CN109642476A - 蒸汽轮机的出流壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蒸汽轮机(3)的涡轮段(2)的出流壳体(1)。出流壳体(1)具有：出流壳体壁(4)，所述出流壳体壁沿着壳体纵轴线(6)包围中央的鼓形空间(5)；和连接接口(7)，其用于将出流壳体(1)连接到蒸汽轮机(3)的涡轮机壳体(8)上。在出流壳体壁(4)处设置有密封设备(9)，其用于将出流壳体(1)的沿流动方向(S)后部的端部(10)相对于蒸汽轮机(3)的涡轮轴密封，其中密封设备(9)相对于出流壳体壁(4)密封。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的出流壳体(1)的蒸汽轮机(3)。

Description

蒸汽轮机的出流壳体
技术领域
本发明涉及一种用于蒸汽轮机的涡轮段的出流壳体，所述蒸汽轮机具有再加热装置。此外，本发明涉及一种具有根据本发明的出流壳体的蒸汽轮机。
背景技术
蒸汽轮机是如下流体机械，所述流体机械构成用于将蒸汽的热函转换成动能。常见的蒸汽轮机具有涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包围用于使蒸汽穿流的流动空间。在流动空间中设置有具有多个转子叶片的旋转支承的涡轮轴，所述转子叶片以依次设置的转子叶片环的形式保持在涡轮轴上。为了优化转子叶片由蒸汽的迎流，蒸汽轮机具有导向叶片环，所述导向叶片环分别连接在转子叶片环上游并且保持在涡轮机壳体上。由导向叶片环连同所属的转子叶片环构成的组也称作为涡轮级。
在穿流蒸汽轮机时，蒸汽将其内部能量的一部分输出，该部分经由转子叶片转换成涡轮轴的旋转能量。在此，发生蒸汽的膨胀，使得蒸汽的压力和温度在穿流蒸汽轮机时在每个涡轮级之后下降。涡轮机壳体因此在蒸汽入口和蒸汽出口之间经受温度梯度。这尤其在紧凑构造的蒸汽轮机中引起涡轮机壳体的非常高的负荷。
蒸汽轮机在特殊的实施方式中具有多个涡轮段，如例如高压段和中压段和/或低压段。为了改进效率，这种蒸汽轮机能够具有用于再加热蒸汽的加热设备，使得例如离开高压部段的蒸汽在其输送给随后的涡轮段之前能够由加热设备加热。在此能够提出，分别在两个涡轮段之间设置有这种加热设备。尤其在具有这样再加热蒸汽的蒸汽轮机中，沿着蒸汽轮机的涡轮机纵轴线出现非常强的温度波动。首先，温度在高压段中梯度下降，随后在过渡区域中由于再加热突然升高。涡轮机壳体的与高压段的出流装置和随后的中压段或低压段的入流装置相邻设置的区域尤其在紧凑构造的蒸汽轮机中承受非常强的温度梯度。
此外，涡轮机壳体出于更好的可制造性以及可安装性的原因具有多个壳体部分，所述壳体在构成分接缝的情况下彼此连接成涡轮机壳体。涡轮机壳体在此通常具有壳体下部件以及壳体上部件。沿着涡轮机纵轴线，涡轮机壳体也能够具有多个壳体区段，使得高压段和中压段例如设置在不同的壳体区段中。连接通常经由拧紧壳体部件的或壳体区段的法兰进行。
壳体部件或壳体区段的连接的机械负荷越大，就需要越大的紧固元件，以便补偿打开分接缝的力。尤其在紧凑构造的蒸汽轮机中，这是大的问题，因为蒸汽轮机的可用的结构空间通常是强烈受限的。因此，所述蒸汽轮机的负荷可能性强烈受限。
为了容纳导向叶片或导向叶片环，蒸汽轮机具有出流壳体，所述出流壳体与涡轮机纵轴线同轴地设置在涡轮机壳体之内。在具有再加热装置的蒸汽轮机中，尤其在出流壳体的出口的区域中在涡轮机壳体处出现非常强的温度梯度，因为离开出流壳体的蒸汽在所述区域中直接流向涡轮机壳体。在温度梯度过高的情况下，涡轮机壳体尤其会在所述临界区域中损坏。出于所述原因，为了避免这样高的温度梯度，这种蒸汽轮机的最大功率强烈受限。
发明内容
