CN1312883A - 透平机壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透平机壳体(1),它包括一内壳体(3)和一个外壳体(4),其中,外壳体(4)包住内壳体(3)并在它们之间形成一个中间间隙(5)。为了避免壳体发生弯曲变形,使中间间隙(5)内的流体介质(L)形成强制流动(S)。本发明还涉及一种避免透平机(2)的壳体在关停透平机后发生弯曲变形的方法。

Description

透平机壳体
本发明涉及一种尤其用于蒸汽轮机的透平机壳体，它包括一个内壳和一个外壳，其中，外壳包住内壳并形成一个中间间隙。
例如蒸汽轮机的透平机壳体通常由一内壳和一个包住内壳从而形成一中间间隙或环状间隙的外壳构成。这两个壳体部件又都分别具有一上半部分和一下半部分。尤其在透平机关停后，在所述内、外壳上以及在它们之间会形成温度差异，在壳体的下半部分和较热的上半部分之间的温度差可能会超过50K。
当透平机关停时，外壳冷却得比内壳快一些。这样，由于在内、外壳之间的间隙内发生的自由或自然对流(自然对流)，会引发将热量传输到外壳体上半部分的上升气流。这又会导致壳体弯曲，尤其是外壳体上半部分发生弯曲。在那儿，在壳体材料中和间隙桥接部位处会产生所不期望出现的应力。在极为糟糕的情形下透平机叶片还会刮到壳体，内壳体的弯曲也会导致所不期望的擦刮损伤。
由德国专利文献DE 3420389A1已知一种具有一个内壳体和一个包住该内壳体的外壳体的汽轮机，通过这种双层壳体结构形成一中间间隙。内壳体沿其轴向至少部分被一块设置在中间间隙内的衬板围上。该衬板在流入侧与活塞密封装置连接，在流出侧则具有多个沿周边分布的孔。在蒸汽轮机工作时，所述衬板用于防止较冷的废汽绕流内壳体。为此，在衬板和内壳体之间会有取自于活塞密封装置的热蒸汽流过。这样，在衬板和内壳体之间构成的间隙内会形成一种蓄热效应，从而能在很大程度上保护内壳体免受冷废汽的较大冷却。这用于减免内壳体承受的不同温度负载，进而尤其在透平机起动和负载变化运行时，减小内壳体发生的热变形。
本发明的目的在于阻止外壳体尤其在透平机冷却下来时发生弯曲变形，或至少将这一弯曲变形保持在很微弱的程度。此外，本发明的目的还在于提供一种避免透平机的壳体在关停透平机后发生弯曲变形的方法。
本发明的第一个目的是通过一种具有一内壳体和一外壳体的透平机壳体来实现的，该外壳体包住内壳体并在之间形成一个中间间隙，在此，存在于间隙内的流体介质会发生强制流动。本发明的第二个目的是通过一种避免透平机的壳体在关停透平机后发生弯曲变形的方法来实现的，在此，在内壳体和包绕内壳体的外壳体之间的间隙内，会产生一股使透平机壳体内的温度均匀化的介质流。存在于内、外壳体之间的间隙内的介质、例如通常是空气会形成强制流动。
本发明出于如下考虑，通过克服内、外壳体之间的间隙内形成的自然对流，可以实现外壳体内温度的均匀分布。这一对流(自然对流)一方面会导致壳体部件之间的温度差，尤其是外壳体的上、下两部分之间的温度差，另一方面又会形成向上的对流。这又会导致热量首先在中间间隙的垂直顶点部位传入外壳体的上半部分。通过采用合适的方式积极地使流体介质在中间间隙内翻转或形成涡旋，可克服这一效应，从而不再会形成对流。
为此，流体介质优选在一个循环内流动。该循环相宜地通过一个设在透平机壳体之外的管道系统连通闭合。为了产生一种强制定向流，比较有利的是设置一个循环鼓风机，它的吸入侧和压力侧分别与外壳体上的一个孔连通。吸入侧的孔构成流体介质的一个流出孔，而压力侧的孔则构成一个流入孔。流入孔和流出孔分别设计成连通孔，一根流入管可连接在流入孔上，而一根流出管则可连接在流出孔上。
