CN107923246A - 用于蒸汽轮机的转子冷却 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蒸汽轮机以及一种用于运行该蒸汽轮机的方法。所述蒸汽轮机包括高压部分(1)和分开的、双流式的中压部分(11)，其中冷却蒸汽从高压部分涡轮机(1)流入到中压部分涡轮机(11)中。从冷却蒸汽腔(9)中提取冷却蒸汽并且经由冷却管路(24)导入到转子卸荷槽(25)中，所述冷却蒸汽腔在推力平衡活塞(5)和高压内壳体(8)之间形成，所述转子卸荷槽设置在中压部分涡轮机的中压流入区域(17)中。

Description

用于蒸汽轮机的转子冷却
技术领域
本发明涉及一种蒸汽轮机，其包括：高压部分涡轮机，所述高压部分涡轮机包括可转动地安装的高压转子和围绕高压转子设置的高压内壳体，所述高压转子包括多个工作叶片并且具有推力平衡活塞，其中在推力平衡活塞和高压内壳体之间形成冷却蒸汽腔；和中压部分涡轮机，其中中压部分涡轮机包括中压转子，其中中压转子具有流入区域，其中冷却管路伸入到流入区域中，所述冷却管路与高压部分涡轮机流体连接。
本发明还涉及一种用于运行蒸汽轮机的方法。
背景技术
在本申请的意义上，蒸汽轮机理解为任意的涡轮机或部分涡轮机，其由呈蒸汽形式的工作介质穿流。与此不同的是，燃气轮机由气体和/或空气作为工作介质穿流，然而与在蒸汽轮机中的蒸汽相比，其处于完全不同的温度和压力条件下。
蒸汽轮机通常包括装配有叶片的可转动地安装的转子，所述转子设置在壳体或壳体罩内部。在用加热的且处于压力下的蒸汽穿流流动通道的由壳体罩形成的内腔时，转子经由叶片通过蒸汽置于转动中。转子的叶片也称作为工作叶片。在内壳体上，还通常悬挂有固定的导向叶片，所述导向叶片沿着体部的轴向伸展接合到转子叶片的间隙中。导向叶片通常沿着蒸汽轮机壳体的内侧保持在第一部位上。在此，所述导向叶片通常是导向叶片排的部分，所述导向叶片排包括多个导向叶片，所述多个导向叶片沿着内环周设置在蒸汽轮机壳体的内侧上。在此，每个导向叶片连同其叶身径向向内指向。沿着轴向伸展在提到的第一部位处的导向叶片排也称作为导向叶栅或导向叶片环。通常，多个导向叶片排相继连接。相应地，在沿着轴向伸展位于第一部位下游的第二部位处，另外的第二叶片沿着蒸汽轮机壳体的内侧保持。一对导向叶片排和工作叶片排也称作为叶片级。
这种蒸汽轮机的壳体罩能够由多个壳体区段形成。蒸汽轮机的壳体罩尤其可理解为蒸汽轮机的或部分涡轮机的固定的壳体构件，所述壳体构件沿着蒸汽轮机的纵向方向具有呈流动通道形式的内腔，所述内腔设计为用于由呈蒸汽形式的工作介质穿流。根据蒸汽轮机类型，这能够是内壳体和/或导向叶片承载件。然而也能够设有涡轮机壳体，所述涡轮机壳体不具有内壳体或不具有导向叶片承载件。
出于效率原因，这种用于所谓的“高蒸汽参数”，即尤其高的蒸汽压力和/或高的蒸汽温度的蒸汽轮机的设计方案能够是值得期望的。然而，由于材料技术的原因，尤其温度提高并非是无限制地可行的。在此，为了即使在特别高的温度下也能够实现蒸汽轮机的经济的和安全的运行，因此各个构件或部件的冷却能够是值得期望的。这是因为构件在其耐热性方面是受限的。在没有有效冷却情况下，在温度升高时明显更昂贵的材料(例如镍基合金)是必要的。
在至今为止已知的冷却方法中，尤其针对呈蒸汽轮机壳体或转子形式的蒸汽轮机体部，可在主动冷却和被动冷却之间进行区分。在主动冷却中，通过独立于蒸汽轮机本体的，即附加地输送至工作介质的冷却介质引起冷却。相反，被动冷却仅通过适当地引导或使用工作介质进行。至今为止，优选被动冷却蒸汽轮机本体。
