CN1165670C - 汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮机(1)，它包括一旋转轴线(2)、蒸汽(5)进口区(3)和排汽区(4)以及沿旋转轴线(2)方向延伸的蒸汽(5)气流通道(6)。气流通道(6)朝向排汽区(4)扩张成为出口(8)。为出口(8)配设一导流件(10)，它超过出口(8)的出口直径(9)向外延伸。

Description

汽轮机

技术领域

本发明涉及一种汽轮机，它包括一个沿旋转轴线从蒸汽进口区到排汽区延伸的蒸汽气流通道，该气流通道朝排汽区方向扩张成为有一出口直径的出口。

背景技术

汽轮机通常在发电站设备中用于驱动发电机和产生过热蒸汽或在工业设备中用于驱动工作机械。为此向汽轮机供入用作流动介质的蒸汽，蒸汽为了产生能量输出而膨胀。在蒸汽完全膨胀后，它可经汽轮机排气外壳流入下游的冷凝器并在那里凝结。在这种情况下相应的排汽外壳可沿轴向或径向被流过。在用于产生电能的电站设备中通常采用一种包括高压汽轮机、中压汽轮机和低压汽轮机的汽轮机装置，它们按流动技术互相串联。在低压汽轮机内膨胀后的蒸汽供入冷凝器并在其中凝结。此类汽轮机装置的效率取决于许多参数，尤其是效率受到在汽轮机装置中存在的流动阻力的限制。

在EP 0345700A1中说明了一种流体机械，尤其是汽轮机的排汽外壳如何减小因蒸汽流的涡流和分离造成的能量损失。排汽外壳有一圆形扩压器，在其扩张端连接两个分开的排出通道。以外壳后壁为界的后部排出通道横向于机器纵轴线沿直线延伸。在前部的排出通道沿一个逆流动方向在扩压器内延伸的弧形段导引并向下方平行于后部的排出通道延伸。两个流动通道通过隔板互相分开。在后部的排出通道中，在扩压器下边缘设一沿通道全部宽度延伸的后部斜壁，它从扩压器一直延伸到隔板。在EP 0345700A1的排汽外壳内将从汽轮机排出的蒸汽分割成两股蒸汽分流，它们借助隔板分开并彼此独立地引入冷凝器。

在CH-326301A中公开了一种排出轴流式透平工作介质的装置。其中，工作介质大部分动能转变成压力能，为此，在这个使得从最后一个工作叶片环排出的工作介质由轴向回转到平均沿径向的流动方向的装置中，在工作介质排出腔(排汽口)上游设一环形扩压器，回转到径向的工作介质流过该环形扩压器。因此，在最后一个透平级中的压力可降到低于流出压力，并以此方式减少在流出区内的压力损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种汽轮机，其中只产生小的流动损失。

上述技术问题是通过这样一种汽轮机来解决的，它具有一个沿旋转轴线从蒸汽进口区向排汽区延伸并朝排汽区扩张成为具有出口直径的出口的气流通道，按照本发明，设置一个配属于出口的用于从出口排出的蒸汽的导流件，它一方面超过出口直径向外伸出，另一方面沿流出方向延伸到流出区内，在此，导流件沿流出方向逐渐加宽或基本上有恒定的宽度，所以蒸汽可在导流件两侧被导引并在导流件下游进行混合，此外，所述汽轮机还包括一个围绕气流通道的内壳体，该内壳体被一外壳体包围，其中，所述导流件与该外壳体毗邻。

在这里，本发明以下列认识为出发点，即在逐渐扩张的气流通道(轴向/径向扩压器)的出口存在一个单位面积静压，它比更下游的尤其在冷凝器入流平面(冷凝器颈部)的单位面积静压大。因此存在较大的尤其通过涡流产生的压力损失。造成这种涡流的原因可以是因为从出口排出的蒸汽一方面沿径向向下转向和另一方面沿径向向上转向，与此同时，已沿径向向上转向的蒸汽进一步向下转向并与原先已向下转向的蒸汽合流。起先向上回转的蒸汽可分成两股蒸汽流，它们向下流动并与此同时扭结和分别形成一个后缘涡流。这些后缘涡流的起源位于在外部的围绕着气流通道的内壳体上方。

其两侧被流出的蒸汽绕流的导流件优选只是部分地沿流出方向延伸到流出区内，所以在导流件下游留下一个一直到冷凝器入流平面的混合区，由此达到全部蒸汽流的充分混合和均匀化。因此在冷凝器的入流平面存在均匀的来流，从而保证冷凝器负荷小。

