CN116034211A - 喷嘴弧段、具有多个喷嘴弧段隔板的汽轮机及隔板装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有翼型件(33)的一体或整体喷嘴弧段(30)。根据本发明的一个方面，一种汽轮机具有支撑多个喷嘴弧段(30)的壳体(17)，该多个喷嘴弧段形成隔板(22)，其中翼型件(33)位于工作流体流动通过的通道(23)中。隔板(22)同轴地围绕汽轮机(15)的旋转轴线(A)且由多个单独喷嘴弧段(30)组成。喷嘴弧段(30)和汽轮机(15)的壳体(17)具有基本上相等的热膨胀系数。壳体(17)和喷嘴弧段(30)由不同的材料且具体地不同类型的马氏体钢制成。根据本发明的另一方面，每个喷嘴弧段(30)具有包含马氏体钢的芯部(37)，马氏体钢具有在580℃的温度满足以下条件的最小蠕变强度：在至少100MPa或至少125MPa或至少150MPa的拉伸应力下至少10⁵小时。

Description

喷嘴弧段、具有多个喷嘴弧段隔板的汽轮机及隔板装配方法

本发明涉及一种隔板的喷嘴弧段、具有壳体和附接到壳体的隔板的汽轮机以及用于装配隔板的方法。

US 2006/0245923 A1公开了一种涡轮喷嘴弧段的布置，这些涡轮喷嘴弧段包括第一环段、第二环段和在该第一环段和该第二环段之间延伸的多个翼型件。喷嘴弧段由实心环制成。

从US7207773B2中已知由单独的喷嘴弧段制成的喷嘴箱，每个喷嘴弧段包括多个翼型件。工作流体在平行于涡轮的旋转轴线的轴向方向上流动通过喷嘴箱。

US4,776,765A涉及一种通过在喷嘴分区的抽吸侧的至少一部分之上提供保护装置来减少固体颗粒腐蚀的技术。喷嘴可由马氏体铬不锈钢制成并且设置有作为保护装置的表面涂层。

在US4,025,229A、US5,807,074A、US6,631,858B1、US6,754,956B1和US2003/0103845A1中描述了通常已知的喷嘴布置的另外的实施方案。

US4,948,333A公开了一种由涡轮的壳体支撑的用于重新引导径向工作流体流的隔板。隔板包括两个环，这两个环与涡轮的旋转轴线同轴地延伸并且支撑这两个环之间的翼型件。翼型件将隔板上游的在基本上径向方向上定向的工作流体流偏转到包括工作流体流在围绕旋转轴线的周向方向上的分量的方向上。在EP3412872B1中也公开了一种类似的隔板。

从US7,670,109B2已知另一种用于将工作流体流从径向方向偏转到轴向方向的装置。

一些类型的汽轮机包括用于将工作流体的流引导到连接到可旋转转子的涡轮转子叶片的第一级中的隔板。转子包括在轴向方向上延伸并且限定旋转轴线的轴。隔板也可被称为“喷嘴组件”。隔板包括可被称为“喷嘴”的多个翼型件。

过去至少一些汽轮机遭受隔板的损坏，例如部分破裂或弯曲或甚至破裂的翼型件。为了减轻这些故障并且增加部件的可靠性和寿命，已经采取了措施来减小部件上的热应力，例如通过增加隔板和汽轮机的壳体之间的连接中的径向和轴向间隙。然而，根据工况，增大的间隙可能导致由于工作流体的泄漏而导致的效率损失。

因此，希望提供一种具有提供高可靠性和寿命并且允许简化的装配的隔板的汽轮机。具体地，汽轮机将被构造用于高于570℃的工作流体的操作温度范围(工作流体的超超临界温度范围)。

此目的通过根据权利要求1所述的喷嘴弧段、根据权利要求11所述的汽轮机以及根据权利要求16所述的将隔板装配到壳体的方法来解决。

汽轮机包括围绕至少一个涡轮压力部段的壳体，该至少一个涡轮压力部段具有联接到壳体的多排固定导叶和联接到汽轮机的转子的可旋转转子叶片。

为了在至少一个涡轮机压力部段中引导工作流体，将隔板附接到壳体，特别是在入口通道的下游以及第一涡轮机压力部段的上游。隔板具体地被构造成朝向转子叶片引导工作流体的流。在一个实施方案中，隔板是环形的并且同轴地围绕汽轮机的转子的旋转轴线。

