CN1313704C - 带有高压和低压区段的流体机械和一种汽轮机的运行方法 - Google Patents

带有高压和低压区段的流体机械和一种汽轮机的运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种流体机械(1)，其具有一个外壳体(2)，其中旋转支承着一个带有三个叶片区(4，5+6，7)的转子(3)，这三个叶片区被分成一个内部叶片区(5+6)和两个外部叶片区(4，7)，其中，所述两个外部叶片区(4，7)分别向外朝向外壳体两端。所述流体机械(1)具有一个或多个流出口(14)，通过它们将流体介质分成两股分流(18、33)。这两股分流(18，33)随后分别流过各自的外部叶片区(4，7)。本发明还涉及一种汽轮机的运行方法。

Description

带有高压和低压区段的流体机械和一种汽轮机的运行方法
技术领域
本发明涉及一种流体机械，其具有一外壳，在该外壳上旋转支承着一个带有三个叶片区的转子，这三个叶片区从流体流动技术角度看相互连通。本发明还涉及一种将这种流体机械作为汽轮机来运行的方法。
背景技术
已公知的流体机械具有一个高压蒸汽区段和一个低压蒸汽区段，它可以为单壳式结构或双壳式结构。在德国发明专利申请1997P03012DE中描述了这样一种流体机械，尤其是汽轮机。由于双壳式结构不属于本发明的技术领域，因此对其不再进一步说明。这种单壳式结构由一个具有两个单流道式叶片区的转子构成，这两个叶片区分别朝向对应的壳体端部。其中一个叶片区作为高压蒸汽叶片区，另一个叶片区则作为低压蒸汽叶片区。流入的新汽首先沿轴向流过高压蒸汽叶片区，然后经过部分膨胀后通过一管道流到中压蒸汽叶片区。
在质量流量保持恒定的情况下，高压、中压区段中的比容在蒸汽的膨胀过程中均匀地略有增大。从中压区段和低压区段(大约2至3bar)之间的过渡区段开始蒸汽比容急剧增大，体积流量以及由此所需的流动面积也急剧增大。而流动面积的增大会遭遇物理条件(例如强度)的限制，并且需要更大的构造费用。
这种具有高压膨胀区段的公知实施方式的缺点在于，高温蒸汽作用在一个汽轮机端部的内壁上。为了减少蒸汽从汽轮机中逸出，在其外壳和转子之间设有多个密封壳。在密封壳之间富含能量的蒸汽部分回流到具有更低温度的叶片区，以实现热力学的过程优化。在此，用密封壳将蒸汽导引到叶片区中会导致沿外壳体的环周对外壳体有不均匀的加热。这会带来热应力和热变形，亦即导致外壳扭曲变形，而这又有可能导致叶片掠擦外壳体。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需为优化热力学过程而用密封壳将蒸汽回流的单壳式流体机械。
本发明要解决的另一技术问题在于提供一种汽轮机的运行方法。
上述第一个技术问题按照本发明这样来解决，即，流体机械具有一个外壳体，其中旋转支承着一个带有三个叶片区的转子，其中的一个叶片区位于内部，而另外的两个叶片区则位于外部，在流体机械运行时，一种流体介质沿一相应的流动方向流过这三个叶片区，其中，所述位于内部的叶片区沿转子被另外两个外部叶片区包在中间，在各外部叶片区中的所述流体介质的流向相反，并且都是由所述内部叶片区流来。
通过这样的构造设计，第一次充分利用了这样的优点，即，通过对叶片区的上述布置，一种具有几乎相同特征参数(如压力、温度和体积流量)的流体介质在外壳两端流出。通过蒸汽在壳体两端的低出口温度，无需为密封壳系统配备使密封壳蒸汽回流到叶片区中的密封壳蒸汽导引装置。杜绝了因密封壳蒸汽的导入沿外壳环周对外壳的不均匀加热。
流体机械的紧凑结构设计可带来加工方面的优点，亦即可节约材料和时间。材料和时间上的节约又源自于构件有更小的结构形状。使用更少的材料可导致构件的质量更小，并由此改善起动特性和运行特性，尤其是最后一级叶片的尺寸的减小是十分有利的。
转子的惯性力矩因质量减小而发生变化。由此缩短了启动时间。
按照一种有利的改进设计，流动介质在流过内部叶片区后借助一个回流通道分成两股分流，其中一股分流流过回流通道。
比较有利的是为该回流通道配备一个用于补偿热膨胀的轴向补偿器(膨胀接头)。由此可避免因温度引起的外壳应力。该轴向补偿器例如可由一个波纹管或类似的构件组成。
流动介质撞击到旋转的叶片区上后会产生一个沿轴向作用的力，也称为轴向推力。为了平衡该轴向推力，按照一有利的设计，所述转子设计有一个安设在第一叶片区前的轴肩。
在此，通过简便和廉价地将其集成在壳体内可产生显著的优点。
为了减少漏泄，在外壳两端与转子之间设置带有迷宫式密封装置等的密封外壳。
