CN104279189A - 涡轮机的压力机壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮机的压力机壳。具体而言，本发明涉及一种压力机壳(10)，其包括多个机壳壳体(10a,10b)，该多个机壳壳体(10a,10b)借助于凸缘(12)在分离平面(11)中以压力密闭方式连接，其中，机壳壳体(10a,10b)借助于至少一个螺纹螺栓(14)在凸缘(12)的区域中的分离平面(11)中利用密封效果被压在一起，螺栓(14)垂直于分离平面(11)在通孔(13)中延伸穿过凸缘(12)。通过在其长度的一部分上充有热传递介质的至少一个螺纹螺栓(14)实现凸缘(12)与凸缘接头的连接螺栓(14)之间的减小的温差，其中，所述热传递介质经由延伸穿过凸缘(12)的孔(22,23,24)供应。

Description

涡轮机的压力机壳

技术领域

本发明涉及热涡轮机领域，诸如用于发电的固定式涡轮。其涉及压力机壳，压力机壳分成至少两个机壳壳体，该至少两个机壳壳体借助于凸缘在分离平面中以压力密闭方式可移除地连接。

背景技术

如在图1的实例中再现的或类似要求的其它设备的热涡轮机的压力机壳的常规螺栓凸缘接头具有多个缺点，这些多个缺点将由本发明消除。在图1中的已知压力机壳10中，两个机壳壳体10a和10b经由凸缘12在分离平面11中以压力密闭方式螺接在一起。这是借助于螺纹螺栓14来执行的，螺纹螺栓14借助于上机壳壳体10a中的通孔13拧入下机壳壳体10b中的螺孔16中，且在此情况下由螺母15支承，螺母15在上壳体10a的凸缘处的肩部上。机壳壳体10a,10b包绕用于工作介质(诸如空气、蒸汽或热燃烧气体)的流动通道18。

以下缺点由该布置引起：

在冷启动期间，在压力机壳10的预热阶段期间，包绕螺纹螺栓14的机壳材料比通孔13内的螺纹螺栓14的轴更快地加热，这由于螺栓和机壳10的不同热膨胀而可导致螺纹螺栓14的过载和塑性伸长。在机器操作期间，伸长的螺栓14可松弛，且螺栓力随随后的局部泄漏而减小。

为了避免上文所述的缺点，实施的状态趋于使连接螺栓尺寸过大。但较大的螺栓造成其它负面结果。

在重载位置处，可能发生的是，位于内部的密封件由于机壳壁中的应力而打开，而位于外部的支承唇部由于壁引起的转矩而更重地加载，且必须借助于外支承唇部上的较高反力来补偿螺栓力。因此，密封时所需的压力不再可得到保持，事实上连用较大的螺栓也不行，因为随着螺栓直径变得更大，螺栓力作用于其上的轴线比在较小螺栓的情况下更远离内密封唇部，以致于不改善实际的密封唇部防漏性(leak tightness)。

公开的专利申请DE 10225260 A1公开了一种用于轴向涡轮机的机壳，其具有借助于凸缘在水平分离平面中连接的上半壳体和下半壳体。连接螺栓延伸穿过上半壳体中的通孔，且置于下半壳体的螺孔中，由此，环形空间形成在螺栓的外表面与通孔的内表面之间。隔热套筒位于该环形空间的上部中。本解决方案的目的在于使连接螺栓与环境流体之间的热传递最小化。该解决方案不可解决预热阶段期间的上述问题。

专利申请WO 2003078799 A1公开了一种用于冷却或加热涡轮机壳中的凸缘螺栓的布置。螺栓包括沿轴向延伸穿过螺栓的一个或更多个开孔。所述开孔可选地充有加热或冷却介质。冷却或加热介质流过至少一个开孔，从而冷却或加热螺栓。螺栓的稳定温度状况实现了螺栓松弛的阻尼，且确保了在稳态操作期间和在瞬变操作期间螺栓力保持稳定。另一个公开的实施例教导了使螺栓配备有附加的径向开孔，该开孔从轴向开孔延伸至螺栓与凸缘钻孔之间的环形空间。该实施例实现了热传递的增大，且促进了冷却或加热梯度。该解决方案的优点在于，多个开孔削弱了螺栓的机械完整性。必须由螺栓的非期望的较大大小来补偿该完整性的削弱。