汽轮机的隔板可包括分离的隔板部段，每个隔板部段可围绕汽轮机的旋转轴线基本上以半圆形方式延伸。每个隔板部段附接到汽轮机的壳体的一部分(例如，分配的壳体半部)。

在本发明的一个方面，为汽轮机的隔板提供喷嘴弧段。每个喷嘴弧段包括第一环段和第二环段，第一环段和第二环段彼此平行地延伸并且在轴向方向上彼此间隔开地布置。第一环段和第二环段支撑多个翼型件，该多个翼型件从第一环段延伸到第二环段并且在两个直接相邻的翼型件之间限定喷嘴开口。第一环段可被称为根部，并且第二环段可被称为护罩。优选地，在轴向方向上观察或测量时，护罩的厚度小于根部的厚度。例如，每个喷嘴弧段可包括8个至12个翼型件。隔板可包括8个或更多个喷嘴弧段。然而，在不同实施方案中，喷嘴弧段的数量可变化。

每个喷嘴弧段的第一环段和第二环段沿着围绕汽轮机的旋转轴线的圆弧延伸。所有喷嘴弧段一起形成圆环形隔板。

根据本发明的一个方面，每个喷嘴弧段的热膨胀系数基本上等于汽轮机的壳体的支撑喷嘴弧段的热膨胀系数。优选地，在高达600℃的温度范围内每个喷嘴弧段的热膨胀系数与壳体的热膨胀系数相差至多5％或至多3％或至多2％。

根据本发明的优选实施方案，每个喷嘴弧段具有包含马氏体钢的芯部，马氏体钢具有在580℃的温度满足以下条件的最小蠕变断裂强度：在至少100MPa或至少125MPa或至少150MPa的拉伸应力下至少10⁵小时无断裂。蠕变断裂强度通过测量材料探针在限定的拉伸应力下直到探针发生断裂的持续时间来确定。此特征也可独立于壳体和喷嘴弧段的热膨胀系数之间的差值来使用。

具体地，芯部的马氏体钢可以是X17CrMoVNbB9-1，即通常被称为“钢B”，或者另选地是X22CrMoV12-1号1.4923类型的钢。其它钢也可用于制造喷嘴弧段30，诸如X10CrWMoVNb9-2号1.4901、X14CrMoVNbN10-2、9Cr-3W-3Co-VNbBN或X13CrMoCoVNbNB9-2-1，只要它们的热膨胀系数基本上等于壳体的热膨胀系数。

在优选实施方案中，每个喷嘴弧段的翼型件、第一环段和第二环段由相同材料一体地或整体地制成，没有接缝或接头。例如，每个喷嘴弧段可由一体实心初始工件机加工而成。在机加工期间，可从实心工件去除材料(例如通过铣削或腐蚀)，以便获得喷嘴弧段的期望构造。另选地，每个喷嘴弧段可通过添加制造技术制造。在此实施方案中，每个喷嘴弧段具体地在翼型件和环段之间没有焊接接头或粘合剂接头或型面配合接头或物质结合。

另选地，在另一个实施方案中，翼型件和环段可单独地制造并且随后连接以形成喷嘴弧段。具体地，翼型件和环段之间的连接可通过焊接接头建立。

如果每个喷嘴弧段的芯部至少在一个或多个表面区域中涂覆有表面涂层，则是有利的。由于表面涂层，与喷嘴弧段的芯部的材料相比，喷嘴弧段可被制成对高温氧化和固体颗粒腐蚀较不敏感。

表面涂层可包含以下中的至少一者：铬、碳和镍。在一个实施方案中，表面涂层可包含碳化铬(Cr₃C₂)、镍铬(NiCr)或它们的组合。

设置有表面涂层的表面区域优选地位于翼型件的表面上。表面涂层可仅部分地或完全地覆盖翼型件的表面。另选地，表面涂层可另外覆盖喷嘴弧段的第一环段或第二环段的至少部分，优选地覆盖经受工作流体流的表面区域。

表面涂层可通过热喷涂、优选地高速氧燃料喷涂(HVOF)或高速空气燃料喷涂(HVAF)施加在喷嘴弧段的至少一个表面区域上。例如，呈粉末形式的涂层材料可被供应到燃烧器，并且通过高速气体射流发射到待涂覆的至少一个表面区域上。待涂覆的表面区域可在施加涂层材料之前被粗糙化以改善结合。

通过提供包括多个翼型件的喷嘴弧段，可在隔板的装配和拆卸期间处理较大单元。与具有单独的翼型件的隔板的构型相比，喷嘴弧段较不易受由工作流体流产生的刺激的影响。

支撑喷嘴弧段的壳体的材料不同于喷嘴弧段的材料。具体地，喷嘴弧段的材料具有比支撑喷嘴弧段的壳体的材料更高的蠕变强度。

喷嘴弧段由于温度变化而经受长度变化。这可能导致可能降低隔板的寿命或导致操作期间的故障的机械应力。因为喷嘴弧段和壳体的热膨胀系数在相关温度范围内基本上相等-具体地在高于570℃最高至650℃的温度范围内-，所以允许喷嘴弧段与壳体类似地放大或收缩。因此，减小了部件上的机械应力。直接相邻的喷嘴弧段之间以及喷嘴弧段和壳体的支撑结构之间的间隙在安装期间可被最小化。因此，不仅改善了汽轮机的可靠性，而且改善了其效率。

