CN103452599B - 喷嘴隔板导流器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷嘴隔板导流器。本申请提供一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮。该蒸汽涡轮可包括转子、放置于转子周围的多个喷嘴、和多个喷嘴隔板。喷嘴隔板中的一个或多个可包括导流器。

Description

喷嘴隔板导流器
技术领域
本申请和所得的专利大致涉及涡轮机械，并且更具体地涉及在其上具有导流器(inducer)的喷嘴隔板(nozzle diaphragm)以提供冷却流至蒸汽涡轮的转子等用于改善性能和寿命。
背景技术
蒸汽涡轮进气温度的升高以降低的燃料成本和碳足迹(carbon footprint)提供改善的整体效率。因此，蒸汽涡轮必须能够耐受此种较高的蒸汽温度，而不损害转子和其他构件的使用寿命。更耐热的材料可用于转子的构造中，但此种材料可显著地增加转子构件的成本。高压、较低温度的蒸汽还可用作用于转子的冷却剂，但此种冷却流的使用还可增加转子的成本，同时还降低整体转子性能。而且，还存在在使用下游冷却流方面的寄生成本(parasitic cost)。
因而存在对于如下改善的涡轮机械(诸如蒸汽涡轮等)的需求，该改善的涡轮机械能充分并且有效地冷却转子和其他构件用于改善的寿命，但以有限的寄生损耗用于改善的性能。
发明内容
因此，本申请和所得的专利提供一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮。该蒸汽涡轮可包括转子和放置于转子周围的多个喷嘴，并且同时喷嘴中的各个包括喷嘴隔板。喷嘴隔板中的一个和多个可包括导流器板以将冲击流引导至转子。
本申请和所得的专利还提供一种操作蒸汽涡轮的方法。该方法可包括：旋转放置于转子上的多个叶片(bucket)，迫使蒸汽流穿过叶片和多个喷嘴之间的流路径，引导蒸汽流中的部分穿过放置于喷嘴中的一个或多个的周围的导流器板，并且将蒸汽流中的部分通过成角度构造导向转子。
本申请和所得的专利还提供一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮级。该蒸汽涡轮级可包括转子、放置于转子上的多个叶片、放置于转子周围的多个喷嘴，并且同时喷嘴中的各个包括喷嘴隔板。喷嘴隔板可包括导流器板以通过成角度构造将冲击流引导至转子。
一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮，包括：转子；多个喷嘴，其放置于转子周围；多个喷嘴中的各个包括喷嘴隔板；并且其中，喷嘴隔板中的一个或多个包括导流器板以将冲击流引导至转子。
优选地，导流器板包含空气入口和一个或多个出口喷口(outlet jet)。
优选地，导流器板包含成角度构造。
优选地，转子包含转子叶轮，并且其中，成角度构造将冲击流导向转子叶轮。
优选地，成角度构造将切向分量给予冲击流。
优选地，该蒸汽涡轮还包含附连于转子的多个叶片。
优选地，多个喷嘴和多个叶片包含穿过其的流路径。
优选地，多个喷嘴和多个叶片包含蒸汽涡轮的级。
优选地，多个喷嘴中的各个包含放置于定子和喷嘴隔板之间的翼型件(airfoil)。
优选地，多个喷嘴中的各个包含在其上的迷宫式密封件。
优选地，导流器板包含原始装置。
优选地，导流器板包含改装。
一种操作蒸汽涡轮的方法，包括：旋转放置于转子上的多个叶片；迫使蒸汽流穿过多个叶片与多个喷嘴之间的流路径；引导蒸汽流中的部分穿过放置于多个喷嘴中的一个或多个周围的导流器板；并且将流中的部分通过成角度构造导向转子。
优选地，该方法还包含将导流器板放置在多个喷嘴中的一个或多个的喷嘴隔板内的步骤。
优选地，流中的部分包含冲击流。
一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮级，包括：转子；多个叶片，其放置于转子上；多个喷嘴，其放置于转子周围；多个喷嘴中的各个包含喷嘴隔板；并且其中，喷嘴隔板包含导流器板以通过成角度构造将冲击流引导至转子。
优选地，导流器板包含空气入口和一个或多个出口喷口。
优选地，转子包含转子叶轮，并且其中，成角度构造将冲击流导向转子叶轮。
优选地，成角度构造将切向分量给予冲击流。
优选地，多个喷嘴和多个叶片包含穿过其的流路径。
当结合若干附图和所附权利要求，在阅读后述详细描述之后，本申请和所得的专利的这些和其他特征和改善将对本领域技术人员变得显而易见。
附图说明
图1是具有多个区段的蒸汽涡轮的示例的示意图。
图2是具有叶片和喷嘴的图1的的蒸汽涡轮的级的部分侧视图。
图3是具有叶片和喷嘴的如可在本文中说明的蒸汽涡轮的级的部分侧视图。
部件列表
10 蒸汽涡轮
15 第一区段
20 第二区段
25 壳体(casing)
30 上半部
35 下半部
40 转子轴
45 轴承
50 密封件
55 中央区段
60 蒸汽入口
65 流分离器
70 蒸汽流
