CN103370498A - 三壳结构形式的蒸汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽轮机（1），所述蒸汽轮机包括转子（5）以及靠内的内壳体（3）、靠外的内壳体（4）和外壳体（2），其中蒸汽轮机具有中压叶片组或低压叶片组，其中靠内的内壳体（3）与靠外的内壳体（4）相比由更高品质的材料制成。

Description

三壳结构形式的蒸汽轮机

技术领域

本发明涉及一种蒸汽轮机，所述蒸汽轮机包括以能够围绕旋转轴线转动的方式承载的转子、在径向方向上围绕转子设置的靠内的内壳体和靠外的内壳体，其中围绕靠内的内壳体和靠外的内壳体设置有外壳体，其中蒸汽轮机具有构成为用于中压蒸汽的第一流动部和构成用于低压蒸汽的第二流动部，其中第二流动部被定向成与第一流动部的方向相同。

背景技术

蒸汽轮机通常具有以能够转动的方式承载的转子和围绕转子设置的壳体。在转子和内壳体之间构成流动通道。蒸汽轮机中的壳体必须能够满足多种功能。一方面，导向叶片设置在壳体上的流动通道中，并且另一方面，内壳体必须对所有负载——并且尤其在运行情况下承受流动介质的压力和温度。在蒸汽轮机中，流动介质是蒸汽。此外，壳体必须构成为，使得也被称为抽吸（Anzapfung）的导入和导出是可行的。壳体必须满足的另一个功能是轴端部能够被引导穿过壳体的可能性。

在运行中出现的高的应力、压力和温度的情况下必需的是，适当地选择材料以及将结构选择成，使得能够实现机械的完整性和功能性。对此需要使用高品质的材料，尤其在入流区域中和第一导向叶片槽中使用高品质的材料。

对于在650℃之上、例如为700℃的新鲜蒸汽温度下的应用而言，镍基合金是适合的，因为所述镍基合金承受在高温度下出现的负荷。当然，这种镍基合金的应用与新的挑战相关联。因此，用于镍基合金的成本是相对高的，并且此外镍基合金的可制造性例如通过受限的铸造可能性而受到限制。这导致，镍基合金的应用必须最小化。此外，镍基材料是不理想的热导体。由此，壁厚上的温度梯度是不变的，使得热应力是相对高的。此外，要考虑的是，在应用镍基材料时，蒸汽轮机的入口和出口之间的温差增大。

目前追求不同的设计，以便提供一种蒸汽轮机，所述蒸汽轮机适合于高温度和高压力。因此，已知的是，根据Y.Tanaka等的文章“Advanced Design of Mitsubishi Large Steam Turbines”，三菱重工，Power Gen Europe（欧洲电力展），2003，杜塞尔多夫，2003年五月六日至八日，将包括多个部分的内壳体结构添加到外壳体结构中。同样已知的是，根据DE 10 2006 027 237 A1的由两个部分构成的内壳体。在DE 342 1067中以及在DE 103 53 451 A1中同样公开多部件的内壳体结构。

在蒸汽轮机的一个特殊的实施形式中，中压部分和低压部分安置在外壳体中。中压部分加载有蒸汽，所述蒸汽通常具有高的蒸汽参数、例如温度和压力，并且直接从高压部分涡轮机的中间过热单元流动。从高压部分在膨胀之后流出的蒸汽导向锅炉的中间过热单元并且在那加热到能够对应于新鲜蒸汽温度的较高的温度。在蒸汽轮机中，所述中间过热的蒸汽随后导入到中压部分中并且随后流动穿过中压叶片组。已知下述蒸汽轮机，所述蒸汽轮机以所谓的单流构型（Single-Flow-Bauart）制成。在所述结构类型中，中压部分和低压部分依次设置并且在相同的流动方向上被流过。

发明内容

本发明的目的是，提供另外的构成蒸汽轮机的方案。

所述目的通过一种具有根据权利要求1的特征的蒸汽轮机来实现。在从属权利要求中，提出有利的改进形式。

本发明的基本思想是，构成三壳式的蒸汽轮机。内壳体在此构造成靠内的内壳体和靠外的内壳体。靠内的内壳体设置在流入区域的范围中从而必须承受高的温度和高的压力。因此，靠内的内壳体由合适的材料、例如由镍基合金或由高品质的材料、例如由包括9重量%至10重量%的铬的钢制成。在靠内的内壳体和转子之间构成流动通道。靠内的内壳体因此具有例如为槽的机构，以便在其中承载导向叶片。围绕内壳体设置靠外的内壳体。在此，重要的是，在靠内的内壳体和靠外的内壳体之间存在冷却蒸汽腔，所述冷却蒸汽腔加载有冷却介质。在此，靠外的内壳体构成为，使得在流动方向上看去，所述靠外的内壳体邻接于靠内的内壳体并且是流动通道的限界部，其中在靠外的内壳体中也设有例如为槽的机构，以便能够承载导向叶片。