因此，本发明的目的是，实现一种出流壳体以及一种蒸汽轮机，其消除或至少部分地消除现有技术的缺点。尤其，本发明的目的是，提供一种出流壳体以及一种蒸汽轮机，其借助简单的方式以及成本适宜地在临界区域中具有降低的温度梯度从而在结构尺寸相同的情况下具有更高的负荷能力。
上述目的通过权利要求来实现。因此，所述目的通过根据权利要求1的特征的用于蒸汽轮机的出流壳体来实现。此外，上述目的通过根据权利要求10的特征的具有根据本发明的出流壳体的蒸汽轮机来实现。本发明的其他特征和细节在从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的出流壳体描述的特征和细节当然也结合根据本发明的蒸汽轮机适用，并且相应地反之亦然，使得关于针对各个发明方面的公开内容始终相互参考或者能够相互参考。
根据本发明的第一方面，所述目的通过一种用于蒸汽轮机的涡轮级的出流壳体来实现。出流壳体具有：出流壳体壁，所述出流壳体壁沿壳体纵轴线包围中央的鼓形空间；和连接接口，其用于将出流壳体连接到蒸汽轮机的涡轮机壳体上。根据本发明，在出流壳体壁处设置有用于将出流壳体的端部相对于蒸汽轮机的涡轮轴密封的密封设备，其中密封设备相对于出流壳体壁密封。
出流壳体优选构成为导向叶片承载件。因此，优选多个导向叶片环沿壳体纵轴线的方向依次设置或可设置在出流壳体处。出流壳体具有出流壳体壁，通过所述出流壳体壁围绕壳体纵轴线形成中央的鼓形空间。中央的鼓形空间也能够由流动空间表示，并且构成用于引导蒸汽质量流通过，以驱动蒸汽轮机的涡轮轴。鼓形空间直至达到密封设备并且通过所述密封设备沿壳体纵轴线的方向限界。出流壳体壁优选对于蒸汽是不能透过的，使得在出流壳体的区域中避免蒸汽流向涡轮机壳体。为了出流壳体的更好的可安装性以及可拆卸性，出流壳体优选多件式地构成，尤其具有上部件和下部件，并且优选经由法兰通过紧固机构如例如螺钉保持在一起。
在出流壳体的沿流动方向后部的端部处设置有密封设备，使得通过密封设备防止蒸汽从出流壳体流出。密封设备优选具有用于相对于出流壳体壁密封的出流壳体壁密封件并且优选具有用于相对于涡轮轴密封的涡轮轴密封件。优选地，出流壳体壁密封件和涡轮轴密封件构成为组件或构件。密封设备优选基本上根据密封壳或至少根据密封壳的密封元件构成。密封元件优选构成为层状密封件和/或密封唇和/或迷宫式密封件。通过密封设备，因此能够防止蒸汽从出流壳体不受控地流出到随后的涡轮段中。
出流壳体根据本发明构成为，使得蒸汽在穿流出流壳体之后能够有针对性地从所述出流壳体中引出并且输送给再加热装置，而蒸汽在此不撞到涡轮机壳体上。对此，在出流壳体处优选设有相应构成的管路和/或通道。
根据本发明的出流壳体具有如下优点，借助于出流壳体，使引导通过蒸汽轮机的蒸汽质量流在出流壳体的区域中以及沿流动方向直接在出流壳体下游远离涡轮机壳体。蒸汽质量流的由于在穿流涡轮机时的膨胀而出现的温度梯度因此至少在某些部位不直接传递到涡轮机壳体上。因此，能够防止涡轮机壳体由于过高的温度梯度导致的过度热负荷。根据本发明的出流壳体可成本适宜地制造并且随后的用于防止蒸汽质量流进入到随后的涡轮段中的密封壳是多余的。由此，能够降低零件成本以及安装成本。此外，通过出流壳体的紧凑的构造，能够降低蒸汽轮机的总长度，尤其因为不再需要随后的密封壳。
根据本发明的一个优选的改进方案，在出流壳体中能够提出，出流壳体壁具有用于容纳密封设备的容纳设备。容纳设备优选根据用于蒸汽轮机的密封壳的相应的容纳设备构成。容纳设备优选构成为，相对于出流壳体可松开地保持密封设备。为了容纳密封设备，容纳设备优选具有至少一个沿环周方向环绕的槽。优选地，设有用于将密封设备固定在容纳设备中的固定机构。这种容纳设备具有如下优点，借助简单的方式确保密封设备的可靠的保持以及简单的可更换性。
