CN109642474A - 具有流屏蔽装置的蒸汽轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽轮机(1)，所述蒸汽轮机具有带有多个涡轮机壳体部分(2a)的涡轮机壳体(2)，所述涡轮机壳体沿着涡轮机纵轴线(4)包围流动空间(3)，其中涡轮机壳体(2)具有壳体壁(5)，其中在两个相邻的涡轮机壳体部分(2a)之间构成有接缝(6)。在壳体壁(5)的朝向流动空间(3)的壳体壁侧处设置有至少一个流屏蔽装置(7)，所述流屏蔽装置为壳体壁(5)的壁部段(5a)屏蔽在流动空间(3)中的流。在流屏蔽装置(7)和壳体壁(5)的壁部段(5a)之间形成中间空间(8)。在至少一个区域中，中间空间(8)具有通向流动空间(3)的开口(9)，其中经由开口(9)构成中间空间(8)与流动空间(3)的流体连通的连接。

Description

具有流屏蔽装置的蒸汽轮机

技术领域

本发明涉及一种具有多件式的涡轮机壳体的蒸汽轮机。

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焓转换成动能。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蒸汽穿流的流动空间。在流动空间中设置有旋转支承的涡轮机轴连同多个转子叶片，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机轴处。为了优化由蒸汽对转子叶片的迎流，蒸汽轮机具有导向叶片环，所述导向叶片环分别在转子叶片环上游连接并且保持在涡轮机壳体处。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机级。

在穿流蒸汽轮机时，蒸汽将其内部能量的一部分输出，所述部分经由转子叶片转换成涡轮机轴的旋转能量。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机级下游下降。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高压部段和中压部段和/或低压部段。为了改进效率，这种蒸汽轮机能够具有用于中间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机部段之前能够由加热设备加热。在此能够提出，在两个涡轮机部段之间相应设置有这种加热设备。尤其在具有这样中间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强的温度波动。首先，高压部段中的温度以梯度的方式下降，随后在过渡区域中由于中间加热突然升高。涡轮机壳体的、与高压部段的流出装置和随后的中压部段或低压部段的迎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尤其强的温度梯度。

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，所述壳体在构成接缝的条件下部分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以及壳体上部。沿着涡轮机纵轴线，涡轮机壳体也能够具有多个壳体区段，使得高压部段和中压部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分的或壳体区段的法兰进行。

壳体部分或壳体区段的连接的机械负荷越大，就需要越大的固定元件，以便抵消打开接缝的力。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。

从DE 10 2008 045 657 A1中已知一种蒸汽轮机，其中在两个壳体部分之间的接缝完全由屏蔽元件覆盖。屏蔽元件经由密封设备相对于壳体部分密封，使得在屏蔽元件和涡轮机壳体之间构成的空腔朝向流动空间是密封的。经由压力管路，空腔与流动空间的沿蒸汽轮机的流动方向在下游的区域流体连通地连接，所述区域在导向叶片载体下游设置。压力管路可经由阀截止。这种涡轮机是非常耗费的从而在制造时是成本密集的。此外，密封设备承受高的机械负荷，尤其热负荷，但是还有通过蒸汽流造成的腐蚀，从而具有高的磨损。这由于对此需要的减速以及加速造成高的维护耗费以及高的维护成本并且造成蒸汽轮机的需要用于维护的高的停机时间。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种蒸汽轮机，所述蒸汽轮机改进或至少部分地改进在上文中提到的缺点。尤其本发明的目的是，以具有多件式的壳体的紧凑的结构方式实现蒸汽轮机，所述蒸汽轮机借助简单的机构以及成本适宜地确保在涡轮机壳体处的降低的温度梯度，从而在用于连接壳体部分的固定元件的尺寸保持不变时允许更大的蒸汽质量流，从而也具有改进的效率。

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的具有带有多个涡轮机壳体部分的涡轮机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。

根据本发明的第一方面，所述目的通过蒸汽轮机来实现，所述蒸汽轮机具有带有多个涡轮机壳体部分的涡轮机壳体，所述涡轮机壳体沿着涡轮机纵轴线包围流动空间。涡轮机壳体具有壳体壁，其中在两个相邻的涡轮机壳体部分之间构成有接缝。根据本发明，在壳体壁的朝向流动空间的壳体壁侧处设置有至少一个流屏蔽装置，所述流屏蔽装置为壳体壁的壁部段屏蔽在流动空间中的流。在流屏蔽装置和壳体壁的壁部段之间形成中间空间，其中在至少一个区域中，中间空间具有通向流动空间的开口。经由所述开口，构成中间空间与流动空间的流体连通的连接。