作为用于支撑喷嘴弧段的壳体的材料，可使用与喷嘴弧段的芯部的马氏体钢不同的马氏体钢。例如，用于壳体的马氏体钢可以是在EN10213“用于压力目的的钢铸件”中限定的GX12CrMoVNbN9-1号1.4955类型。

在汽轮机的优选实施方案中，每个喷嘴弧段对应于根据本发明的第一方面的喷嘴弧段的实施方案。

汽轮机的一个优选实施方案包括两个相对的壳体凹槽，这两个壳体凹槽在面向彼此的一侧上是开放的。这些壳体凹槽形成壳体的支撑结构，该支撑结构被构造成支撑喷嘴弧段。壳体凹槽可同轴地或周向地围绕汽轮机的旋转轴线延伸。每个喷嘴弧段可将第一壳体凹槽与第一环段接合，并将第二壳体凹槽与第二环段接合。壳体凹槽在轴向方向上彼此间隔开地布置。在这种情况下，喷嘴弧段的翼型件布置在工作流体的流动路径中的壳体凹槽之间的间隙中。

汽轮机的壳体可包括第一壳体半部和第二壳体半部。一组喷嘴弧段可布置在形成第一隔板部段的第一壳体半部处。另一组喷嘴弧段可布置在形成第二隔板部段的第二壳体半部处。两个单独的隔板部段允许汽轮机壳体的壳体半部的容易的装配和拆卸。

优选地，每个隔板部段的至少最外侧喷嘴弧段在每种情况下通过至少一个固定元件被固定以防止沿着壳体凹槽的延伸方向移动。固定元件可在每种情况下在最外侧喷嘴弧段和壳体半部之间建立型面配合和/或压入配合连接。最外侧喷嘴弧段是在每个壳体半部中直接邻接分离平面的那些喷嘴弧段，第一壳体半部和第二壳体半部沿着该分离平面连接。通过固定最外侧喷嘴弧段，每个隔板部段的中间喷嘴弧段也保持在每个隔板部段的两个最外侧喷嘴弧段之间。

在汽轮机的一个实施方案中，每个喷嘴弧段可在环段中的一个环段中具有环段凹槽，优选地在第一环段中具有环段凹槽。汽轮机的壳体且具体地两个壳体半部具有弧形的突起部，该突起部与相应的喷嘴弧段的环段凹槽接合。因此，第一壳体半部的一个弧形突起部与喷嘴弧段的形成第一隔板部段的环段凹槽接合，并且第二壳体半部的一个弧形突起部与喷嘴弧段的形成第二隔板部段的环段凹槽接合。优选地，每个弧形突起部相对于汽轮机的旋转轴线在径向方向上从壳体凹槽中的一个壳体凹槽的侧壁延伸。

隔板或隔板部段可与汽轮机的壳体或壳体半部按如下方式装配在一起：

对于组件，提供了喷嘴弧段，每个喷嘴弧段包括第一环段、第二环段和从第一环段延伸到第二环段的多个翼型件。提供了一种汽轮机壳体，该汽轮机壳体具有第一壳体半部和第二壳体半部。第一壳体半部可以是上壳体半部，并且第二壳体半部可以是下壳体半部，或者反之亦然。每个壳体半部设置有彼此相对布置的半圆形第一壳体凹槽和半圆形第二壳体凹槽。

所提供的喷嘴弧段的凹槽用于形成第一壳体半部中的第一隔板部段。为此，喷嘴弧段中的一个喷嘴弧段被插入相对的壳体凹槽中并且在期望的位置中移动。喷嘴弧段由任何合适的夹紧装置夹紧在此期望的位置，例如通过插入喷嘴弧段与第一壳体凹槽或第二壳体凹槽的壁之间的夹紧或制动条。随后，第一隔板部段的其它喷嘴弧段以类似的方式插入第一壳体半部的壳体凹槽中。在必要或有利的情况下，可将间隙垫片布置在第一隔板部段的直接相邻的喷嘴弧段之间。

第二隔板部段类似于第一隔板部段装配在第二壳体半部中。

优选地，每个隔板部段的最外侧喷嘴弧段在每种情况下通过至少一个固定元件例如固定销固定在相应的壳体半部处。每个隔板部段的最外侧喷嘴弧段是与第一壳体半部和第二壳体半部之间的分离平面直接相邻的两个喷嘴弧段。壳体半部沿着分离平面彼此附接。优选地，分离平面在水平方向上延伸。