此外优选地，出流壳体壁具有至少一个出流通道，所述出流通道至少部分地围绕壳体纵轴线。在出流通道处流体连通地设置有至少一个出流接管，所述出流接管横向于壳体纵轴线，优选以90°和/或切向于出流通道延伸，并且构成用于引导蒸汽通过。流过出流壳体的鼓形空间的蒸汽流动到出流通道中，并且经由出流通道流动到出流接管中，以便经由出流接管离开出流壳体。出流接管能够与管路耦联，所述管路构成用于引导蒸汽。例如，蒸汽因此能够输送给蒸汽轮机的再加热设备。这具有如下优点，借助简单的方式能够防止，离开出流壳体的蒸汽朝向涡轮机壳体流动。
优选地，密封设备在至少一个出流通道的朝向壳体纵轴线的一侧处与出流通道相邻地设置在出流壳体壁处。优选地，密封设备由出流通道包围或者至少部分地包围。通过密封设备阻止直接继续流动到随后的涡轮段中的蒸汽质量流能够以所述方式容易地经由出流通道以及出流接管从出流壳体中引出。因此可避免或可明显减少蒸汽在密封设备和出流通道之间倒流。
此外优选的是，连接接口在出流壳体壁的背离鼓形空间的外侧处构成。连接接口因此优选设置在出流壳体的区域处，所述区域沿径向方向限界制鼓形空间。经由连接接口，出流壳体能够与涡轮机壳体耦联或能够固定在其上。连接接口例如能够构成为环绕的法兰或接片，所述法兰或接片优选能够形状配合地固定在涡轮机壳体处。
根据本发明能够提出，在出流壳体处沿径向方向与密封设备相邻地不构成有用于将出流壳体连接到蒸汽轮机的涡轮机壳体上的连接接口。连接接口优选已经在出流壳体壁的背离鼓形空间的外侧处构成，使得在密封设备或出流壳体的设置有密封设备的区域处不再需要其他连接接口。因此，也能够放弃涡轮机壳体处的相应的连接接口。由此，能够降低制造成本以及安装成本。
优选的是，连接接口围绕或者至少部分地围绕壳体纵轴线。这种连接接口能够借助简单的方式以及成本适宜地制造并且容易地安装在涡轮机壳体处。
在本发明的一个有利的设计方案中，出流壳体壁的朝向鼓形空间的内侧具有至少一个导向叶片环。导向叶片环构成用于将蒸汽质量流偏转到随后的转子叶片环上。通过出流壳体与至少一个导向叶片环的组合，能够降低蒸汽轮机的最终安装耗费。
根据本发明的第二方面，所述目的根据本发明通过一种蒸汽轮机来实现。蒸汽轮机具有至少一个第一涡轮段、第二涡轮段以及包围第一涡轮段和第二涡轮段的涡轮机壳体，其中第一涡轮段经由再加热设备与第二涡轮段流体连通地耦联。根据本发明，在第一涡轮段的沿蒸汽轮机的流动方向后部的端部区域处，在涡轮机壳体之内设置有根据本发明的出流壳体。
第一涡轮段优选构成为高压段并且第二涡轮段构成为中压段。通过再加热设备，蒸汽质量流在离开第一涡轮段之后并且在进入第二涡轮段之前能够加热到更高的温度水平，以便因此提高蒸汽轮机的效率。
出流壳体出于可安装性的原因优选多件式地、尤其两件式地构成。优选地，出流壳体具有上部件和下部件。
根据本发明的蒸汽轮机相对于已知的蒸汽轮机具有如下优点，借助于出流壳体确保，离开第一涡轮段的、相对冷的蒸汽质量流能够从涡轮机中提取，在此不撞到涡轮机壳体上。在蒸汽轮机运行时，因此能够避免，涡轮机壳体在所述区域中具有过高的温度梯度，因为涡轮机壳体由于导出相对冷的蒸汽承受明显更热的蒸汽。因此，蒸汽轮机在功率相同的情况下能够更成本适宜地设计尺寸。替选地，因此在蒸汽轮机的尺寸相同的情况下能够提高蒸汽轮机的功率。此外，蒸汽轮机具有如下优点，不再需要从而能够省去将第一涡轮段相对于第二涡轮段密封的附加的密封壳。由此，涡轮轴从而整个蒸汽轮机能够更短地从而更成本适宜地构成。此外，更短的涡轮轴具有更好的转子动力学的特性。
