CN1084823C - 带涡轮叶片的蒸汽轮机及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带涡轮叶片的蒸汽轮机(14)，该蒸汽轮机具有相对于主轴(2)定向的涡轮叶片(1)，该涡轮叶片具有弯曲的蒸汽迎流面(3)。在涡轮叶片(1)内部(4)设有射流通道(5)，该射流通道(5)与许多射流出口(6)以流体技术连接，其中，每个射流出口(6)连通到迎流面(3)上。本发明还涉及将这种蒸汽轮机(14)应用在干燥褐煤的一设备(17)上，其中通过干燥所产生的蒸汽(21)被输送给蒸汽轮机(14)。

Description

带涡轮叶片的蒸汽轮机及其应用
本发明涉及一种蒸汽轮机，尤其是一种其涡轮叶片相对于主轴线定向并具有一弯曲的蒸汽迎流面的低压蒸汽轮机，本发明还涉及对蒸汽轮机的应用。
在DE43355981A1中涉及到了在压缩上或在前置于燃气轮机设备的膨胀燃气轮机上的沉积污垢这一课题。由于来自空压机的空气被冷却并被输送到膨胀燃气轮机，因此会出现结冰或污垢积聚的危险。这一点可以通过在膨胀燃气轮机叶片上的中心孔并由此分流到叶片表面上的径向孔来防止。叶片通过在压缩机内加热的空气被加热，导致叶片上的冰被融化。由此在膨胀燃气轮机叶片表面上形成一水保护膜，必要时由此膜排除污垢颗粒。在此膨胀燃气轮机以同样的介质，即通过压缩机压缩的空气所驱动，叶片也已被压缩空气所流过。
根据慕尼黑-维也纳·汉泽尔出版社出版的迪泽尔所著《蒸汽轮机》1980年第三版，各种不同的蒸汽轮机已为公众所知。其第3·3·3段“叶片边缘侵蚀”专门研究了在大型凝汽式汽轮机上避免流出边缘上的侵蚀。为了减少出现的侵蚀，一方面对蒸汽轮机脱水，另一方面对涡轮机叶片进行机械处理。这种机械处理在于焊上耐磨损的材料或涡轮叶片感应淬火。
本发明的目的在于提供一种适合于用侵蚀蒸汽驱动的蒸汽轮机。本发明的另一目的在于给出这种蒸汽轮机的用途。
其中，有关蒸汽轮机的目的是通过一蒸汽轮机，尤其是一种低压蒸汽轮机来实现的，该蒸汽轮机具有相对于主轴定向的叶片，该叶片具有在箱体(导向叶片)或涡轮机轴(工作叶片)上锚定的叶片根部，和对于蒸汽的弯曲迎流面及在其内部的射流通道，射流通道与许多射流出口流体连通。在此每一射流出口通至迎流表面，其在叶片根部与外部相通，在安装叶片根部的凹槽中有一用于将纯蒸汽输送到射流通道的通道。
通过输入纯蒸汽或无杂质射流，使其穿过叶片根部和涡轮叶片到达迎流面，在迎流面，有时也在涡轮叶片表面的其它部位产生一保护射流膜，尤其是一蒸汽膜。这一蒸汽膜形成一围绕涡轮叶片的边界层，使涡轮叶片表面尽可能地与蒸汽轮机所流入的蒸汽隔离。由此可以实现以侵蚀蒸汽驱动蒸汽轮机，这样的侵蚀蒸汽例如有通过干燥褐煤或其它可燃材料，如家庭或工业垃圾所得到的受污染的蒸汽。作为杂质可以是钠，钾，钙，镁，铁，氯，硝酸盐以及硫化物。一种通过干燥褐煤所产生的蒸汽被称作“余气”。通过围绕迎流面的蒸汽膜避免了杂质的沉积并明显地减少了腐蚀的危险和侵蚀。
具有迎流面流体连通的射流通道的涡轮叶片可以在侵蚀蒸汽驱动的蒸汽轮机上实现，通过射流通道流入及在出口面(Abstroemflaeche)射出射流使侵蚀蒸汽尽量远离涡轮机叶片表面。按照所需的通过射流通道的射流流量来相应设计该射流通道的尺寸。该射流通道可以设计成一个孔或多个孔，从而在一涡轮叶片内部形成一空心孔。由干燥湿褐煤所产生的例如侵蚀蒸汽可能包括很多杂质，这些杂质在通常的涡轮叶片上可能导致侵蚀，腐蚀或沉积。当然，通过采用特殊材料，例如具有低应力状态的材料或在涡轮叶片表面敷上一层专门的涂层，可以避免涡轮叶片被侵蚀和腐蚀。