蒸汽轮机通常包括高压部分涡轮机、中压部分涡轮机以及低压部分涡轮机。新鲜蒸汽首先流入到高压部分涡轮机中并且接着流至中压部分涡轮机并且随后流至低压部分涡轮机。蒸汽轮机使用在蒸汽发电厂中，例如化石燃料的蒸汽发电厂中。在化石燃料的蒸汽发电厂中，对要达到的效率的要求提高。越来越多地要求和期望针对较高的蒸汽轮机温度的设计方案。因此，直至630℃的进入温度是期望的。这样高的温度造成用于转子和用于壳体的材料的高的热负荷。由于承受高的热负荷的区域，例如流入区域，达到转子的使用极限。在温度提高时，用于转子的材料的强度特征值不成比例地减小。因此，尤其在中压部分涡轮机转子中，从材料温度中得出关于在轴内部中的负载的最大允许的轴径或在转子的靠近边缘的区域中的最大允许的离心力，这尤其在60Hz的应用中能够造成限制。通常，能够通过降低温度，也就是说将表面和/或轴内部冷却，或者实现在原料给定时扩展转子的机械的使用极限，或者在其他情况下避免换成更高成本的且更昂贵的原料。然而，成问题的是，任何冷却都具有对部分涡轮机效率的负面作用。因此，在所需的冷却蒸汽量最小时，使用压力水平仅略微高于中压流入部的压力水平的冷却蒸汽是一种已知的且效率方面有效的可行性。因为这种蒸汽仅绕流再热器和中压阀，而不绕流工作着的涡轮机级，所以对效率的影响保持相对小。尤其在双流式构成的中压部分涡轮机相对大时，转子轴线通常是关于整体性的主导位置，因为在该处由大的离心力和高的温度构成的组合造成高的蠕变应变或蠕变疲劳。因此，已知的是，提取高压废蒸汽并且将其在斜流级的导环的屏蔽部下方导入，以便由此冷却中压部分涡轮机的流入区域。因此，热力学的损耗可估计为小的。然而，在此具有如下缺点，即中压部分涡轮机的流入区域被迫面对相对大的温度差。
温度高于高压废蒸汽的温度的冷却蒸汽的温度将足以用于冷却。然而，从高压叶片系统的较热的区域中提取蒸汽会适得其反，因为在此随着压力差的提高，热力学的损耗也提高。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出一种蒸汽轮机，其能够被更好地冷却。这通过根据权利要求1的蒸汽轮机实现，所述目的还通过根据权利要求10的方法实现。
本发明的一个主要特征是，从高压部分涡轮机中提取用于中压部分涡轮机的冷却蒸汽，其中从冷却蒸汽腔中提取冷却蒸汽，在推力平衡活塞和高压内壳体之间提取所述冷却蒸汽。
因为所述冷却蒸汽由部分膨胀的蒸汽构成，所以所述冷却蒸汽是足够冷的，以便冷却中压转子。
在这种情况下，使用用于冷却高压部分涡轮机的冷却蒸汽作为冷却蒸汽。所述冷却蒸汽也称作为内部的冷却蒸汽。所述内部的冷却蒸汽用于中压区域的外部冷却。这使得由于冷却质量流需求最小而导致的对涡轮机效率的不期望的负面影响最小，进而也使设备方面的耗费最小。
另一有利的效果是，在将两种蒸汽质量流混合时产生不同温度的能损失较少。此外，达到在密封装置上的较小的运行间隙。因此，这两种效果都减少中压轴冷却装置的效率缺陷。针对具有级联的旁路系统的发电厂，将活塞泄漏蒸汽用于冷却的另一优点是，冷却蒸汽温度的波动(其从推力平衡活塞下游的空间中供给)较小。
有利的改进方案在从属权利要求中给出。
因此，在第一有利的改进方案中，蒸汽轮机被改进为，使得围绕高压转子和高压内壳体设置有高压外壳体，其中推力平衡活塞具有沿旋转方向指向高压外壳体的后侧，并且在后侧和外壳体之间构成有与冷却蒸汽腔流体连接的另一冷却蒸汽腔。
在一个特别有利的改进方案中，高压部分涡轮机具有新鲜蒸汽输送通道，其中高压内壳体包括多个导向叶片，所述导向叶片设置为，使得沿着流动方向形成具有多个叶片级的流动通道，所述叶片级分别具有一排工作叶片和一排导向叶片，其中高压内壳体具有连接装置，所述连接装置构成为在叶片级下游的流动通道与高压转子的和高压内壳体的推力平衡活塞之间的连通管道，其中高压内壳体具有交叉回引通道，所述交叉回引通道选作在冷却蒸汽腔和在流动通道中设置在叶片级下游的入流腔之间的连通管道。
结合实施例的下述描述，本发明的上文所描述的特性、特征和优点以及实现这些的方式和方法变得更清楚且更易理解，结合附图详细阐述所述实施例。
附图说明