优选的是，出流壳体设置在蒸汽轮机处，使得穿流鼓形空间的蒸汽质量流在穿流连接在出流壳体下游的再加热设备之后才能够撞到涡轮机壳体上。对此优选的是，出流壳体的出流接管与再加热设备直接地或经由管路流体连通地耦联。因此，借助简单的方式以及成本适宜地确保，替代提取之前的相对冷的蒸汽，相对热的蒸汽在提取之后撞到涡轮机壳体上。因为蒸汽在出流壳体上游同样是相对热的，所以涡轮机壳体在运行时承受较小的温差。根据本发明的蒸汽轮机的涡轮机壳体的温度梯度因此小于常规的蒸汽轮机的情况。
优选地，出流壳体经由连接接口保持在涡轮机壳体处。涡轮机壳体对此优选地具有相应的保持设备。优选地，连接接口形状配合地与保持设备接合。为了固定，出流壳体的连接接口例如与涡轮机壳体的保持设备拧紧。因此，出流壳体可靠地保持在涡轮机壳体处。
附图说明
根据本发明的出流壳体和根据本发明的蒸汽轮机随后根据附图详细阐述。分别示意地示出：
图1示出根据现有技术的蒸汽轮机的侧视图，
图2示出具有根据本发明的出流壳体的下部件的根据本发明的蒸汽轮机的部段的俯视图，和
图3示出根据本发明的出流壳体的上部件的透视图。
具体实施方式
在图1中示意地以侧视图示出根据现有技术的蒸汽轮机(3)。蒸汽轮机3具有多个涡轮段2，所述涡轮段例如构成为高压涡轮级、中压涡轮级和低压涡轮级。在涡轮段2中分别设置有具有多个导向叶片环14的导向叶片承载件20。中间的涡轮段2沿流动方向S通过密封壳21限界。密封壳21防止蒸汽质量流继续沿流动方向S流动，并且使该蒸汽质量流朝向涡轮机壳体8的方向转向并且继续转向到提取设备中。出口与随后的涡轮段2流体连通地耦联。
根据现有技术的所述蒸汽轮机3具有如下缺点，在运行时，通过密封壳21偏转的具有相对低的温度的蒸汽质量流朝向涡轮机壳体8流动，其中相对热的蒸汽质量流沿流动方向相邻之前地以及相邻之后地朝向涡轮机壳体8流动。涡轮机壳体因此首先经受具有相对高的温度的蒸汽质量流，随后经受具有相对低的温度的蒸汽质量流和最后经受具有相对高的温度的蒸汽质量流。由此，在涡轮机壳体8中出现高的温度梯度，所述温度梯度使蒸汽轮机3强烈地受到负荷并且限制蒸汽轮机3的最大功率。
在图2中示意地以俯视图描绘根据本发明的蒸汽轮机3的部段。蒸汽轮机3具有涡轮机壳体8，其中在所述视图中仅示出壳体下部件8a。涡轮机壳体8沿着壳体纵轴线6延伸，完全围绕壳体纵轴线6从而包围或限界用于使蒸汽质量流穿流的流动空间16。蒸汽轮机3具有多个涡轮段。在第一涡轮段2a的沿流动方向S后部的、与第二涡轮段2b相邻的端部区域15中设置有根据本发明的出流壳体1。
出流壳体1具有出流壳体壁4，所述出流壳体壁沿着壳体纵轴线6延伸，完全围绕壳体纵轴线6从而沿径向方向包围或限界中央的鼓形空间5。在鼓形空间5中设置有导向叶片环14(参见图1)，所述导向叶片环在所述视图中未示出。在出流壳体壁4的背离鼓形空间5的外侧处构成有环绕的连接接口7。连接接口在该实例中构成为环绕的法兰，所述法兰从出流壳体壁4径向向外延伸。出流壳体1经由连接接口7保持或固定在涡轮机壳体8处，例如经由螺钉连接。对此，涡轮机壳体8具有相应的保持设备17。
出流壳体1沿流动方向S具有后部端部10，在所述后部端部中设置有用于容纳密封设备9的容纳设备11。密封设备9构成用于将出流壳体1相对于未示出的涡轮轴密封。在出流壳体1的后部端部10处构成有出流通道12，所述出流通道围绕壳体纵轴线6。流过鼓形空间5的蒸汽质量流因此由密封设备9阻止沿流动方向S继续流动而是引导到出流通道12中。
图3示意地以透视图示出图2中的根据本发明的出流壳体1的上部件1b。上部件1b如下部件1a那样沿着壳体纵轴线6延伸，以180°围绕壳体纵轴线6。经由连接法兰18，上部件1b能够与下部件1a拧紧。出流通道12同样沿环周方向在上部件1b上延伸，其中出流通道12在两个部位处具有指向外的开口，在所述开口处分别设置有出流接管13，所述出流接管大致沿出流通道12的切向方向延伸。经由出流接管13，蒸汽质量流能够从出流壳体1导出，并且能够输送给未示出的再加热设备，而蒸汽质量流不撞到涡轮机壳体8上。