采用一个配属于出口的导流件，尤其可以在直接向下流出的蒸汽与向上转向的蒸汽的混合区内，实现均匀的质量流量密度分布和降低涡流强度。其结果是促使当蒸汽从出口排出到排汽区内时减小压力损失，并因而有助于提高汽轮机的效率。因此，在例如出口与冷凝器入流平面之间构成的流出区内，只是在导流件的下游才实施蒸汽流的混合。这种混合使得直至冷凝器的入流平面仍是均匀的蒸汽流，从而使冷凝器获得均匀的来流且尤其在冷凝器板上承受均匀的负荷。因此减小了冷凝器内的水滴撞击负荷和由于具有不同流速的未混合的蒸汽分流(蒸汽喷射)引起的高负荷。因此至少明显地减少了在流出区内直接在出口处从上面流出的蒸汽和从下面流出的蒸汽的混合，与此同时还在导流件的下游实现了流出的全部蒸汽流的均匀化，所以在流出区内导流件的下游减少了例如在一些分开的流出通道内产生的摩擦损失。

导流件优选沿流出方向具有恒定宽度地延伸，或沿此流出方向尤其随着离旋转轴距离的增加而逐渐加宽。采用恒定的宽度或随着离旋转轴距离增加而加宽导流件，可减少本来被向上导引的蒸汽和直接向下转向的蒸汽在导流件延伸区内的混合，由此同样能降低压力损失。导流件优选按测地学设在旋转轴下方，从而实现有效地导引向下排出的蒸汽流。在这里，汽轮机优选地可沿一包含旋转轴线在内的水平的平面分割并在此平面内有一条分离线。

导流件相对于旋转轴线优选地倾斜一个导向角在70°与110°之间，尤其在85°与95°之间的范围内。导流件优选倾斜约90°角，换句话说它正交于旋转轴线。因此在分离线下方，后缘涡流对于从扩张的气流通道(扩压器)向下流出的蒸汽流的影响减小。于是在直接向下流出的蒸汽与起先向上流出的蒸汽之间的剪切流移到更下游处形成，从而相应地减少了流动损失。

导流件优选直接与出口邻接，从而使从出口排出的蒸汽在从出口排出后便受到导流件的导引。由此可靠地避免因为在出口与导流件之间有距离而造成蒸汽混合和涡流。

导流件优选基本上是平的，因此借助于导流件及例如汽轮机的外壳体构成一个具有平壁的气流通道。同样可以的是，为了进一步减少流动损失，根据所期望的蒸汽导引将导流件设计为具有弯曲的表面。导流件具体的形状可通过实验和三维流动计算确定。

导流件优选用钢板制造。这对导流件而言是一种特别简单的结构设计，这种设计还允许例如事后在作维护工作时为汽轮机配备导流件。

导流件优选与外壳体毗邻，外壳体包围着一个围绕气流通道的内壳体。在这里，它优选地沿由外壳体构成的横截面的全宽延伸。由此有效地避免从上面向下降的蒸汽与向下流出的蒸汽沿外壳体与内壳体之间存在的横截面混合。因此，在后缘涡流内从上面向下导引的蒸汽流与直接向下排出的蒸汽流的混合转移到一个处于更下游的区域内进行，从而实现降低压力损失。

导流件优选固定在外壳体上。因此，除了长期稳定地固定导流件外还在排汽区增强了汽轮机的外壳体。

汽轮机优选设计为低压汽轮机，它尤其设计为具有双流道。导流件优选地用于向冷凝器方向导引气流。

附图说明

下面借助于附图表示的实施例进一步说明带导流件的汽轮机。附图局部地且不按比例地和为了说明而示意性地表示：

图1是带有一冷凝器的低压汽轮机的纵剖面图；

图2是一低压汽轮机排汽区的横截面图；以及

图3是一低压汽轮机排汽区的局部纵剖面图。

在图1至3中的附图标记全都有相同的含意。

具体实施方式

图1在纵剖面中表示一低压汽轮机，它设计为具有双流道。它有一根沿旋转轴线2延伸的透平轴7。在低压汽轮机1的中央区设蒸汽5的进口区3，此蒸汽5主要通过图中未表示的一溢流管道从同样未表示的一中压汽轮机流入。在两侧并对称于进口区3沿旋转轴线2分别延伸一气流通道6，该气流通道在透平轴7与围绕着透平轴7的内壳体11之间构成。在每个气流通道6内前后交替地排列许多导向叶片16和工作叶片15。气流通道6从进口区3起沿旋转轴线2朝排汽区4的方向扩张。气流通道6有一个配属于排汽区4的出口8。测地学地在出口8下方设一导流件10，它在一垂直或略倾斜(至15°，优选地至5°)于旋转轴线2的平面内沿流出方向14向下延伸。内壳体11被外壳体12包围，外壳体构成排汽区4的边界并用于气流转向和导引从出口8排出的蒸汽5。在外壳体12的外部，透平轴7支承在相应的没有详细表示的轴承17上。测地学地在外壳体12下方设一冷凝器13，用于使蒸汽5凝结。此冷凝器13有一冷凝器外壳21，在这里示意地表示其中设有大量冷却管18，在冷凝器13工作时，冷却液、尤其是冷却水通过冷却管流动。在冷却管18的下方设凝结水排泄管22，在冷凝器工作时在冷却管18外面形成的凝结水滴落在排泄管内。在冷凝器13下部区分别设一向下开口，向上通过屋顶状彼此倾斜的壁构成的空气冷却器19。每个空气冷却器19分别通过一根从其屋脊出发的吸气管20与图中没有表示的一真空泵连接。