文献EP 1096111 B1中公开了完全不同的布置，其涉及用于蒸汽涡轮机壳的凸缘的冷却结构。通过冷却该凸缘来实现防止由凸缘螺栓的紧固力下降引起的蒸汽泄漏的目的。机壳的上半壳体和下半壳体覆盖有隔热材料，且多个冷却管路接触凸缘的外周端面。通过对流热传递来冷却凸缘。经由凸缘间接地冷却螺栓。

该冷却布置主要实现了凸缘的外周端部表面的冷却。螺栓的冷却效果较低，因为蒸汽涡轮内的工作蒸汽加热凸缘。螺栓的显著冷却将需要从凸缘大范围地移除热。

该冷却布置仅适用于涡轮的外机壳，而不适用于内机壳。上文提到的冷启动期间的问题未由该解决方案解决。

发明内容

因此，本发明的目的在于公开一种用于涡轮机的压力机壳，其避免了凸缘接头内(即，凸缘与连接螺栓之间)的显著热梯度，以在所有操作状态下改善螺栓力的稳定。

该目的借助于权利要求1的特征的总和来实现。本发明基于压力机壳，其包括至少两个机壳壳体，该至少两个机壳壳体可借助于凸缘在分离平面中以压力密闭方式连接，其中机壳壳体借助于至少一个螺纹螺栓在凸缘的区域中的分离平面中利用密封效果被压到一起，该至少一个螺纹螺栓垂直于分离平面延伸穿过凸缘。本发明的特征在于，该至少一个螺纹螺栓由热传递介质填充，即，基于操作要求而是加热或冷却介质，且该热传递介质经由穿过凸缘的孔供应或排出。

该措施支持凸缘和连接螺栓的温度的平衡，从而避免了启动阶段期间螺栓的过载和停机期间螺栓力的减小。

根据优选实施例，热传递介质在螺栓的轴与通孔的内侧表面之间的环形空间中填充螺栓。

根据另一个实施例，螺栓的轴与通孔的内侧表面之间的环形空间在其两个纵向端部上以气密方式密封，其中，在一个端部处，用于热传递介质的给送孔通向环形空间，且在相对端部处，用于热传递介质的出口孔分支。