如果每个隔板部段的最外侧喷嘴弧段通过固定装置固定，具体地固定销，则可随后移除间隙垫片，使得每个隔板部段的喷嘴弧段以限定的间隙彼此相邻地布置。

在必要的情况下，固定元件，具体地固定销，可被处理或机加工成具有期望的外部轮廓，该外部轮廓与相邻喷嘴弧段的外部轮廓对准，使得当将第一壳体半部和第二壳体半部彼此附接时不会干涉或阻碍两个隔板部段的连接。当壳体半部彼此附接时，隔板部段形成闭合圆环，该圆环优选地围绕汽轮机的旋转轴线同轴地布置。

在从属权利要求、说明书和附图中公开了汽轮机和方法的优选实施方案。以下将参考附图详细解释本发明的优选实施方案，在附图中：

图1示出了沿着具有壳体和在工作流体的流动路径内附接到壳体的隔板的汽轮机的实施方案的旋转轴线的剖视图；

图2是图1中的示出隔板在壳体上的布置的部分II的放大图；

图3是由多个弧形喷嘴弧段形成的隔板的实施方案的透视图；

图4是图3的喷嘴弧段的一个实施方案的透视图；

图5是具有第一隔板部段的第一壳体半部和具有第二隔板部段的第二壳体半部的示意图；

图6至图8示出了将喷嘴弧段装配在汽轮机壳体的壳体凹槽中期间的装配步骤；

图9是用于将隔板装配在汽轮机的壳体上的装配方法的实施方案的流程图；

图10示出了取决于温度的不同钢的热膨胀系数；并且

图11和图12示出了穿过喷嘴弧段的一个翼型件的示意性剖视图。

图1以沿旋转轴线A的剖视图示出汽轮机15的实施方案。旋转轴线A由可旋转地支撑在汽轮机15的壳体17上的轴16限定。根据优选实施方案，壳体17包括沿着优选地水平延伸的分离平面P彼此附接的第一壳体半部17a和第二壳体半部17b。在图3和图5中示意性地示出了分离平面P。

汽轮机包括至少一个压力部段并且可具有多个压力部段诸如高压力部段和中压力部段。每个压力部段包含围绕旋转轴线A以环形方式布置并且联接到壳体17的固定导叶18。每个压力部段的旋转叶片19以及轴16是汽轮机的转子20的一部分。

为了驱动转子20，工作流体沿着壳体17内部的流体路径流动，其中固定导叶18和旋转叶片19布置在工作流体的流体路径中。工作流体用于使转子20围绕旋转轴线A旋转。

在本说明书中，轴向方向D是平行于旋转轴线A的方向。与旋转轴线A径向的任何方向被称为径向方向。沿着围绕旋转轴线A或轴向方向D的圆形路径的方向被称为周向方向C。

在第一压力部段的上游，汽轮机包括入口通道21，该入口通道也可被称为入口涡旋管。入口通道21在壳体17内部在围绕旋转轴线A的周向方向C上延伸。隔板22被布置成引导工作流体流从入口通道21下游和至少一个压力部段上游通过流体连接通道23。入口通道21、隔板22和流体连接通道23在对应于图1中标记的截面II的图2的放大图中部分地示出。隔板22上游的工作流体流基本上径向朝向旋转轴线A。隔板22被构造成将此流偏转，使得此流包括周向方向C上的流动方向分量。

流体连接通道23将入口通道21与汽轮机15的至少一个压力部段流体连接。与流体连接通道23相邻，壳体17包括被布置成在轴向方向D上彼此远离的第一壳体凹槽24和第二壳体凹槽25。壳体凹槽24、25彼此对齐，使得这些壳体凹槽24、25的开口侧在轴向方向D上彼此面对。流体连接通道23在壳体凹槽24、25之间延伸。壳体凹槽24、25与旋转轴线A同轴地延伸。它们被构造成支撑隔板22，使得隔板22围绕汽轮机15的旋转轴线A同轴地延伸。

参考图3和图4，隔板22包括多个喷嘴弧段30。每个喷嘴弧段30在围绕旋转轴线A的周向方向C上以圆弧形方式延伸。所有喷嘴弧段30一起形成闭合环。

根据优选实施方案，隔板22包括八个喷嘴弧段30。必须注意的是，隔板22的喷嘴弧段30的数量可变化，并且在其它实施方案中可更小或更大。

如图4中清楚地所示，每个喷嘴弧段30包括第一环段31和第二环段32。这两个环段在轴向方向上彼此间隔开地布置。多个翼型件33在第一环段31和第二环段32之间延伸，使得环段31、32通过多个翼型件33彼此连接，并且因此形成一体或整体喷嘴弧段30。每个喷嘴弧段30的翼型件33的数量可变化，并且根据该示例，每个喷嘴弧段可包含8至12个翼型件33。