在汽轮机1运行时，蒸汽5通过气流通道6流动。在从出口8排出流入排汽区4后，蒸汽5的一个分流向上流动以及另一个分流向下流动。向上流动的分流在出口8的上方向下转向并在两个导流件10下游的一个没有进一步标明的流出区4A内流入冷凝器13。在这里实施全部蒸汽流的均匀化和至少局部地与向下导引的分流进行混合。蒸汽5向上流动的分流尤其在内壳体11的顶点分裂成两股蒸汽流。这些分裂后的蒸汽流扭结并分别构成从内壳体11的顶点一直达到相关导流件10所在区内的后缘涡流。通过每个导流件10实现此后缘涡流与直接从出口8向下流出的蒸汽5在空间上的分离。由此在导流件10区域内可防止在后缘涡流与直接向下排出的蒸汽5之间形成剪切流，其结果是在流入冷凝器13时实现减小压力损失的目的。

图2示出汽轮机1，尤其是图1所示低压汽轮机1的排汽区4的横截面。出口8有具有出口直径9的圆环形横截面。汽轮机1设计为可相对于一个水平平面23分开，其中旋转轴线2处于该水平平面内。导流件10测地学地设在此水平面23下方，并沿流出方向14随着离水平面23距离的增加而加宽。同样可能的是，导流件10沿流出方向至少区域性地或基本上有恒定的宽度。此外，导流件10也可以在离开水平面23有一定距离处才连接在出口8上。导流件10半圆形地围绕出口8直至水平面23，并朝外壳体12的方向逐渐加宽。它与外壳体12例如借助螺钉或焊接固定连接。因此既加强了在排汽区4内的外壳体12又能持久地固定导流件10。

图3表示测地学地位于旋转轴线2下方并朝向冷凝器13的排气区4局部。在所表示的气流区内，蒸汽5的流动用箭头表示，其中箭头的长度表示蒸汽5流速的大小。可以看出，在最后一排工作叶片15后排出的蒸汽5在排汽区4内大体向下转向90°并同时在这里减速。为使蒸汽5转向，既设置内壳体11的加长段还适当地设计外壳体12。在内壳体11的加长段上连接导流件10，因此在导流件10与外壳体12之间构成一个用于如此转向的蒸汽5的通道区。导流件10相对于旋转轴线2倾斜一导向角α，它优选地在70°与110之间的范围内，在图示的情况下约为90°。在导流件10下面，向下转向的蒸汽5流与起先向上然后向下回转的蒸汽5流相遇。这两股分流的相互作用由于设置了导流件10因而与不采用导流件10的情况相比显著减小。由此同样至少明显地减少形成剪切流并因而实现降低压力损失的目的。通过围绕出口8安装导流件10以及导流件既向下朝冷凝器13的方向延伸又沿径向朝外向外壳体12的方向延伸，避免了或至少减少了在导流件10区域内的压力损失，并使得在流出区4A内的流动均匀化，从而达到了提高汽轮机效率的目的。

Claims (10)

1.一种汽轮机(1)，它包括一旋转轴线(2)、蒸汽(5)的进口区(3)和排汽区(4)以及沿旋转轴线(2)方向延伸的蒸汽(5)气流通道(6)，该气流通道(6)朝排汽区(4)扩张成为有一出口直径(9)的出口(8)，其中，为出口(8)配设一个用于从出口(8)流出的蒸汽(5)的导流件(10)，它一方面超过出口直径(9)向外延伸，另一方面沿流出方向(14)延伸到流出区(4A)内，其特征在于：导流件(10)沿流出方向(14)逐渐加宽或基本上有恒定的宽度，蒸汽(5)由此可在导流件(10)两侧被导引并在导流件(10)下游进行混合，此外，所述汽轮机还包括一个围绕气流通道(6)的内壳体(11)，该内壳体被一外壳体(12)包围，其中，所述导流件(10)与该外壳体(12)毗邻。

2.按照权利要求1所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)按照测地学的测量方式设在旋转轴线(2)的下方。

3.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)相对于旋转轴线(2)倾斜一个在70°与110°之间，尤其在85°与95°之间，优选约为90°的导向角(α)。

4.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)直接与出口(8)毗邻。

5.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)基本上是平的。

6.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)是一块板。

7.按照权利要求5所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)固定在外壳体(12)上。

8.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，它设计为低压汽轮机。

9.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，它设计为具有双流道。

10.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述导流件(10)用于将气流导向冷凝器(13)。

Images