靠外的内壳体通过到冷却蒸汽腔中的冷气输入管道而加载有蒸汽，所述蒸汽具有较低的温度和较低的压力，使得靠外的内壳体的材料与靠内的内壳体的材料相比不必那么抗热。尤其地，当靠外的内壳体由不那么高品质的材料构成时是足够的。围绕靠内的内壳体和靠外的内壳体设置外壳体。

蒸汽轮机具有第一流动部（Flut），所述第一流动部加载有中压蒸汽并且在第一流动方向上流动。此外，蒸汽轮机具有第二流动部，所述第二流动部加载有低压蒸汽并且在第二流动方向上流动。第二流动方向示出与第一流动方向相同的方向，使得所述蒸汽轮机以所谓的直流构型（Straight-Flow-Bauart）构成。中压流入区域由靠内的内壳体包围或构成。靠内的内壳体由高品质的材料制成并且仅接收中压入流。由此，靠内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。

在一个有利的改进形式中，在靠内的内壳体和靠外的内壳体之间构成有冷却蒸汽腔。在靠内的内壳体和靠外的内壳体之间在运行中存在的冷却蒸汽同时是相对于靠外的内壳体的绝缘物，所述靠外的内壳体包围冷却蒸汽腔和靠内的内壳体并且在冷却蒸汽抽取装置的下游形成膨胀路径。靠外的内壳体与所述冷却蒸汽处于接触，并因此与靠内的内壳体相比能够由低品质的材料制成或构成。此外，靠外的内壳体中的初级应力和次级应力仅被冷却蒸汽腔中的蒸汽的蒸汽状态和中压排出蒸汽的蒸汽状态之间的差别影响。初级应力是机械应力，所述机械应力由于外部负荷、例如通过蒸汽压力、重力等产生。次级应力例如可理解成热应力，并且次级应力是由于非补偿的温度场或阻碍热膨胀（热失真）而出现的机械应力。

此外，蒸汽轮机在冷却蒸汽腔中构成有排水管道，所述排水管道在静止状态或起动过程中将积累的冷凝水导出或者在抽吸装置（Anzapfung）失效时确保足够的剩余通流，所述抽吸装置例如能够通过经由接管从冷却腔中取出蒸汽来实现。

在一个有利的改进形式中，设有用于使冷却蒸汽流入到冷却蒸汽腔中的冷却蒸汽流动管道。冷却蒸汽流动管道有利地与第二流动部流体连接。这意味着，低压蒸汽主要流入到冷却蒸汽腔中，所述低压蒸汽具有理想的蒸汽参数，以便适当地冷却靠内的内壳体。

在一个有利的改进形式中，冷却蒸汽腔构成有用于使冷却蒸汽从冷却蒸汽腔中流出的冷却蒸汽流出管道。通过冷却蒸汽在运行中持续地从冷却蒸汽腔流出，产生非常好的冷却，由此蒸汽轮机中的材料负荷（尤其是初级应力和次级应力）变得更小。

在一个有利的改进形式中，转子具有推力平衡活塞，其中设有用于使冷却蒸汽流至蒸汽轮机的流体机械-冷却流动通道。流体机械-冷却流动通道在此有利地与冷却流动溢流管道流体连接。

靠内的内壳体与靠外的内壳体相比由更高品质的材料构成。靠内的内壳体在第一实施形式中由包括9重量%至10重量%铬的高铬的材料构成。在第二个有利的改进形式中，靠内的内壳体由镍基材料构成。靠外的内壳体由包括1重量%至2重量%的铬的材料构成。

附图说明

本发明的实施例在下文中根据附图来描述。所述附图不应当按照比例示出实施例，相反地，附图以示意的和/或略微变形的形式实现。鉴于对能够从附图中直接识别的教导进行补充，在此参照相关的现有技术。

附图详细示出：

图1示出单流的蒸汽轮机的剖面图，

图2示出双流的蒸汽轮机的剖面图。

具体实施方式

蒸汽轮机1包括外壳体2、靠内的内壳体3、靠外的内壳体4以及以能够转动的方式安装的转子5。转子5以能够围绕旋转轴线6转动的方式安装。外壳体2由上部分和下部分构成，其中在附图平面中，上部分在旋转轴线6之上示出并且下部分在旋转轴线6之下示出。不仅靠内的内壳体3、而且靠外的内壳体4同样具有上部分和下部分，所述上部分和下部分如同在外壳体2中示出的那样设置在旋转轴线6之上和之下。因此，靠内的内壳体3、靠外的内壳体4和外壳体2分别具有水平的接合部。

在运行中，中压蒸汽流到中压流入区域7中。随后，中压蒸汽沿着第一流动方向9流动穿过没有详细示出的叶片组8，所述叶片组包括导向叶片和转子叶片。转子叶片在此设置在转子5上并且导向叶片设置在靠内的内壳体3和靠外的内壳体4上。中压蒸汽的温度和压力在穿流期间减小。中压蒸汽随后从流出区域10从蒸汽轮机1中流出。