喷嘴弧段30的两个直接相邻的翼型件33限制工作流体可流动通过的隔板22的一个开口34。如图2中最佳示出的，翼型件33和开口34布置在流体连接通道23中，使得工作流体可经由隔板22的开口34从入口通道21朝向汽轮机15的至少一个压力部段流动。

从图3和图4可明显看出，相邻的喷嘴弧段30具有匹配的第一环段31的周向端部处的第一面35和第二环段32的周向端部处的第二端面36。喷嘴弧段30的每个周向端部处的端面35、36优选地在共同的中间平面S中延伸。此中间平面S可在平行于轴向方向D的一个维度上对准并且可相对于圆周方向C倾斜。这意味着中间平面S不被定向成与圆周方向C正交，而是包括相对于圆周方向C的锐角α，如图4和图7中示意性地示出的。角α对于两个直接相邻的喷嘴弧段30之间的所有中间平面S可以是相等的。

由于倾斜的端面35、36，获得了重叠区域，其中相应的第一环段31和第二环段32重叠。重叠区域分别定位在第一壳体凹槽24和第二壳体凹槽25的内部。

在图5中高度示意性地示出了包括第一壳体半部17a和第二壳体半部17b的壳体17。壳体凹槽24、25的半圆形部段设置在第一壳体半部17a中，并且壳体凹槽24、25的其它半圆形部段设置在第二壳体半部17b中。布置在第一壳体半部17a中的一组喷嘴弧段30形成第一隔板部段22a，并且布置在第二壳体半部17b中的喷嘴弧段30形成第二隔板部段22b。每个隔板部段22a、22b以基本上半圆形延伸。在完全装配状态下，两个隔板部段22a、22b形成围绕旋转轴线A同轴布置的环形隔板22。在此装配状态下，两个壳体半部17a、17b沿着分离平面P彼此连接。

壳体17以及根据该示例的壳体半部17a、17b由包含马氏体钢的钢合金制成。优选地，至少壳体半部17a、17b的包括壳体凹槽24、25的支撑结构包含马氏体钢或由马氏体钢制成。用于壳体17的马氏体钢优选地是Stg9T类型的钢。钢类型Stg9T的温度依赖性标准化热膨胀系数在图10中示出。

考虑到关于壳体17和隔板22的机械特性的不同要求，用于壳体17的钢类型不适于制造隔板22。在以前的汽轮机中，隔板22由钢类型X10CrNiW17-13-3制成，特别是用于工作流体温度大于570℃(超超临界工况)的应用。然而，必须采取附加措施以将此奥氏体材料与壳体结合，例如通过插入第二壳体凹槽25中的中间层例如合金617焊接层，以便适应用于隔板22和壳体17的钢类型的不同机械特性。此附加中间层避免了或至少减轻了由于机械应力而导致的故障，机械应力具体地是由于不同的热膨胀系数(比较图10)所致。

根据本发明，此问题通过使用与用于制造壳体17的马氏体钢类型匹配的分别用于制造隔板22或喷嘴弧段30的材料来解决。

根据本发明，喷嘴弧段30中包含的钢或制成喷嘴弧段30的钢的热膨胀系数基本上等于壳体17中包含的钢或制成壳体17的钢的热膨胀系数，该钢至少用于具有壳体凹槽24、25的隔板22的支撑结构。然而，用于壳体17的钢类型不适用于制造喷嘴弧段30。

在一个实施方案中，用于制造喷嘴弧段30的钢是马氏体钢，其具有比用于壳体17的马氏体钢高的机械强度-具体地是更高的拉伸强度和/或蠕变强度。优选地，X17CrMoVNbB9-1(通常也称为“钢B”或St12T类型的钢)用于制造喷嘴弧段30。在优选实施方案中，用于制造喷嘴弧段30的马氏体钢在580℃的温度下具有最小蠕变强度。该芯部的马氏体钢的最小蠕变强度在580℃的温度满足以下条件：在至少100MPa或至少125MPa或至少150MPa的拉伸应力下，直至发生蠕变断裂的持续时间为至少10⁵小时。其它钢也可用于制造喷嘴弧段30，诸如X10CrWMoVNb9-2号1.4901、X14CrMoVNbN10-2、9Cr-3W-3Co-VNbBN或X13CrMoCoVNbNB9-2-1，只要它们的热膨胀系数基本上等于壳体的热膨胀系数。

图10显示至少在高达600℃的温度范围内钢B的热膨胀系数基本上等于钢Stg9T的热膨胀系数。具体地，在此温度范围内，壳体材料的热膨胀系数和喷嘴弧段材料的热膨胀系数之间的差值小于0.05，优选地小于0.02，如图10所示。