特别有利的是，在外壳体的下半部分设置一个孔，在外壳体的上半部分设置另一个孔。在一个与透平机壳体的中心轴线交会的坐标系统中，这两个孔例如位于第二和第四象限内并径向相对。也可以将第一个孔设置在第一象限内，第二个孔设置在第三象限内。在此，流入孔优选设置在外壳体的上半部分，流出孔设置在外壳体的下半部分。总体上，由透平机壳体上的两个连通孔以及相应的带有循环鼓风机的导管引起的，只有很小的一笔附加设备费用。在一种优选改进结构中，外壳体被分成两部分，其中，上半部分由一个上部件构成，下半部分由一个下部件构成。上、下两个部件通过一分型接缝相互连接。
所述透平机壳体优选作为一个蒸汽轮机的壳体。在此，透平机壳体不但特别适合于用于高压汽轮机，也适合于用于中压汽轮机。在汽轮机中作为驱动介质的热蒸汽的温度约在300℃至700℃之间。壳体，尤其是内壳体的材料要承受很高的温度。存储在内、外壳体中的热量必须在关停汽轮机后、亦即在切断进入汽轮机的蒸汽流之后，尽可能均匀地从壳体内排出。在高压汽轮机中，由于通常十分紧凑的构造方式和与之相关联的流过内壳体和外壳体的高热流密度，可比较有利地采用所提供的上述透平机壳体。在一个中压汽轮机中，由于较大的尺寸形成的相关长度变化首先对于关停汽轮机后产生壳体翘曲变形就是一个危险的诱导因素。采用所提供的上述透平机壳体，可有效避免危险的热膨胀。除了应用在高压-和中压-汽轮机上以外，上述壳体还可应用在低压-汽轮机上。
本发明的优点主要在于，通过在由一个内壳体和一个包住该内壳体的外壳体构成的透平机壳体的中间间隙内形成一强制性流动、优选是定向流动，可以特别简便地使温度均匀分布在外壳体内。
在此，能够可靠地阻止通常在关停汽轮机时产生的自然循环，在内-外壳体之间的温度差和外壳体上、下两部分之间的温度差至少可以保持得特别低，从而可靠地避免壳体翘曲，即所谓的向上拱曲(Katzbukkeln)。为形成流动所必需的附加设备投入也可以保持得特别低，尤其是为了使间隙内的流体介质，例如空气积极地旋转或产生旋流，只需一个循环鼓风机(Umwaelzgeblaese)。它可以比较有利地设在透平机壳体之外的管路系统中。
下面借助一附图对本发明的一实施例予以详细说明。图中示出一个由一内壳体和一外壳体构成的透平机壳体的横截面，该透平机壳体带有用于在间隙内产生流动的装置。
附图例如是一台汽轮机2的一透平机壳体1的剖面示意图。该汽轮机的其它部件，例如它的透平机轴和透平叶片为示图清晰简化起见，都没有示出。透平机壳体1具有一个内壳体3和一个外壳体4，该外壳体4优选同心地包绕内壳体。内壳体3和外壳体4在此相互间隔，形成一中间间隙5。该中间间隙5用一种气态介质L，例如空气充满。该空气能对流。内壳体3和外壳体4能分别分成位于上部的第一部分区域、即上半部分6和位于下部的第二部分区域、即下半部分7。在此，内壳体3和外壳体4能分别由两部分构造而成，其中，上半部分6由一上部件6A构成，下半部分7由一下部件7A构成。上部件6A和下部件7A通过一条图中未示出的例如沿X轴线延伸的分接缝相互连接起来。
人们经研究通过透平机壳体1的热量流，可以看到有一穿过内壳体3的内部热量流Qi以及另一穿过外壳体4的外部热量流Qa。在内、外壳体3和4之间除了有一从内壳体3向外壳体4的热辐射热流QS外，还有一热对流QK。
在关停汽轮机之后，将形成一个自由或自然对流(以下称为自然循环QN)，它的流动线路用虚线和箭头示出。这一自然对流QN尤其会在中间间隙5的拱顶区域内构成一个用箭头8标明的对流集中区，热量会在外壳体4的上半部分6A的这一局部区域传导入外壳体4中。由于这样一种热量的局部传导所产生的高热负荷会导致所不期望出现的壳体翘曲变形。