靠内的内壳体3和靠外的内壳体4在径向方向11上围绕转子5设置。径向方向11基本上垂直于旋转轴线6构成。围绕靠内的内壳体3和靠外的内壳体4设置外壳体2。靠内的内壳体3构造在中压流入区域7的区域中。因为蒸汽的温度在中压流入区域7中是最高的，所以靠内的内壳体3由高品质的材料制成。在第一实施形式中，靠内的内壳体3由镍基合金构成。在第二实施形式中，靠内的内壳体3由包括9重量%至10重量%的铬的高品质的材料构成。靠外的内壳体4能够由不那么高品质的材料构成。在一个实施形式中，内部的外壳体3能够由具有1重量%至2重量%铬的钢构成。

图2示出具有一体化的中压部分12和低压部分13的蒸汽轮机1。蒸汽轮机1在此以直流构型构成，也就是说，蒸汽不仅在中压部分12中、而且也在低压部分13中沿着共同的流动方向流动。低压部分13在转子5和低压内壳体14之间形成。相对于中压部分12，低压部分13的特征在于不同的蒸汽参数，如温度和压力。蒸汽轮机具有构成为用于中压蒸汽的第一流动部18和构成为用于低压蒸汽的第二流动部19，其中第二流动部19定向成与第一流动部18方向相同。转子5具有推力平衡活塞，其中设有用于蒸汽轮机的冷却蒸汽的入流的流体机械-冷却流动管道。

在流过低压部分13之后，蒸汽经由流出区域10从蒸汽轮机1中流出。

靠外的内壳体4在整个中压部分12上延伸。这意味着，靠内的内壳体3设置在靠外的内壳体4之内的中压流入区域7的范围中。在靠内的内壳体3和靠外的内壳体4之间构成冷却蒸汽腔16。所述冷却蒸汽腔16构成有用于冷却蒸汽的入流的冷却蒸汽流动管道。冷却蒸汽在合适的位置上从低压叶片组17中被取出。

因此，靠内的内壳体3相对小且节约成本并且由于小吨数而扩展了潜在的供货商。

又从冷却蒸汽腔16中流出的冷却蒸汽导致良好的冷却效应。所述流出的冷却蒸汽例如能够穿过靠外的内壳体4引导到排出蒸汽腔中或例如通过抽吸装置而导出。靠内的内壳体3和靠外的内壳体4借助于密封装置而相互密封。在冷却蒸汽腔16中是没有详细示出的排水管道，所述排水管道在蒸汽轮机1的静止状态或起动过程中，将积累的冷凝水导出或者在抽吸装置失效时确保足够的剩余通流。

靠内的内壳体3、靠外的内壳体4和外壳体2构成为是承压的。

随后，蒸汽经由流出接管15从蒸汽轮机1中流出。

Claims (10)

1.一种蒸汽轮机（1），

包括以能够围绕旋转轴线（6）转动的方式安装的转子（5）、在径向方向（11）上围绕所述转子（5）设置的靠内的内壳体（3）和靠外的内壳体（4），

其中围绕所述靠内的内壳体（3）和所述靠外的内壳体（4）设置有外壳体（2），

其中，所述蒸汽轮机具有构成为用于中压蒸汽的第一流动部（18）和构成为用于低压蒸汽的第二流动部（19），

其中所述第二流动部（19）定向成与所述第一流动部（18）的方向相同，

其中所述第一流动部（18）具有中压流入区域（7）并且所述第二流动部（19）具有低压流入区域并且所述靠内的内壳体（3）在径向方向（11）上围绕所述中压流入区域（7）设置。

2.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机（1），

其中在所述靠内的内壳体（3）和所述靠外的内壳体（4）之间构成有冷却蒸汽腔（16）。

3.根据权利要求3所述的蒸汽轮机（1），

其中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。

4.根据权利要求4所述的蒸汽轮机（1），

其中所述冷却蒸汽流动管道与所述第二流动部（19）流体连接。

5.根据权利要求3至5之一所述的蒸汽轮机（1），

其中所述冷却蒸汽腔（16）构成有用于使冷却蒸汽从所述冷却蒸汽腔（16）中流出的冷却蒸汽流出管道。

6.根据上述权利要求之一所述的蒸汽轮机（1），

其中所述转子（5）具有推力平衡活塞，其中设有用于使冷却蒸汽流入到所述蒸汽轮机的流体机械-冷却流动管道。

7.根据权利要求6所述的蒸汽轮机（1），

其中所述流体机械-冷却流动管道与冷却蒸汽流动输入管道流体连接。

8.根据上述权利要求之一所述的蒸汽轮机（1），

其中所述靠内的内壳体（3）由包括9重量%至10重量%的铬的高铬的材料构成。

9.根据上述权利要求之一所述的蒸汽轮机（1），

其中所述靠内的内壳体（3）由镍基材料构成。

10.根据上述权利要求之一所述的蒸汽轮机（1），

其中所述靠外的内壳体（4）由包括1重量%至2重量%的铬的材料构成。

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