Claims (11)

1.一种用于蒸汽轮机(3)的涡轮段(2)的出流壳体(1)，所述出流壳体具有：出流壳体壁(4)，所述出流壳体壁沿着壳体纵轴线(6)包围中央的鼓形空间(5)；和连接接口(7)，所述连接接口用于将所述出流壳体(1)连接到所述蒸汽轮机(3)的涡轮机壳体(8)上，
其特征在于，
在所述出流壳体壁(4)处设置有密封设备(9)，所述密封设备用于将所述出流壳体(1)的沿流动方向(S)后部的端部(10)相对于所述蒸汽轮机(3)的涡轮轴密封，其中所述密封设备(9)相对于所述出流壳体壁(4)密封。
2.根据权利要求1所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述出流壳体壁(4)具有用于容纳所述密封设备(9)的容纳设备(11)。
3.根据权利要求1或2所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述出流壳体壁(4)具有至少一个出流通道(12)，所述出流通道至少部分地围绕所述壳体纵轴线(6)，并且其中在所述出流通道(6)处流体连通地设置有至少一个出流接管(13)，所述出流接管横向于所述壳体纵轴线(6)延伸并且构成用于引导蒸汽通过。
4.根据权利要求3所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述密封设备(9)在至少一个所述出流通道(12)的朝向所述壳体纵轴线(6)的一侧处与所述出流通道(12)相邻地设置在所述出流壳体壁(4)处。
5.根据上述权利要求中任一项所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述连接接口(7)在所述出流壳体壁(4)的背离所述鼓形空间(5)的外侧处构成。
6.根据权利要求5所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
在所述出流壳体(1)处，沿径向方向与所述密封设备(9)相邻地不构成有用于将所述出流壳体(1)连接到所述蒸汽轮机(3)的所述涡轮机壳体(8)上的连接接口(7)。
7.根据权利要求5或6所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述连接接口(7)围绕或至少基本上围绕所述壳体纵轴线(6)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的出流壳体(1)，
其特征在于，
所述出流壳体壁(4)的朝向所述鼓形空间(5)的内侧具有至少一个导向叶片环(14)。
9.一种蒸汽轮机(3)，所述蒸汽轮机具有至少一个第一涡轮段(2a)、第二涡轮段(2b)以及包围所述第一涡轮段(2a)和所述第二涡轮段(2b)的涡轮机壳体(8)，其中所述第一涡轮段(2a)经由再加热设备与所述第二涡轮段(2b)流体连通地耦联，
其特征在于，
在所述第一涡轮段(2a)的沿所述蒸汽轮机(3)的流动方向(S)后部的端部区域(15)处，在所述涡轮机壳体(8)之内设置有根据权利要求1至8中任一项所述的出流壳体(1)。
10.根据权利要求9所述的蒸汽轮机(3)，
其特征在于，
所述出流壳体(1)在所述蒸汽轮机(3)处设置成，使得流过所述鼓形空间(5)的蒸汽质量流在穿流连接在所述出流壳体(1)下游的所述再加热设备之后才能够撞到所述涡轮机壳体(8)上。
11.根据权利要求9或10所述的蒸汽轮机(3)，
其特征在于，
所述出流壳体(1)经由所述连接接口(7)保持在所述涡轮机壳体(8)处。
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