在优选实施方案中，每个喷嘴弧段30具有由具有最小蠕变强度的马氏体钢例如钢B制成的芯部37。每个喷嘴弧段30的至少一个或多个表面区域可覆盖有表面涂层38。每个喷嘴弧段30的覆盖有表面涂层38的表面区域可以是翼型件33的表面，如图11和图12中所示。表面涂层38可具有均匀的厚度(图11)或者表面涂层38的厚度可变化(图12)。在后一种情况下，表面涂层38的厚度在翼型件33的更易于磨损的区域具体地是在前缘附近和前缘处的区域中可更大，而表面涂层38在每个翼型件33的后缘的区域中可更薄。请注意，图11和图12中的图示仅是示意性的而不是按比例的。

表面涂层38可包含以下中的至少一者：铬、碳和镍。优选地，表面涂层38包含以下中的至少一者：碳化铬(Cr₃C₂)和镍铬(NiCr)。它可通过热喷涂施加到每个喷嘴弧段30的相应的至少一个表面区域且具体地翼型件33的表面。例如，可使用高速氧燃料喷涂(HVOF)或高速空气燃料喷涂(HVAF)。表面涂层38的材料可以粉末的形式提供，并且通过热喷涂设备以高速喷射到待涂覆的表面区域上。

每个喷嘴弧段30以及根据该示例的每个喷嘴弧段30的芯部37由相同连续材料具体地是钢B制成，没有接缝和接头。因此，每个喷嘴弧段形成一个整体单元。优选地，在翼型件33与第一环段和第二环段31、32之间不存在焊接接头、粘合剂接头、螺栓接头等。另选地，每个喷嘴弧段30的翼型件33可以任何合适的方式焊接或结合到环段31、32。

如图4明显可见，在轴向方向D上，第一环段31的尺寸可大于第二环段32的尺寸。根据该示例，在第一环段31的在径向方向上面向的至少一侧上并且优选地在背离旋转轴线A的一侧上设置有环段凹槽42。如果喷嘴弧段30插入相应的壳体半部17a或17b的第一壳体凹槽24和第二壳体凹槽25中，则从限制第一壳体凹槽24的侧翼延伸的突起部43接合环段凹槽42，如图2和图7中最佳示出的。此型面配合还可用于在装配期间在圆周方向C上夹紧喷嘴弧段30，如参考图6至图9更详细地解释的。

图9是用于将隔板22装配到汽轮机15的壳体17的方法的实施方案的流程图。

在第一步骤100中，提供了必要数量的喷嘴弧段30，例如8个喷嘴弧段30，以及两个壳体半部17a和17b。随后，在第二步骤101中，将喷嘴弧段30中的一个喷嘴弧段插入第一壳体半部17a的壳体凹槽24、25中。插入的喷嘴弧段30通过使用用于在插入的喷嘴弧段30与第一壳体半部17a之间产生压入配合的夹紧元件44夹紧。根据该实施方案，夹紧元件44具有夹紧或制动条45的形式，当喷嘴弧段30移动到制动条45上或者制动条45从一端插入突起部43和环段凹槽42的底部之间的间隙中(比较图7)时，该夹紧或制动条放置在环段凹槽42的底部和突起部43的自由端之间以产生夹紧效果。

一个夹紧元件44可用于在第一壳体半部17a和两个直接相邻的喷嘴弧段30之间产生压入配合。具体地，形成夹紧元件44的制动条45可具有位于一个喷嘴弧段30的环段凹槽42中的一个部段以及从该制动条延伸的另一个部段，如图7中所示。下一个直接相邻的喷嘴弧段30可移动到制动条45的可接近部段上，以产生期望的夹紧效果。夹紧元件44或制动条45用于在装配期间将插入的喷嘴弧段30保持在期望的位置中。它们不必被移除并且可保留在完全装配的壳体17中。

如果期望在两个直接相邻的喷嘴弧段之间产生限定的间隙，间隙垫片46可在第二步骤101中放置在第一壳体凹槽24中。间隙垫片46可具有板状构型并且沿着中间平面S延伸。两个直接相邻的喷嘴弧段30可从相对侧抵靠间隙垫片46。

在第三步骤102中，检查第一隔板部段22a是否完成，即形成第一隔板部段22a的所有喷嘴弧段30是否已经插入第一壳体半部17a的壳体凹槽24、25中。如果是这种情况，则该方法进行到第四步骤103(来自第三步骤102的分支OK)。否则，该方法再次重复第二步骤101，插入并夹紧此第一隔板部段22a的下一个喷嘴弧段30(来自第三步骤102的分支NOK)。