下面根据附图描述本发明的实施例。所述附图没有合乎比例地示出实施例，更确切地说附图仅用于阐述，以示意性的和/或略微失真的形式描述。对于在附图中直接可辨认的原理的补充，参照所附的现有技术。
附图示出：
图1示出蒸汽轮机的示意图，所述蒸汽轮机包括高压部分涡轮机和中压部分涡轮机；
图2示出中压部分涡轮机的流入区域的示意图；
图3示出高压部分涡轮机的一部分的示意图。
具有相同工作方式的构件保持相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出高压部分涡轮机1。高压部分涡轮机1包括多个工作叶片2(出于概览性的原因，在图1中仅一个工作叶片设有附图标记2)。高压转子3以可围绕旋转轴线4转动的方式安装。高压转子3包括推力平衡活塞5，所述推力平衡活塞设置在流入区域6和外壳体7之间。在推力平衡活塞5和高压内壳体8之间形成冷却蒸汽腔9。
高压内壳体8围绕高压转子3设置。高压部分涡轮机1具有高压流入区域6，在运行中热蒸汽通过所述流入区域流入。接着，流入的热蒸汽流过多个高压工作叶片和高压导向叶片。在这种情况下，蒸汽的热能转换成转子3的旋转能。
在图1中没有详细示出转子3的安装。在热蒸汽流动穿过在高压部分涡轮机1中的流动通道之后，蒸汽从高压部分涡轮机1中的流出区域10流出。图1中还示出中压部分涡轮机11，所述中压部分涡轮机具有中压转子12以及围绕中压转子12设置的中压内壳体13。中压内壳体13设置在中压外壳体14中。
中压转子12包括多个分布到环周上的工作叶片15。出于概览性的原因，仅一个工作叶片设有附图标记15。此外，中压内壳体13具有多个围绕旋转轴线4均匀分布的导向叶片16。出于概览性原因，仅一个导向叶片设有附图标记16。中压蒸汽流入到中压流入区域17中。所述蒸汽沿大致垂直于旋转轴线4的中压流入方向18流动。
在这种情况下，中压流入蒸汽碰撞到导环19上，所述导环具有第一斜流级20，所述导环将蒸汽转向第一流道21。此外，蒸汽经由第二斜流级22流向第二流道23。
导环19包括第一导环19a和第二导环19b。此外，导环19具有冷却管路，冷却蒸汽被导入到冷却管路中并且冷却蒸汽流过所述冷却管路。所述冷却蒸汽管路24伸入到由导环19和中压转子的卸荷槽25形成的腔中。
冷却管路24与冷却蒸汽腔9和另一冷却蒸汽腔28流体连接。
图2示出中压部分涡轮机11的流入区域。
推力平衡活塞5具有沿旋转轴线方向26指向高压外壳体7的后侧27。在后侧27和高压外壳体7之间构成有另一冷却蒸汽腔28，所述另一冷却蒸汽腔与冷却蒸汽腔9流体连接。
高压外壳体7具有用于将另一冷却蒸汽腔28与冷却管路流体连接的管路(在图3中未示出)。
高压外壳体7和高压内壳体8构成为，使得高压部分涡轮机1具有新鲜蒸汽输送通道29。高压内壳体8包括多个高压导向叶片30。高压导向叶片30设置为，使得沿着流动方向31形成流动通道32，所述流动通道具有多个叶片级，所述叶片级分别具有一排工作叶片和一排导向叶片。
高压内壳体8具有连接装置33、34、35，所述连接装置构成为在叶片级下游的流动通道32与高压转子3的和高压内壳体8的推力平衡活塞前腔36之间的连通管道。
高压内壳体8具有交叉回引通道37，所述交叉回引通道构成为在冷却蒸汽腔9和在流动通道32中设置在叶片级下游的入流腔38之间的连通管道。
交叉回引通道37也能够构成为在推力平衡活塞前腔36和在流动通道32中设置在叶片级下游的入流腔38之间的连通管道。
导环19不仅在第一流道21中而且在第二流道23中具有无接触的密封装置(例如迷宫式密封装置39)。
在高压内壳体8和高压外壳体7之间设置有密封装置52，所述密封装置将另一冷却蒸汽腔28与连接装置34分开。
尽管本发明的细节通过优选的实施例详细阐述和描述，但是本发明不局限于公开的实例，并且从中能够由本领域技术人员推导出其他变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种蒸汽轮机，