涡轮机壳体优选具有至少两个涡轮机壳体部分。优选地，涡轮机壳体具有壳体下部和壳体上部，所述壳体下部和壳体上部沿着涡轮机纵轴线分别分成至少两个壳体区段。涡轮机壳体具有壳体壁，所述壳体壁对于蒸汽是不连续的。在两个相邻的涡轮机壳体部分之间相应构成有接缝。优选地，涡轮机壳体部分具有至少一个法兰，经由所述法兰，所述涡轮机壳体部分彼此连接，尤其拧紧。通过拧紧，相邻的涡轮机壳体部分彼此压紧从而密封接缝。根据本发明优选的是，在接缝中设置有密封设备，例如密封环。

涡轮机壳体沿着涡轮机纵轴线以及包围所述涡轮机纵轴线地构成。因此，涡轮机壳体包围流动空间。在流动空间中，例如涡轮机轴借助转子叶片环可转动支承地设置。此外，涡轮机壳体优选具有至少一个导向叶片环，所述导向叶片环相应地与涡轮机轴的至少一个转子叶片环相关联。流动空间构成用于引导蒸汽通过。在此，蒸汽被导向叶片转向从而以最优的迎流角射到转子叶片上。

根据本发明，在壳体壁的朝向流动空间的壳体壁侧处设置有至少一个流屏蔽装置。流屏蔽装置为壳体壁的壁部段屏蔽流动空间中的流，尤其蒸汽质量流。在此，根据本发明将屏蔽理解成流的偏转，使得蒸汽以改变的流动方向和/或降低的流动速度射到被屏蔽的壁部段上。屏蔽在本发明的范围中不表示，壁部段与蒸汽完全隔离，使得与蒸汽的接触不再是可行的。

流屏蔽装置优选板状地构成，并且更优选地匹配于涡轮机壳体的拱曲部，以便尽可能小地影响其余穿流流动空间的蒸汽流。优选地，涡轮机壳体构成为，使得涡轮机壁和流屏蔽装置形成最优的流动空间，所述流动空间对于涡轮机级的迎流是最优的。对此，涡轮机壳体在流屏蔽装置的区域中优选具有轻微的横截面扩大，以便补偿流动空间体积的通过流屏蔽装置引起的降低。

在流屏蔽装置和壳体壁之间形成中间空间。优选地，流屏蔽装置为此至少部分地与壳体壁间隔开。对此优选的是，至少一个间隔保持件设置在流屏蔽装置和壳体壁之间。优选地，流屏蔽装置拧紧在壳体壁处，但是也能够与其焊接或铆接。间隔保持件优选构成为空心圆柱体，所述空心圆柱体包围拧紧装置的螺丝。流屏蔽装置在壳体壁处的固定优选构成为是可热运动的，以便避免在流屏蔽装置和壳体壁之间的由于不同的热膨胀造成的应力。

在至少一个区域中，中间空间具有通向流动空间的开口。经由开口，建立中间空间与流动空间的流体连通的连接。优选的是，开口在中间空间的指向蒸汽的流动方向的一侧上构成。优选地，中间空间与蒸汽的流动方向相反地关闭。因此，避免沿流动方向流动的蒸汽直接流入到中间空间中。为了到达流动空间中，蒸汽必须改变其流动方向从而降低其流动速度。开口优选构成为在流屏蔽装置和壳体壁之间的间隙。替选地，开口能够构成为孔或通道，尤其在流屏蔽装置中。通过开口实现，蒸汽能够从其余的流动空间到达中间空间中。因此，在蒸汽轮机运行时在中间空间中能够出现与在其余的流动空间中或在涡轮机级处相同的温度或几乎相同的温度以及相同的压力或几乎相同的压力，在所述涡轮机级的涡轮机纵轴线部段处构成有开口。

根据本发明的蒸汽轮机相对于传统的蒸汽轮机具有如下优点，借助简单的机构以及成本适宜地在流屏蔽装置的区域中降低涡轮机壳体的热负荷。壳体的温度梯度因此明显降低。以所述方式，在蒸汽轮机运行时，在涡轮机壳体中产生更少的应力，所述应力作为接缝处的开启力出现。由此，蒸汽轮机的最大的可负荷性以及效率在结构大小不变的情况下能够改进。

根据本发明的一个优选的改进方案，在蒸汽轮机中能够提出，流屏蔽装置沿壳体壁的环周方向仅在壳体壁的子环周区域上延伸。在此优选的是，流屏蔽装置至少在涡轮机壳体的一部分处延伸，所述部分与涡轮机壳体的其余区域相比承受尤其高的温度差异和/或尤其高的温度。以所述方式能够确保，蒸汽轮机仅在涡轮机壳体的承受特殊的热负荷的区域处具有流屏蔽装置，以便使涡轮机壳体的所述区域因此卸荷。因此不再需要通过降低蒸汽质量流和/或蒸气温度对所述区域卸荷。