本发明的一个发展方案的特征在于热传递介质为空气。

具体而言，热传递介质为压缩机空气。

根据备选实施例，热传递介质为蒸汽，特别是来自蒸汽涡轮的分支蒸汽。

附图说明

随后将结合附图来基于示范实施例更详细地阐释本发明。在附图中

图1示出了根据现有技术水平的压力机壳的凸缘接头的截面视图；

图2在截面顶视图中示出了根据本发明的压力机壳的凸缘接头；

图3在示范实施例中示出了本发明在压缩机中的使用。

参考标号列表

10 机壳

10a 上机壳壳体

10b 下机壳壳体

11 分离平面

12 凸缘

13 通孔

14 螺纹螺栓

15 螺母

16 螺孔

17 环形空间

18 流动通道

19 通道18中的工作介质流动方向

20 热传递介质的源、较高压力的空间

21 用于排出的热传递介质的容积，较低压力的腔

22 从源20到螺栓14的给送孔

23 从螺栓14到容积21的出口孔

24 螺栓14'、14'' …之间的连接孔

25 新鲜热传递介质

26 排出的热传递介质

27 部分使用的热传递介质

28 压缩机级

29 压缩机级

30 塞。

具体实施方式

在本发明的示范实施例中，由图2中示意性地再现的构造消除具有凸缘接头的常规压力机壳的上述缺点。如图1中所示，压力机壳10包括上机壳壳体10a和下机壳壳体10b，上机壳壳体10a和下机壳壳体10b在分离平面11中抵靠在凸缘12上且在此以压力密闭方式由螺纹螺栓14螺接于彼此。对于螺纹螺栓14中的各个，在凸缘12区域中的上机壳壳体10a中提供了通孔13，通孔13具有大于螺栓14外径的内径，以提供环形间隙17，且在该通孔13的侧表面中提供了加热或冷却介质的供应和排出。在两侧上，以气密方式密封环形空间17。

在操作期间，基于操作要求，冷却或加热介质经由至少一个给送孔22从源20供应至环形空间17。给送孔22在其纵向端部中的一个处通向空间17。热传递介质从该处围绕螺栓14的轴朝空间17的相对端部流动。经由出口孔23，热传递介质离开环形空间17以排出到相比于源20的压力具有较低压力的容积21中。该容积21可为机壳10内侧或外侧的适合的腔。出口孔23以加强热传递介质与凸缘12之间的热传递的方式再次延伸穿过凸缘12。

热传递介质从流体源20供应。原则上，具有高于容积21压力的压力和要求可操作范围中的温度的任何源20都是适合的。用于热传递介质的优选源20为燃气涡轮的空气仓室或压缩机或蒸汽涡轮的流动通道18。给送孔22从该源20以允许凸缘12与热传递介质之间的热传递的方式穿过凸缘12。给送孔22可具有圆形或非圆形(特别是矩形)的截面。给送孔22可包括截面扩大的区段以组合来自不同源20的给送孔22或使给送孔22分支到不同的通孔13。

根据本发明的实施例，给送孔22或出口孔23布置在分离线11中。通过此布置，例如通过在凸缘12的接触表面中铣削凹槽，可容易地制造弯曲或甚至蛇形的孔22、23。

图2示意性地示出了实现本发明的备选实施例。根据第一实施例，在图2的左侧上示出，空气的质量流从仓室20排出到给送线22中。给送线22经过凸缘12的区域，且终止于第一螺纹螺栓14'的通孔13'中。热传递介质从该第一通孔13'穿过凸缘12内侧的连接孔24至第二通孔13''中的第二螺栓14''，等等。最后，排出的热传递介质26经由出口孔23排出到流动通道18中。

根据第二实施例，如图2的右侧上所示，涡轮机的流动通道18作用为热传递介质的源。工作介质的分流从流动通道18分支，且给送到给送线22中。热传递介质从给送线22穿过凸缘12至一个或更多个连接螺栓14，且最后经由出口孔23排出到涡轮机的外机壳内侧或外侧的腔21中。

图3的实施例涉及本发明的另一个实施例，其尤其可适用于压缩机机壳。压缩机的下壳体和上壳体配备有凸缘12。延伸穿过上壳体10a中的通孔13的螺纹螺栓14通过与下半壳体中的螺纹相互作用来以气密方式连结两个半壳体。压缩机的流动通道18包括多个压缩机级。给送线22在限定的导叶排(i)(标号28)处从流动通道18分支。给送线22延伸穿过凸缘12，且在其纵向端部处终止于第一通孔13'内侧。在相对的纵向端部处，连接孔24将该第一通孔13'与第二通孔13''连接，由此该第二孔13''相对于流动通道18中的工作介质的流动方向19位于上游。出口孔23从第二通孔13''延伸穿过凸缘12，且在上述导叶排(i)(标号29)上游的导叶排29处终止于流动通道18中，即，具有较低压力的上游压缩机区段中。在瞬变操作阶段期间，压缩机空气流的分流25从流动通道18分支到给送孔22中。在对流热传递下，空气流25经过凸缘12，例如在其上纵向端部处进入通孔13'与第一螺栓14'的轴之间的环形空间17'。空气在对流热传递下沿螺栓14'的轴流动。在相对的纵向端部处，空气流27进入连接孔24，再次经过凸缘12，且到达第二螺栓14''的通孔13''，沿第二螺栓14''的轴流动。经由出口孔23，排出空气26在位于导叶排28上游的导叶排29处被引导回流动通道18中。