包括高压部分涡轮机(1)，所述高压部分涡轮机具有高压外壳体(7)和高压内壳体(8)，
其中所述高压外壳体(7)和所述高压内壳体(8)具有新鲜蒸汽输送通道(29)，
其中在所述高压内壳体(8)内以转动安装的方式设置有包括多个工作叶片(2)的高压转子(3)，所述高压转子具有推力平衡活塞(5)并且能够围绕旋转轴线(4)转动地安装，并且所述高压内壳体(8)具有多个高压导向叶片(30)，所述高压导向叶片设置为，使得沿着流动方向(31)形成具有多个叶片级的流动通道(32)，所述叶片级分别具有一排工作叶片(2)和一排导向叶片(30)，
其中所述高压内壳体(8)具有连接装置(33，34，35)，所述连接装置构成为在叶片级下游的流动通道(32)和推力平衡活塞前腔(36)之间的连通管道，所述推力平衡活塞前腔在所述高压转子(3)的推力平衡活塞(5)和所述高压内壳体(8)之间，
其中所述高压内壳体(8)具有回引通道(37)，所述回引通道构成为在密封腔(40)和设置在叶片级下游的入流腔(38)之间的连通管道，所述密封腔在所述高压转子(3)和所述高压内壳体(8)之间，
其中从所述旋转轴线(4)沿径向方向(50)观察在所述推力平衡活塞(5)和所述高压内壳体(8)之间构成有推力平衡活塞冷却蒸汽腔(51)，
所述蒸汽轮机还包括中压部分涡轮机(11)，
其中所述中压部分涡轮机(11)具有中压转子(12)和流入区域(17)，
其中冷却管路(24)伸入到所述流入区域(17)中，所述冷却管路与所述高压部分涡轮机(1)流体连接，
其特征在于，
所述冷却管路(24)与所述推力平衡活塞冷却蒸汽腔(51)流体连接。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机，
其中沿旋转方向(4)观察在所述推力平衡活塞(5)和所述高压外壳体(7)之间设置有另一冷却蒸汽腔(28)，所述另一冷却蒸汽腔与所述推力平衡活塞冷却蒸汽腔(51)流体连接并且所述冷却管路(24)与所述另一冷却蒸汽腔(28)流体连接。
3.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机，
其中所述高压外壳体(7)具有用于将所述另一冷却蒸汽腔(28)与所述冷却管路(24)流体连接的管路。
4.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机，
其中所述中压部分涡轮机(11)双流式地构成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机，
其中在所述中压流入区域(17)中所述中压转子(12)具有卸荷槽(25)。
6.根据权利要求5所述的蒸汽轮机，
其中在所述卸荷槽(25)上方设置有斜流环(19a)，所述斜流环构成为，使得流入到所述中压流入区域(17)中的蒸汽能够不仅转到第一流道(21)中而且转到第二流道(23)中，并且在所述斜流环(19a)中设置有所述冷却管路(24)。
7.根据权利要求6所述的蒸汽轮机，
其中所述冷却管路(24)通入到所述卸荷槽(25)中。
8.根据权利要求7所述的蒸汽轮机，
其中在所述斜流环(19a)和所述中压转子(12)之间设置有无接触的密封装置，尤其迷宫式密封装置(39)。
9.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项构成的蒸汽轮机的方法，
其中将冷却蒸汽自所述推力平衡活塞冷却蒸汽腔(51)从所述高压部分涡轮机(1)引导到所述中压部分涡轮机(11)中。
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