turbinenstufe)30.1′至30.5′(下面作为整体以30′表示)以及轴向位移补偿活塞40′。

所述涡轮级30′由转子20′和定子I0′形成并且沿着涡轮机1'的纵向LR′依次布置，其中，工作流体(Betriebsfluid)的流动路径穿过涡轮级30′延伸，以旋转驱动转子20′。根据这种实施方式，所述工作流体由蒸汽形成，从而涡轮机1′被配置为蒸汽涡轮机。在图1中，工作流体穿过涡轮级30′的流动方向相当于纵向LR′。

此外，根据这种实施方式，所述涡轮机1′构造为在工作流体穿过涡轮级30′的流动方向上具有较高的或者说较强的轴向位移的反作用式涡轮机(Reaktionsturbine)或者说过压式涡轮机这种通过工作流体与涡轮级30′的相互作用而产生的轴向位移在图1中以向右指向的粗箭头来表示。

轴向位移补偿活塞40′布置在转子20′上并且在第一轴向活塞侧面上具有第一活塞腔室41′，所述第一活塞腔室经由第一流体管路51与涡轮级30′的第一涡轮级30.1′流体连接，从而在涡轮机1'的运行中，具有第一流体压力的工作流体从第一涡轮级30.1′中被输送到第一活塞腔室41′中。

此外，所述轴向位移补偿活塞40′在背离第一活塞侧面的第二轴向活塞侧面上具有第二活塞腔室42′，所述第二活塞腔室经由第二流体管路52′与涡轮级30’的、在流动路径中设置在第一涡轮级30.1′之后的第二涡轮级30.2′流体地连接。所述第二涡轮级30.2′在涡轮机1′的运行中，具有工作流体的、相对于第一流体压力减小的第二流体压力。因此，第二活塞腔室42′在涡轮机1′的运行中具有相对于第一流体压力减小的背压(Gegendruck)(第二流体压力)。

轴向位移补偿活塞40′在涡轮机1′的运行中通过这种压力关系将与工作流体穿过涡轮级30′的流动方向(纵向LR)相反的轴向位移(在图1中指向左的粗箭头)施加到转子20′上。

由与工作流体穿过涡轮级30′的流动方向(纵向LR)相反的轴向位移(在图1中指向左的粗箭头)部分地补偿通过工作流体与涡轮级30′的相互作用而引起的轴向位移(在图1中指向右的粗箭头)。在纵向LR上剩余的轴向位移必须由未示出的、用于转子20′的轴向轴承来承担。在这种相互关系中可以理解的是：在纵向LR上剩余的轴向位移越大，用于转子20′的轴向轴承就设计得越大或者说越稳固。

对于发明人来说所认识到的是，通过降低在第二活塞腔室42′中的压力水平，能够降低总轴向位移或者说剩余的、有待由轴向轴承承担的轴向位移。这能够根据如图1所示的实施方式，通过将第二流体管路52′连接到在涡轮机1′中更低的压力水平(Druckniveau)上来实现。

然而对于发明人来说也认识到的是，当轴向位移补偿活塞的轴向位移在涡轮机的正常运行中可以改变，从而轴向位移例如能够匹配实时的状态参数(例如蒸汽通过量(Dampfdruchsatz)、转速、温度、轴承状态等等)时，这将是有利的。

现在参照图2来说明这样一种技术方案，在图2中示出了根据本发明的一种实施方式的涡轮机1。在下面对图2进行的说明中，以相同或相似的附图标记(无上标)来表示相同或相似的部件。

在图2中示出的涡轮机1具有定子10(仅示意性示出)以及可旋转地支承在定子10中的转子20、多个涡轮级30.1至30.5(下面作为整体以30表示)以及轴向位移补偿活塞40和压力控制设备60。所述涡轮级30由转子20和定子10形成并且沿着涡轮机1的纵向LR依次布置，其中工作流体的流动路径穿过涡轮级30延伸，以旋转驱动转子20。根据本发明的这种实施方式，所述工作流体由蒸汽形成，从而涡轮机1被配置为蒸汽涡轮机。在图2中，工作流体穿过涡轮级30的流动方向相当于纵向LR。

根据本发明的这种实施方式，所述涡轮机1此外构造为在工作流体穿过涡轮级30(在图2中向右)的流动方向上具有较高的或者说较强的轴向位移的反作用式涡轮机或者说过压式涡轮机。这种通过工作流体与涡轮级30的相互作用而产生的轴向位移在图2中以向右指向的粗箭头来表示。