75 级
80 叶片
85 喷嘴
90 定子
91 流路径
92 翼型件
94 迷宫式密封件
95 转子叶轮
96 冷却孔
100 蒸汽涡轮
110 转子
120 级
130 叶片
135 转子叶轮
140 喷嘴
150 定子
160 流路径
170 蒸汽流
180 翼型件
190 喷嘴隔板
200 迷宫式密封件
210 导流器板
220 空气入口
230 出口喷口
240 成角度构造
250 冲击流
260 部分
270 叶轮。
具体实施方式
现参考附图，其中遍及多个视图，类似数字表示类似元件，图1是蒸汽涡轮10的示例的示意图。蒸汽涡轮10可包括第一区段15和第二区段20。区段15、20可为高压区段、中压区段、和/或低压区段。如以下将更详细地说明的，区段15、20中的各个可在其中具有多个级。外壳或壳体25可被轴向地分别划成为上半部区段30、下半部区段35。转子40可延伸穿过壳体25并且可由多个轴颈轴承45支撑。多个密封件50还可在端部和别处周围环绕转子40。中央区段55可包括一个或多个蒸汽入口60。流分离器65可在区段15、20之间延伸，以便分流穿过该处的进入蒸汽流70。
图2示出可与蒸汽涡轮10一起使用的级75的示例。大体而言，各级75可包括多个叶片80，其周向地布置在转子40周围。同样地，多个固定喷嘴85可周向地布置在定子90周围。叶片80和喷嘴85限定在它们之间用于蒸汽流70的流路径91，以便促进转子40的旋转。各叶片80可包括翼型件92，其从定子90延伸至流路径91中。喷嘴隔板93可从翼型件92朝向转子40延伸。迷宫式密封件94可从喷嘴隔板93朝向转子40延伸，以便限制穿过该处的泄漏。
在使用中，蒸汽流70行进穿过蒸汽入口60并且进入区段15、20中，使得机械功可通过蒸汽中的级75而从蒸汽中取出，以便旋转转子40。蒸汽流70然后可离开区段15、20用于进一步的处理等。本文中所述的蒸汽涡轮10仅用于示例目的。处于许多其他构造并且具有许多其他或不同构件的蒸汽涡轮和/或其他类型的涡轮机械也可用于本文中。
如上所述，蒸汽涡轮10中的有效的操作和充分的构件寿命需要冷却转子40。用于冷却转子40的已知方法可包括外部冷却源。其他技术可涉及使用反向蒸汽流以冷却转子40。例如，叶片80可经由转子叶轮95附连于转子40。转子叶轮95可具有一个或多个冷却孔96，其延伸穿过转子叶轮95用于反向冷却流。然而，该负根部反动(negative rootreaction)构思可具有对整体效率的影响。
图3示出如可在本文中说明的蒸汽涡轮100的部分。蒸汽涡轮100可包括延伸穿过其的转子110。多个级120可放置于转子110周围。在本文中可使用任意数量的级120。各级120可包括多个叶片130，其周向地排列在转子110周围用于与其旋转。叶片130可附连至转子叶轮135等。同样地，各级可包括多个固定喷嘴140，其周向地排列在定子150周围。叶片130和喷嘴140可限定用于蒸汽流170的流路径160，以便促进转子110的旋转。叶片130和喷嘴140可具有任何大小、形状、或构造。其他构件和其他构造也可用于本文中。
喷嘴140中的每个可包括翼型件180，其从定子150延伸至流路径160中。喷嘴隔板190可从翼型件180朝向转子110延伸。喷嘴隔板190可具有任何大小、形状、或构造。迷宫式密封件200等可从喷嘴隔板190朝向转子110延伸，以便限制沿着转子110的泄漏。其他构件和其他构造也可用在本文中。
喷嘴隔板190可包括放置于其中的导流器板210。导流器板210可包括空气入口220。空气入口220可通向一个或多个出口喷口230。任意数量的出口喷口230可与各空气入口220连通。出口喷口230可具有成角度构造240。成角度构造240可指向转子110和转子叶轮270。具有成角度构造240的出口喷口230的间隔可改变并且可优化。因此，导流器板210和其构件可具有任何大小、形状、或构造。任意数量的导流器板210可用于本文中。具有成角度构造240的出口喷口230可优化以从蒸汽流170的部分260提供朝向转子110的高速冲击流250。冲击流250可具有降低的温度，尤其是在转子叶轮270周围，以便保证充分的转子冷却。其他构件和其他构造也可用于本文中。
导流器板210因而将切向分量给予冲击流250的速度。切向速度或“预旋(pre-swirl)”可降低蒸汽相对于转子110的温度。该预旋还可通过降低转子110作用于流上的功的量从而降低转子110周围的风阻。作为结果，整体转子构件寿命可得到改善。导流器板210可为模块化的，并且可为原始装置或经过部分改装。
导流器板210因而可通过排除对冷却的当前负根部反动途径来增加空气动力学级效率。同样地，排除外部冷却源可导致改善的性能和降低的碳足迹。在泄漏方面的整体寄生流率和外部流率可降低。导流器板210因而可在增加的转子寿命的情况下改善整体操作。
导流器板210可与现有冷却技术一起使用并且/或者可全部或部分地替换此种现有技术。具有不同大小、形状和构造的导流器板210可一同用在本文中。不具有导流器板210的喷嘴隔板190可与其中具有导流器板210的喷嘴隔板190一起使用。