在第四步骤103中，两个最外侧的喷嘴弧段30在每种情况下利用固定元件47固定并且根据该实施方案利用固定销48固定。固定元件47以压入配合插入第一壳体凹槽24的邻接分离平面P的端部处的固定区域中。此固定区域49由设置在第一壳体凹槽24的底部中的壳体腔50和设置在最外侧喷嘴弧段30的第一环段31中的对准段腔51形成。段腔51对第一环段31的背离翼型件33的一侧开放。根据该示例，壳体腔50和段腔51限定与周向方向C正交的横截面，该横截面与固定元件47的横截面匹配。根据该示例，此横截面是圆形的。

固定销48被压入由配合或对准的腔50、51限定的开口中，使得产生紧密的压入配合。另选地或除此之外，可在固定销48和限定壳体腔50和/或段腔51的表面之间提供物质结合。此材料结合可通过胶合和/或焊接来产生。

以这种方式，定位成与分离平面P直接相邻的两个最外侧的喷嘴弧段30被固定在第一壳体半部17a中。随后，如果间隙垫片46已经被插入相邻的喷嘴弧段之间，则这些间隙垫片46可被移除。

在插入固定销48之后，可对固定销48的端部部段进行处理或机加工，使得其不延伸超过由第一面35和壳体腔50通向其中的相邻的壳体面52限定的端部轮廓，如图8中所示出的。根据该示例，固定销48的端部部段被移除以产生具有两个倾斜表面区域的斜面，其中一个表面区域平行于第一面35延伸并且另一个表面区域平行于第一壳体凹槽24的底部延伸。在这种情况下，两个隔板部段22a、22b之间的连接不会受到固定各个最外侧喷嘴弧段30的固定销48的阻碍。

另选地，固定元件47或固定销48在被插入固定区域49中之前可在其端部部段中具有必要的形状或轮廓。

间隙垫片46的移除和固定销的端部部段的处理可在装配期间在最外侧喷嘴弧段30已经被固定之后并且在将壳体半部17a、17b附接在一起之前的任何时间执行。

在完成第一隔板部段22a在第一壳体半部17a中的装配之后，在该方法的第五步骤104、第六步骤105和第七步骤106中以类似方式将第二隔板部段22b装配在第二壳体半部17b中。步骤104至106对应于步骤101至103。

最后，在已经完成两个隔板部段22a、22b的装配之后，在第八步骤107中将壳体半部17a、17b彼此附接。

本发明涉及具有翼型件33的一体或整体喷嘴弧段30。根据本发明的一个方面，汽轮机具有支撑多个喷嘴弧段30的壳体17，该多个喷嘴弧段形成隔板22，其中翼型件33位于工作流体流动通过的通道23中。隔板22同轴地围绕汽轮机15的旋转轴线A且由多个单独的喷嘴弧段30组成。汽轮机15的喷嘴弧段30和壳体17具有基本上相等的热膨胀系数。壳体17和喷嘴弧段30由不同的材料且具体地不同类型的马氏体钢制成。根据本发明的又一方面，每个喷嘴弧段30具有包含马氏体钢的芯部37，马氏体钢具有在580℃的温度满足以下条件的最小蠕变强度：在至少100MPa或至少125MPa或至少150MPa的拉伸应力下至少10⁵小时。

附图标记列表：

15 汽轮机

16 轴

17 壳体

17a 第一壳体半部

17b 第二壳体半部

18 固定导叶

19 旋转叶片

20 转子

21 进入通道

22 隔板

23 流体连接通道

24 第一壳体凹槽

25 第二壳体凹槽

30 喷嘴弧段

31 第一环段

32 第二环段

33 翼型件

34 开口

35 第一面

36 第二面

37 芯部

38 表面涂层

42 环段凹槽

43 突起部

44 夹紧元件

45 制动条

46 间隙垫片

47 固定元件

48 固定销

49 固定区域

50 壳体腔

51 段腔

52 壳体表面

100 第一步骤

101 第二步骤

102 第三步骤

103 第四步骤

104 第五步骤

105 第六步骤

106 第七步骤

107 第八步骤

α 角

A 旋转轴线

C 周向方向

D 轴向方向

P 分离平面

S 中间平面

Claims (15)

1.一种用于汽轮机(15)的隔板(22)的喷嘴弧段(30)，其中所述喷嘴弧段(30)被构造成附接到所述汽轮机(15)的壳体(17)，并且其中每个喷嘴弧段(30)包括第一环段(31)、平行于所述第一环段(31)延伸的第二环段(32)以及在第一环段(31)和第二环段(32)之间延伸的多个翼型件(33)，

其中每个喷嘴弧段(30)具有包含马氏体钢的芯部(37)，并且其中在高达600℃的温度范围内每个喷嘴弧段(30)的热膨胀系数与所述汽轮机(15)的所述壳体(17)的热膨胀系数相差至多5％。