这样一种导致上半部分6和下半部分7之间存在温差△TAG的自然循环QN可以通过如下手段来防止，即，在间隙5内，积极地亦即强制性地产生一个用实心线S表征的流动。为此外壳体4具有两个优选径向相互对置的开孔9,10。这两个孔通过一个设置在一个管道系统11中的循环鼓风机12相互连通。
在图示实施例中，第一接通孔或流入孔9设置在一个与透平机纵向轴线13垂直的(虚拟)XY坐标系统的第二象限内。第二接通孔或流出孔10位于该XY坐标系统的第四象限内。流出孔10也可位于第三象限内。还可以设置多个孔9,10。例如一个流入孔9可设在第二象限内，两个流出孔10则设在第一和第三象限内。也可以设置多个孔9，用作流体介质L的流入孔9。这些流入孔9优选设置在外壳体4的上半部分6上。
在此，循环鼓风机12的吸入侧通过管道系统11与设在外壳体4的下半部分7中的接通孔10相连通。循环鼓风机12的压力侧则通过管路系统11与设在外壳体4的上半部分6内的接通孔9连通。
用于在透平机壳体1的间隙5内产生强制流动S的循环系统优选在透平机2关停后投入运行。在循环鼓风机12持续运行时，位于中间间隙5内的流体介质L可通过接通孔10从中间间隙5内流出，流经管路系统11和循环鼓风机12之后到达接通孔9，重新回到中间间隙内。总之，通过中间间隙5和管路系统11可形成一封闭的循环回路14。
通过使流体介质L强制流入S中间间隙5内，可阻止自由对流或自然对流QN形成，这样可在很大程度上避免在外壳体4的上半部分6和下半部分7之间形成温差△TAG或至少尽可能地使这一温差很小。但强制流动S的最初作用却是使温度在外壳体4上的分布更均匀。
由此可在很大程度上阻止大的温度梯度，进而尤其可用于限制在壳体的上半部分6和下半部分7之间的相对热膨胀及热应力。
通过强制气体流动S使得外壳体4上的温度分布更均匀，自然循环QN的作用也被抵消了。这样，在关停透平机2，例如一汽轮机2之后，当其冷却时，能可靠地阻止壳体弯曲变形。

Claims (8)

1．一种透平机壳体，它包括一个内壳体(3)和一个外壳体(4)，其中，外壳体(4)包住内壳体(3)并在它们之间形成一个中间间隙(5)，其特征在于，存在于中间间隙(5)之内的流体介质(L)会发生强制流动(S)。
2．如权利要求1所述的透平机壳体，其特征在于，流体介质(L)在一个封闭的循环回路(14)中流动。
3．如权利要求1或2所述的透平机壳体，其特征在于，在外壳体(4)上设有第一个孔(9)和一个通过一个鼓风机(12)与之相连通的第二个孔(10)。
4．如权利要求3所述的透平机壳体，其特征在于，在外壳体(4)的上半部分(6)和下半部分(7)中分别设有所述两个孔(9,10)中的一个。
5．如权利要求4所述的透平机壳体，其特征在于，外壳体(4)分成两部分，其上半部分(6)由一个上部件(6A)构成，其下半部分(7)由一个下部件(7A)构成，其中，上部件(6A)和下部件(7A)通过一分接缝相互连接在一起。
6．如权利要求3、4或5所述的透平机壳体，其特征在于，所述两个孔(9,10)沿径向相互对置。
7．如上述任一项权利要求所述的透平机壳体，其特征在于，其被用作一个蒸汽轮机的壳体。
8．一种避免透平机的壳体(1)在关停透平机(2)后发生弯曲变形的方法，其特征在于，在一个外壳体(4)和一个被其包绕的内壳体(3)之间的中间间隙(5)内，产生流动(S)，使透平机壳体(1)上的温度均匀分布。
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