涡轮叶片优选具有一个用于锚定在箱体(导向叶片)或涡轮机轴(工作叶片)上的叶片根部，其中，在叶片根部内的射流通道与外部连通。因而流体，尤其是纯蒸汽或空气可简单地由叶片根部穿过箱体及涡轮轴进入射流通道。因而这一射流通道使得在蒸汽轮机中产生的流体阻力和效率损失很小。
射流通道基本上平行于主轴构成。该射流通道具有一个或多个轴向孔。
射流出口最好基本上垂直于主轴设置。它们可以特别简单地通过钻孔或浇铸形成。射流输入通道及输出通道的通孔结构也允许事后在涡轮叶片上制成。由此射流出口事后在迎流面以及涡轮叶片其它表面区域的分布也可以根据蒸汽轮机里的蒸汽条件来改变。通过输入纯蒸汽，使之穿过射流出口，在迎流面以及可能处于更下游的涡轮叶片表面上形成一蒸汽膜。这一蒸汽膜减少或完全防止带有杂质的侵蚀蒸汽与涡轮叶片表面接触。蒸汽膜防止侵蚀蒸汽中所携带的杂质在表面上沉积，并可以明显减少涡轮叶片迎流面的侵蚀和腐蚀。
流体通道在所述凹槽中设计成一个槽，该槽与多个涡轮叶片，在此指叶片根部在流体技术上相互连接。在此该槽首选是环形槽并位于蒸汽轮机箱体或者涡轮机轴上。
蒸汽轮机尤其适合于应用在一个干燥发电站燃料，特别是湿褐煤的设备上。通过干燥湿褐煤例如可以提高以褐煤作为燃料的发电站设备的效率。在此褐煤可以用低值蒸汽，如由涡轮机低压段抽汽来进行干燥。由褐煤中汽化的水份被收集在蒸汽中，并成为一种饱和蒸汽状态。边种饱和蒸汽可以在涡轮机低压段减压到0.1bar以下。由此至少有一部分热能，即用于干燥湿褐煤的热能又被回收。由湿褐煤产生的蒸汽同样含有大量杂质，尤其是钠，钾，钙，镁，铁，氯，硝酸盐以及硫化物。在低压蒸汽轮机运行时，这些杂质可能导致较严重的涡轮叶片的腐蚀或侵蚀，而这种情况在按照本发明的蒸汽轮机中通过涡轮叶片的结构设计被尽量得以避免。
下面借助附图所示实施例对带有涡轮叶片的蒸汽轮机及其应用作进一步详细说明，附图中：
图1为带有涡轮叶片的蒸汽轮机的纵向剖面图，
图2为通过图1涡轮叶片组的横剖面图，
图3为蒸汽轮机在燃料或垃圾干燥设备中的布置原理图。
在图1中示出一通过蒸汽轮机14，尤其是一低压蒸汽轮机的纵向剖面图。在蒸汽轮机14的箱体8上有一涡轮轴9。该涡轮轴9具有一环状凹槽12用来支承工作叶片1a。与此类似地在箱体8上也有一环状凹槽12用来支承导向叶片1b。为示图更清晰明了，工作叶片1a和导向叶片1b都分别只示出一半。每一涡轮叶片1，即每个工作叶片1a和每个导向叶片1b都有一相应的叶片根部7。各凹槽12的形状都与叶片根部的形状相匹配。各涡轮叶片1沿主轴2设置。由叶片根部7开始在每一叶片1上都具有一平行于主轴2，几乎完全穿透涡轮叶片1的由孔所构成的射流通道5。由射流通道5分支出许多与其垂直相交的同样以孔所构成的射流出口6。所述射流出口6从射流通道5一直延伸到驱动蒸汽轮机14的蒸汽流21所面对的半圆状迎流面3(见图2)。所述射流出口6分布在构成涡轮叶片1表面部分的迎流面3上，以使迎流面3被蒸汽膜11所覆盖。蒸汽膜11通过蒸汽流10产生，蒸汽流通过在凹槽12内的流体通道13输入。迎流面3以及可能处于更下游的涡轮叶片1上的流动表面因而针对蒸汽流21被保护起来。随着蒸汽流21一同输入的，例如由干燥湿褐煤所带入的杂质既不能沉积在迎流面3上，也不会导致对涡轮叶片1的严重侵蚀和腐蚀。流体通道13为一位于凹槽12里的环槽13a，通过这个槽将所有的导向叶片组和工作叶片组流体连通。槽13a例如可以由在图中一个未示出的位于涡轮轴9以及箱体8上的轴向孔来提供纯蒸汽16，在这个孔上可以连接有多个轴向相互间隔的槽13a。