用于凸缘和螺栓温度调整的装置的该实施例利用了两个不同压缩机级之间的压差。

由于根据本发明的此类构造，故实现了以下优点：

·流过通孔13与螺纹螺栓14之间的环形空间17的热传递介质将在启动期间比使用的常规解决方案更快地预热螺栓14；

·流过通孔13与螺纹螺栓14之间的环形空间17的热传递介质将在停机期间更快地冷却螺栓14；

·瞬变操作模式期间凸缘12与连接螺栓14之间的温差显著地减小；

·启动阶段期间连接螺栓14的过载风险得到消除；

·保持了停机期间螺栓的预张紧。

Claims (13)

1. 涡轮机的压力机壳，其包括至少两个机壳壳体(10a,10b)，所述至少两个机壳壳体(10a,10b)借助于凸缘(12)在分离平面(11)中以压力密闭方式连接，其中，所述机壳壳体(10a,10b)借助于至少一个螺纹螺栓(14)在所述凸缘(12)的区域中的所述分离平面(11)中利用密封效果被压到一起，所述至少一个螺纹螺栓(14)垂直于所述分离平面(11)延伸穿过所述凸缘(12)中的通孔(13)，并且其中，所述至少一个螺纹螺栓(14)由热传递介质填充，其特征在于，用于所述热传递介质的给送孔(22)或出口孔(23)中的至少一个穿过所述凸缘(12)。

2. 根据权利要求1所述的压力机壳，其特征在于，用于所述热传递介质的一个或更多个给送孔(22)始于用于所述热传递介质的源(20)处，延伸穿过所述凸缘(12)，且终止于所述通孔(13)的侧表面中。

3. 根据权利要求1或2所述的压力机壳，其特征在于，用于所述热传递介质的一个或更多个出口孔(23)始于所述通孔(13)处，延伸穿过所述凸缘(11)，且终止于与所述源(20)的压力相比压力相对较低的容积(21)中。

4. 根据权利要求1至3中的一项所述的压力机壳，其特征在于，环形空间(17)设在所述通孔(13)的内侧表面与所述螺纹螺栓(14)的轴之间，该环形空间(17)以密闭方式在其两个纵向端部上密封，且该环形空间(17)由所述热传递介质填充。

5. 根据权利要求4所述的压力机壳，其特征在于，所述给送孔(22)或所述出口孔(23)中的至少一个通向所述环形空间(17)。

6. 根据权利要求5所述的压力机壳，其特征在于，至少一个给送孔(22)和至少一个出口孔(23)通向所述环形空间(17)的相对端部。

7. 根据权利要求1至6中的一项所述的压力机壳，其特征在于，用于所述热传递介质的通路(22,23,24)的至少一部分布置在所述凸缘(12)的分离线(11)中。

8. 根据权利要求1至7中的一项所述的压力机壳，其特征在于，热传递介质为空气。

9. 根据权利要求1至7中的一项所述的压力机壳，其特征在于，所述热传递介质为蒸汽。

10. 根据权利要求1至9中的一项所述的压力机壳，其特征在于，用于新鲜热传递介质的源(20)为所述涡轮机的仓室或流动通道(18)。

11. 根据权利要求10所述的压力机壳，其特征在于，所述新鲜热传递介质的源(20)和用于排出的热传递介质的所述容积(21)两者为所述涡轮机的流动通道(18)。

12. 根据权利要求11所述的压力机壳，其特征在于，所述涡轮机为压缩机。

13. 根据权利要求1至10中的一项所述的压力机壳，其特征在于，所述机壳为燃气涡轮的内载体。