所述流体机械优选具有一个入流区，在该入流区中的流动介质在一个随后的膨胀区中通过一个调整级膨胀。在该膨胀区段中的流动介质的压力通过一个调整级膨胀降压到一个轮室压力(Radraumdruck)。通过这样的调节方法，可快速和精确地调节流体机械，并由此实现良好的运行性能。
按照一种有利的扩展设计，所述流体机械被设计为汽轮机。
该流体机械还可有利地设计为轴流式压缩机。
前述针对方法提出的技术问题按照本发明通过一种汽轮机的运行方法来解决。该汽轮机设计为具有一个旋转支承的带有三个叶片区的转子，其中的一个叶片区位于内部，而另外的两个叶片区则位于外部，在汽轮机运行时，一种流体介质沿一相应的流动方向流过这三个叶片区，其中，所述位于内部的叶片区沿转子被另外两个外部叶片区包在中间，流体介质在流过该内部叶片区后被分流成两股分流。在分流成两股分流后，其中一股分流流过一个外部叶片区，而另一股分流则流过另一个外部叶片区。
附图说明
下面借助附图所示实施方式对本发明予以详细说明，其中，对于同样的、相同功能的构件采用相同的附图标记来表示。附图中：
图1为一个流体机械的纵剖图；
图2为一个汽轮机和一个轴流式压缩机的功能原理示意图。
具体实施方式
图1为一个流体机械1的简化的纵向剖视图。该流体机械具有一个外壳2，多个内壳11、12、16、21和一个转子3。在转子3上设有四个叶片区4、5、6、7。这四个叶片区在本实施方式中被分成两个内部叶片区5、6和两个外部叶片区4、7。这两个外部叶片区4、7相互对向布置并且分别朝着离开内部叶片区5、6的方向。在第一内部叶片区5之前，在外壳体中包含有一个入流口8。从该入流口8出发朝向第一内部叶片区5地设有一个调节级9。在调节级9之后朝向第一内部叶片区5地还有一个膨胀区段31。在图示实施方式中，在第一内部叶片区5中，在内壳体11上安设有导向叶片10。在第一内部叶片区5之后是另一个内部叶片区6。在第二内部叶片区6中，在另一内壳体12上安设有另外的导向叶片13。在这第二个内部叶片区6和一个外部叶片区7之间设有一个或多个流出口14。在外部叶片区7上有多个导向叶片15固定在另一个内壳体16上。
在另一外部叶片区4和入流区8之间的外壳体2内有一个入流口32，它通过一个回流通道19与排出口14流体力学地连通。在外部叶片区4中，在另一内壳体21上设有其它导向叶片20。
所述回流通道19配备有一个轴向补偿器22，以平衡回流通道19和外壳体2之间的热应力。
所述转子3设计为带有一个轴肩23，以平衡转子3的轴向推力。
在转子3和外壳体2之间设有密封壳24a和24b，以减小从流体机械的泄漏。
在运行时，流体介质通过入流口8首先流入流体机械1中，然后从那儿流至调节级9，在那里流体介质经膨胀后其压力被降至轮室压力。流体介质随后流过第一叶片区5。在图示实施方式中，流体介质随后再流过第二叶片区6。之后，流体介质借助一个孔或多个孔14被分成两股分流18、33。分流33流过外部叶片区7，而第二股分流18则通过回流通道19流入一个入流口32中，然后该分流流过所述另一个外部叶片区4。所述两股分流在分别流过外部叶片区4、7之后通过排出口17a、17b流出流体机械1。
通过将流体介质分成两股分流18、33和按照图示来布置叶片区4、5、6和7，流体介质的各分流流至外部叶片区4、7时有近乎相同的特征参数，如压力、温度和体积流量。由此获得可均匀对称地加热壳体的优点。由于流体介质在所述各区中的状态参数很低，所产生的热变形很小。流体机械的运行可靠性增加。比较有利的是在外壳体和转子之间设置密封壳，以便在各叶片组区之间不设置使蒸汽回流的密封壳的情况下减少漏泄。
通过这种紧凑的单壳式构造，在流体机械的加工和起动性能及运行性能方面产生了优点。在此，充分利用节约材料的优点。尤其可将最后一级叶片的尺寸设计得更小。
在图2中示出了本发明流体机械1的工作原理。该流体机械既可以设计成汽轮机又可以设计成轴流式压缩机。
在设计成汽轮机时，工作原理如下：高温蒸汽26由一个蒸汽发生器25经一根输入管道27流到汽轮机内部28。在流过汽轮机内部的前述叶片区4、5、6和7之后，该高温蒸汽经膨胀后降压并通过一根输出管29流到一个冷凝器30中。转子3的转动可用于发电。
在设计成轴流式压缩机时，工作原理如下：通过强制转动转子3，环境大气或类似气体从一个入流孔30a经一根输入管29a输入到一个轴流式压缩机内部28a中。在轴流式压缩机内部28a中，环境大气通过转子3与汽轮机时相反转动方向的转动作用流过所述叶片区4、5、6和7后被压缩，并以高压缩气体的形式通过一根管道27a流到一个出口25a。