轴向位移补偿活塞40布置在转子20上并且在第一轴向活塞侧面上具有第一活塞腔室41，所述第一活塞腔室经由第一流体管路51与涡轮级30的第一涡轮级30.1流体连接，从而在涡轮机1的运行中，具有第一流体压力的工作流体从第一涡轮级30.1中被输送到第一活塞腔室41中。

此外，轴向位移补偿活塞40在背离第一活塞侧面的第二轴向活塞侧面上具有第二活塞腔室42，所述第二活塞腔室在涡轮机1的运行中具有相对于第一流体压力减小的背压。

压力控制设备60构造为形式为蒸汽喷射泵的流体泵，并且具有抽吸侧61(具有抽吸蒸汽接口)，所述抽吸侧通过第二流体管路52与第二活塞腔室42流体连接，从而能够在涡轮机1的运行中通过受控地从第二活塞腔室42中导出、并且在这里尤其是吸出工作流体来调节背压，并且在需要时改变所述背压。

此外，所述压力控制设备60还具有压力侧62(具有输出蒸汽接口)，所述压力侧通过第三流体管路53与工作流体的流动路径在涡轮级30的第二涡轮级30.2上流体连接，所述第二涡轮级30.2在流动路径上布置在第一涡轮级30.1之后。所述第二涡轮级30.2在涡轮机1的运行中具有工作流体的、相当于第一流体压力减小的第二流体压力。

此外，压力控制设备60具有驱动侧63(具有驱动蒸汽接口)，所述驱动侧通过第四流体管路54与工作流体的流动路径流体连接，从而所述工作流体为了驱动所述压力控制设备60能够供给到所述驱动侧63。更确切地说，第四流体管路54与第一流体管路51流体连接，从而所述工作流体能够从第一流体管路51供给到所述驱动侧63。

通过上述压力关系(背压小于第一流体压力)，轴向位移补偿活塞40在涡轮机1的运行中将与工作流体穿过涡轮级30的流动方向(纵向LR)相反的轴向位移(相应地在图1中指向左的粗箭头)向左施加到转子20上。

由与工作流体穿过涡轮级30的流动方向(纵向LR)相反的、向左的轴向位移在一定程度上补偿通过工作流体与涡轮级30的相互作用而引起的、向右的轴向位移。在纵向LR上(向右)剩余的轴向位移必须由未示出的、用于转子20′的轴向轴承来承担。

为了控制并且尤其是调节由轴向位移补偿活塞40所提供的向左的轴向位移，在第四流体管路54中布置有伺服调节阀70，从而能够改变可供给到所述压力控制设备60的驱动侧63的工作流体流量(Betriebsfluidmenge)。

通过受控地改变在涡轮机1的正常运行中供给到压力控制设备60的驱动侧63的工作流体流量，受控地改变了所述压力控制设备60(蒸汽喷射泵)的抽吸能力(Saugleistung)。因比又受控地以简单且可靠的方式改变了在第一流体压力与背压之间的压差，进而改变了轴向位移补偿活塞40的向左的轴向位移。

优选这样设计所述压力控制设备60，从而使得从第二活塞腔室42中导出的工作流体流量大致为供给到所述压力控制设备60的驱动侧63的工作流体流量的两倍。换句话说，反之驱动蒸汽量优选大致为所实现的抽吸蒸汽量的一半。通过压力控制设备60的这种设计，能够通过供给到所述压力控制设备60的驱动侧63的工作流体流量或者说驱动蒸汽量将在轴向位移补偿活塞40的第二轴向活塞侧面上的背压变成一半。

此外，涡轮机1具有调节装置80，所述调节装置具有至少一个信号输入端81和双向的信号输出端82，所述信号输入端与求得涡轮机1的至少一个状态参数的传感器装置90信号连接；所述信号输出端则与伺服调节阀70信号连接，并且能够通过双向的连接部求得所述伺服调节阀70的调节位置。

设置所述调节装置80，以便通过信号输出端82根据涡轮机1的至少一个状态参数来调节所述伺服调节阀70的开度。

以这种方式能够根据涡轮机1的一个或多个状态参数(例如蒸汽通过量、转速、温度、轴承状态等等)来改变并且尤其是调节轴向位移补偿活塞40的轴向位移。

根据本发明的在图2中示出的实施方式，传感器装置90具有用于求得转子20的轴向轴承的温度的温度传感器91，其中，所述调节装置80被设置用于根据转子20的轴向轴承的温度来调节伺服调节阀70的开度。