图2示出通过带有两个工作叶片1a的工作叶片组的放大的横剖面图。每个工作叶片1a都有一半圆状弯曲的沿主轴2方向定向的迎流面3。大约在半圆状弯曲的迎流面3的中心设有一具有圆孔截面的射流通道5。在所示横剖面上沿与蒸汽流21的流向相反的方向有一由射流通道5通往迎流面3的射流出口6。图中示出沿所示主轴2方向在所述横剖面的上部或下部的另外一横剖面上分别有相对于所述射流出口6偏转45°的另一射流出口6。通过在主轴2方向上交变布置射流出口6，可形成一特别均匀的蒸汽膜结构。
图3简略示出带有一高压涡轮机22，一作为蒸汽源20的低压涡轮机和一与其相连的发电机15的发电站设备19。该低压涡轮机是纯蒸汽16的蒸汽源20，并具有一输出低压蒸汽的抽汽头。纯蒸汽16输送给用于干燥燃料18或垃圾的设备17。由于干燥产生侵蚀蒸汽，其中含有杂质，如钠，钾，钙，镁，铁，氯，硝酸盐以及硫化物。这种蒸汽被输送到同样与发电机15相连的低压蒸汽轮机14。低压蒸汽轮机14具有与图1和图2类似的涡轮叶片1，该叶片通过位于其内部的射流通道输入蒸汽源20的纯蒸汽16。纯蒸汽16流出到涡轮叶片1的入流面3上，由此来防止侵蚀蒸汽。
本发明的出色之处在于蒸汽轮机具有这样一种涡轮叶片，在其内部具有一纯蒸汽射流通道，该射流通道通过许多射流出口与迎流面连接。通过纯蒸汽的输入，尤其是通过涡轮叶片的根部进到射流通道并进入到迎流面，在迎流面上形成一覆盖的蒸汽膜。这一蒸汽膜为以侵蚀蒸汽所驱动的蒸汽轮机中的叶片提供了保护层。带有这种涡轮叶片的蒸汽轮机在采用干燥湿褐煤过程中所产生的侵蚀蒸汽时最适合，在这种蒸汽中有大量的杂质。通过这种纯蒸汽输入结构可以可靠地防止侵蚀性杂质在涡轮叶片表面上沉积，并明显地减少对涡轮叶片的侵蚀和腐蚀。

Claims (6)

1.一种用不洁蒸汽驱动的蒸汽轮机(14)，其具有相对于主轴(2)定向的涡轮叶片(1)，该涡轮叶片具有用于锚定在箱体(8)或涡轮轴(9)上的叶片根部(7)及弯曲的蒸汽迎流面(3)，在叶片内部(4)具有一射流通道(5)，该射流通道(5)
a)与许多射流出口(6)流体连通，其中每个射流出口(6)通至迎流面(3)上，
b)该射流通道在叶片根部(7)与外部相通，其中，在安装叶片根部(7)的凹槽(12)里有一连通射流通道(5)用于输送纯蒸汽(16)的流体通道(13)。
2.按照权利要求1所述的蒸汽轮机(14)，其中所述涡轮叶片(1)的射流出口(6)分布在迎流面(3)上，使得由射流通道(5)所提供的蒸汽流(10)形成一覆盖保护迎流面(3)的蒸汽膜(11)。
3.按照权利要求1或2所述的蒸汽轮机(14)，其中所述涡轮叶片(1)的射流通道(5)基本上平行于主轴(2)。
4.按照权利要求1所述的蒸汽轮机(14)，其中所述涡轮叶片(1)的每个射流出口(6)基本上垂直于主轴(2)设置。
5.按照权利要求1所述的蒸汽轮机(14)，其中所述流体通道(13)为一在凹槽(12)里与多个涡轮叶片流体连通的环槽(13a)。
6.一种应用了按照权利要求4或5所述的蒸汽轮机(14)的用于干燥燃料(18)的设备(17)，以用于一发电设备(19)，其中，通过干燥燃料(18)所产生的蒸汽(21)被输送给一蒸汽轮机(14)，为了保护涡轮叶片(1)，由蒸汽源(20)，例如由发电站(19)的一蒸汽轮机，将纯蒸汽输送到流体通道(13)中。
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