Claims (8)

1.一种流体机械(1)，其具有一个外壳体(2)，其中旋转支承着一个带有三个叶片区的转子(3)，其中的一个叶片区(5，6)位于轴向上的内部，而另外的两个叶片区(4，7)则位于轴向上的外部，在流体机械(1)运行时，一种流体介质沿一相应的流动方向流过这三个叶片区，其中，所述位于内部的叶片区(5，6)沿转子被另外两个外部叶片区(4，7)包在中间，在所述外部叶片区(4，7)中所述流体介质的流动方向彼此相反并远离所述内部叶片区(5，6)，并且所述流动介质在流过所述内部叶片区(5，6)后借助一个回流通道(19)分流，使其中一股分流流过所述一个外部叶片区(4)，而另一股分流则流过所述另一外部叶片区(7)，其特征在于，所述外壳在所述内部叶片区(5，6)和一个外部叶片区(4)之间具有入流口(32)，并且所述外壳在所述内部叶片区(5，6)和另一个外部叶片区(7)之间具有排出口(14)，就流动介质而言所述排出口(14)和所述入流口(32)之间通过所述回流通道(19)相连接。
2.如权利要求1所述的流体机械，其特征在于，所述回流通道配备一个用于补偿热膨胀的轴向补偿器。
3.如权利要求1至2中任一项所述的流体机械，其特征在于，为了平衡轴向推力，所述转子设计有一个安设在所述内部叶片区前的轴肩。
4.如权利要求1所述的流体机械，其特征在于，为了减少从流体机械的漏泄，在转子与外壳体之间设置密封壳。
5.如权利要求1所述的流体机械，其具有至少一个用于流体介质的入流区和一个与该入流区相连的膨胀区段，其特征在于，在所述膨胀区段中的流体介质的压力通过一个调节级可减压到轮室压力。
6.如权利要求1所述的流体机械，其特征在于，它被设计成汽轮机。
7.如权利要求1所述的流体机械，其特征在于，它被设计成轴流式压缩机。
8.一种汽轮机的运行方法，该汽轮机设计成具有一个外壳(2)以及具有一个旋转支承的带有三个叶片区的转子(3)，其中的一个叶片区(5，6)位于轴向上的内部，而另外的两个叶片区(4，7)则位于轴向上的外部，在汽轮机运行时，一种流体介质沿一相应的流动方向流过这三个叶片区，其中，所述位于内部的叶片区(5，6)沿转子被另外两个外部叶片区(4，7)包在中间，所述流体介质在流过所述内部叶片区(5，6)后被分流成两股分流，其中一股分流流过一个外部叶片区(4)，而另一股分流则流过另一个外部叶片区(7)，其特征在于，所述流体介质流过所述外壳(2)的排出口(14)，所述排出口(14)位于所述内部叶片区(5，6)和一个外部叶片区(7)之间，其中，所述流体介质通过回流通道(19)到达位于所述内部叶片区(5，6)和另一个外部叶片区(4)之间的入流口(32)。
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