结论是，根据本发明，在如尤其是反作用式涡轮机那样的涡轮机中能够例如比将轴向位移补偿活塞40连接到最低的压力水平上的情况更进一步地提高轴向位移补偿。在此，如优选为蒸汽喷射泵的压力控制设备通过受调节地导出流体将轴向位移补偿活塞之后的压力降低到所连接的流体管路的水平之下。

Claims (8)

1.一种涡轮机（1），其具有：

定子（10）和可旋转地支承在所述定子（10）中的转子（20）；

多个涡轮级（30），所述涡轮级由所述转子（20）和所述定子（10）形成并且沿着所述涡轮机（1）的纵向（LR）依次布置，并且工作流体的流动路径穿过所述涡轮级延伸，以旋转驱动所述转子（20）；

轴向位移补偿活塞（40），所述轴向位移补偿活塞布置在所述转子（20）上，并且所述轴向位移补偿活塞在第一轴向活塞侧面上具有第一活塞腔室（41），所述第一活塞腔室经由第一流体管路（51）与所述涡轮级其中之一（30.1）相连，从而使得具有第一流体压力的工作流体能够从所述涡轮级（30.1）输送到所述第一活塞腔室（41）中；并且所述轴向位移补偿活塞在背离所述第一轴向活塞侧面的第二轴向活塞侧面上具有第二活塞腔室（42），设置具有相对于所述第一流体压力减小的背压的第二活塞腔室，从而利用所述轴向位移补偿活塞（40）能够将与所述工作流体穿过所述涡轮级（30）的流动方向相反的轴向位移施加到所述转子（20）上；并且

压力控制设备（60），所述压力控制设备与所述轴向位移补偿活塞（40）的第二活塞腔室（42）相连，设置所述压力控制设备以改变所述背压，

其特征在于，设置所述压力控制设备（60），以通过受控地从所述第二活塞腔室（42）中导出流体来改变所述背压，

其中，所述压力控制设备（60）构造为流体泵并且具有抽吸侧（61），所述抽吸侧经由第二流体管路（52）与所述第二活塞腔室（42）相连，

其中，所述压力控制设备（60）具有压力侧（62），所述压力侧经由第三流体管路（53）与所述工作流体的流动路径在所述涡轮级（30）的另一个涡轮级（30.2）上相连，所述另一个涡轮级（30.2）在流动路径中设置在涡轮级（30.1）之后，其中，设置所述另一个涡轮级（30.2）使其具有工作流体的、相对于所述第一流体压力减小的第二流体压力。

2.根据权利要求1所述的涡轮机（1），其中，设置所述压力控制设备（60），以通过受控地从所述第二活塞腔室（42）中吸出流体来改变所述背压。

3.根据权利要求1所述的涡轮机（1），其中，所述压力控制设备（60）构造为蒸汽喷射泵并且具有驱动侧（63），所述驱动侧经由第四流体管路（54）与所述工作流体的流动路径相连，从而能够将所述工作流体供给到所述驱动侧（63），以驱动所述蒸汽喷射泵。

4.根据权利要求3所述的涡轮机（1），其中，所述第四流体管路（54）与所述第一流体管路（51）相连，从而能够将所述工作流体从所述第一流体管路（51）供给到所述驱动侧（63）。

5.根据权利要求3所述的涡轮机（1），其中，在所述第四流体管路（54）中布置有调节阀（70），从而能够改变可供给到所述压力控制设备（60）的驱动侧（63）的工作流体流量。

6.根据权利要求5所述的涡轮机（1），其中，设计所述压力控制设备（60），从而使得从所述第二活塞腔室（42）中导出的流体流量为供给到所述压力控制设备（60）的驱动侧（63）的工作流体流量的两倍。

7.根据权利要求5所述的涡轮机（1），其具有调节装置（80），所述调节装置具有至少一个信号输入端（81）和信号输出端（82），所述信号输入端与求得所述涡轮机（1）的至少一个状态参数的传感器装置（90）相连；所述信号输出端与所述调节阀（70）相连，其中设置所述调节装置（80），以通过所述信号输出端（82）根据所述涡轮机（1）的至少一个状态参数调节所述调节阀（70）的开度。

8.根据权利要求7所述的涡轮机（1），其中，所述传感器装置（90）具有用于求得所述转子（20）的轴向轴承的温度的温度传感器（91），并且其中设置所述调节装置（80），以根据所述转子（20）的轴向轴承的温度调节所述调节阀（70）的开度。