显然，上述内容仅涉及本申请和所得的专利的某些实施例。本发明可以在本领域技术人员在不脱离由下列权利要求及其等同物所限定的总体精神和范围规定的情况下，进行许多变更和修正。

Claims (18)

1.一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮，包括：
转子；
转子叶轮，所述转子叶轮具有延伸穿过其中的冷却孔；
多个喷嘴，其放置于所述转子周围；
所述多个喷嘴中的各个包括喷嘴隔板；并且
其中，所述喷嘴隔板中的一个或多个包括放置在其中且构造成将冲击流引导至所述转子的导流器板，所述导流器板包括：
空气入口，所述空气入口构造成接收所述蒸汽流的一部分，所述空气入口与所述转子叶轮轴向对准并且相对于所述转子叶轮的所述冷却孔径向向外地定位；以及
一个或多个出口喷口，所述一个或多个出口喷口构造成将来自所述空气入口的所述冲击流的方向改变成离开所述一个或多个出口喷口的切向流路径。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述一个或多个出口喷口包括成角度构造。
3.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述转子叶轮安装在所述转子上，并且其中，所述成角度构造将所述冲击流导向所述转子叶轮。
4.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，还包括附连于所述转子的多个叶片。
5.根据权利要求4所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述多个喷嘴和所述多个叶片包含穿过其间的流路径。
6.根据权利要求4所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述多个喷嘴和所述多个叶片包括所述蒸汽涡轮的级。
7.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述多个喷嘴中的各个包括放置于定子和喷嘴隔板之间的翼型件。
8.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述多个喷嘴中的各个包括在其上的迷宫式密封件。
9.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述导流器板包含原始装置。
10.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述导流器板包括改装。
11.一种操作蒸汽涡轮的方法，包括：
经由多个转子叶轮旋转放置于转子上的多个叶片，所述多个转子叶轮中的各个包括从其中延伸穿过的冷却孔；
迫使蒸汽流穿过所述多个叶片与多个喷嘴之间的流路径；
引导所述蒸汽流中的一部分穿过放置于所述多个喷嘴中的一个或多个周围的导流器板，所述导流器板包括空气入口，所述空气入口相对于所述相应的转子叶轮的所述冷却孔径向向外地定位；并且
将所述流中的一部分通过成角度构造导向所述转子。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括将导流器板放置在所述多个喷嘴中的一个或多个的喷嘴隔板内的步骤。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述流中的一部分包括冲击流。
14.一种由蒸汽流驱动的蒸汽涡轮级，包括：
转子；
多个叶片，其放置于具有多个转子叶轮的所述转子上，所述多个转子叶轮中各个都包括从其中延伸穿过的冷却孔；
多个喷嘴，其放置于所述转子周围；
所述多个喷嘴中的各个包含喷嘴隔板；并且
其中，所述喷嘴隔板包含导流器板以通过成角度构造将冲击流引导至所述转子，所述导流器板包括构造成接收所述蒸汽流的空气入口，所述空气入口与所述转子叶轮轴向对齐并且相对于所述相应的转子叶轮的所述冷却孔径向向外地定位。
15.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮级，其特征在于，所述导流器板包括一个或多个出口喷口。
16.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮级，其特征在于，所述成角度构造将所述冲击流导向所述转子叶轮。
17.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮级，其特征在于，所述成角度构造将切向分量给予所述冲击流。
18.根据权利要求14所述的蒸汽涡轮级，其特征在于，所述多个喷嘴和所述多个叶片包括穿过其间的流路径。
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