2.根据权利要求1所述的喷嘴弧段，其中所述马氏体钢具有在580℃的温度满足以下条件的最小蠕变断裂强度：在至少100MPa或至少125MPa或至少150MPa的拉伸应力下至少10⁵小时无断裂。

3.根据权利要求1或2所述的喷嘴弧段(30)，其中所述翼型件(33)、所述第一环段(31)和所述第二环段(32)由相同实心材料工件一体地机加工而成，没有接缝或接头。

4.根据权利要求1或2所述的喷嘴弧段，其中所述翼型件(33)、所述第一环段(31)和所述第二环段(32)单独地制成并且随后彼此连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴弧段，其中每个喷嘴弧段(30)具有包含马氏体钢的芯部(37)。

6.根据权利要求5所述的喷嘴弧段，其中所述芯部(37)由X17CrMoVNbB9-1制成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的喷嘴弧段，其中所述喷嘴弧段(30)的至少一个表面区域设置有表面涂层(38)，并且所述表面涂层(38)包含铬、碳和镍组中的至少一者或者钛、铝和氮组中的至少一者。

8.根据权利要求7所述的喷嘴弧段，其中所述表面涂层(48)包含以下中的至少一者：碳化铬(Cr₃C₂)、镍铬(NiCr)和氮化钛铝(TiAlN)。

9.根据权利要求7或8所述的喷嘴弧段，其中所述表面涂层(38)具有阻力，使得布置在温度为625℃至650℃的蒸汽流内的表面涂层的材料损失在所述喷嘴弧段的预定寿命内小于200微米。

10.一种汽轮机(15)，包括：

-壳体(17)，所述壳体围绕联接到所述壳体(17)的至少一个涡轮压力部段固定导叶(18)和转子叶片(19)；

-隔板(22)，所述隔板附接到所述壳体(17)并且包括多个喷嘴弧段(30)，其中每个喷嘴弧段(30)包括第一环段(31)、平行于所述第一环段(31)延伸的第二环段(32)以及在第一环段(31)和第二环段(32)之间延伸的多个翼型件(33)，并且其中在高达600℃的温度范围内每个喷嘴弧段(30)的热膨胀系数与所述汽轮机(15)的所述壳体(17)的热膨胀系数相差至多0.1％。

11.根据权利要求10所述的汽轮机，其中至少所述壳体(17)的支撑结构由与所述喷嘴弧段(30)的材料不同的材料制成，所述支撑结构支撑所述隔板(22)。

12.根据权利要求11所述的汽轮机，其中所述喷嘴弧段(30)的所述材料的蠕变断裂强度大于所述壳体(17)的所述支撑结构的所述材料的蠕变断裂强度。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的汽轮机，其中所述喷嘴弧段(40)布置在两个相对的壳体凹槽(24,25)中。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的汽轮机，其中所述壳体(17)包括第一壳体半部(17a)和第二壳体半部(17b)，并且其中附接到所述第一壳体半部(17a)的一组喷嘴弧段(30)形成第一隔板部段(22a)，并且附接到所述第二壳体半部(17b)的一组喷嘴弧段(30)形成第二隔板部段(22b)。

15.一种用于将隔板(22)装配到汽轮机(15)的壳体(17)的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供多个整体喷嘴弧段(30)，每个整体喷嘴弧段包括第一环段(31)、平行于所述第一环段(31)延伸的第二环段(32)以及在第一环段(31)和第二环段(32)之间延伸的多个翼型件(33)，

其中在高达600℃的温度范围内每个喷嘴弧段(30)的热膨胀系数与所述汽轮机(15)的所述壳体(17)的热膨胀系数相差至多5％；

(b)提供轮机壳体(17)的第一壳体半部(17a)和第二壳体半部(17b)，所述第一壳体半部和所述第二壳体半部各自具有彼此相对布置的半圆形第一壳体凹槽(24)和半圆形第二壳体凹槽(25)；

(c)将所述喷嘴弧段(30)中的一个喷嘴弧段插入所述第一壳体半部(17a)中的所述第一壳体凹槽(24)和所述第二壳体凹槽(25)中，并且通过布置在所述壳体凹槽(24,25)中的一个壳体凹槽中的至少一个夹紧元件(44)夹紧所插入的喷嘴弧段(30)；

(d)对其它喷嘴弧段(30)重复前述步骤(c)，以由所述第一壳体半部(17a)中的所述多个喷嘴弧段(30)形成第一半圆形隔板部段(22a)；

(e)对所述第二壳体半部(17b)重复前述步骤(c)、(d)，以由所述第二壳体半部(17a)中的所述多个喷嘴弧段(30)形成第二半圆形隔板部段(22b)。

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