优选的是，流屏蔽装置为接缝以及壳体壁的包围接缝的区域屏蔽所述流。围绕接缝的区域是涡轮机壳体的结构薄弱部位并且尤其易受热负荷、尤其高的温度梯度的影响，因为由此由于不同的热膨胀，在接缝处能够出现打开接缝的力。接缝的或围绕接缝的区域的有针对性的屏蔽因此具有如下优点，接缝的或将接缝保持在一起的固定机构的热负荷以及机械负荷由此能借助简单的机构降低。

更优选地，流屏蔽装置沿环周方向以蒸汽轮机的接缝法兰的接缝法兰高度的1.5倍至6倍延伸。在接缝处，相邻的涡轮机壳体部分分别具有接缝法兰，经由所述接缝法兰，涡轮机壳体部分彼此连接，例如拧紧。接缝法兰沿用于连接接缝法兰的连接螺丝的纵向方向具有接缝法兰高度。在接缝法兰的区域中，涡轮机壳体的热负荷是尤其不利的。为了降低蒸汽轮机的制造成本并且同时确保良好地屏蔽接缝法兰，已经证实的是，涡轮机屏蔽装置以接缝法兰高度的1.5倍至6倍的延伸对此是尤其有利的。

优选地，流屏蔽装置具有至少两个流屏蔽装置部分，所述流屏蔽装置部分设置在相邻的涡轮机壳体部分处。流屏蔽装置因此分别保持在另外的涡轮机壳体部分处并且能够容易地在安装涡轮机壳体之前安装在涡轮机壳体部分处。因此，改进蒸汽轮机的可安装性。此外优选的是，流屏蔽装置设置在涡轮机壳体部分处，使得在组装涡轮机壳体时，至少两个流屏蔽装置形成共同的流屏蔽装置。

此外优选的是，流屏蔽装置设置在流动空间的流动空间区域中，在所述流动空间区域中，流动空间具有最大的温度梯度。在流动空间的所述区域中，涡轮机壳体的负荷由于不同的热膨胀是尤其大的。通过流屏蔽装置，所述区域通过降低的温度施加和与之关联的更小的热膨胀而卸荷。

根据本发明能够提出，流屏蔽装置沿流动方向具有末端区域，其中中间空间在末端区域中具有减小的高度。因此，中间空间沿着流屏蔽装置具有不同的高度。开口在末端区域中构成从而具有开口高度，所述开口高度对应于末端区域中的中间空间的高度。这种流屏蔽装置可容易制造并且具有其他优点：其余的流动空间的蒸汽对中间空间的影响通过中间空间的减小的高度而减小。因此，在流屏蔽装置的区域中在壳体壁处仅能够实现减小的热交换。壳体壁因此更好地卸荷。

更优选地，蒸汽轮机具有至少一个蒸汽输送装置，所述蒸汽输送装置构成用于将蒸汽直接输送到中间空间中。蒸汽输送装置例如能够构成为壳体壁中的通道或独立的管路。优选地，蒸汽输送装置设置成，在蒸汽能够在中间空间之内分布之前，将蒸汽尽可能在接缝旁引导经过。经由相应的喷嘴，蒸汽例如可朝向接缝的方向引入中间空间中。替选地或附加地，蒸汽输送装置的蒸汽入口与接缝相邻地设置。蒸汽输送装置优选构成用于输送蒸汽，所述蒸汽与流屏蔽装置处的流动空间中的蒸汽相比具有更高的温度。这种蒸汽输送装置具有如下优点，涡轮机壳体处的温度梯度能够借助简单的机构进一步地降低。涡轮机壳体因此承受较小的负荷，使得例如能够将可承受更少负荷的或成本更适宜的涡轮机壳体用于蒸汽轮机。替选地，能够提高用蒸汽、例如蒸汽质量流和/或蒸气温度对蒸汽轮机的加载，从而能够改进蒸汽轮机的效率。

在本发明的一个有利的设计方案中，能够提出，蒸汽输送装置将流动空间的沿流动方向在流屏蔽装置的上游设置的区域与中间空间流体连通地连接。借此根据本发明尤其表示蒸汽轮机的如下区域，所述区域是在流屏蔽装置上游的涡轮机级，即相邻的区域。这具有如下优点，在蒸汽轮机运行时，能以最优的或近似最优的温度或最优的或近似最优的压力输送已经存在的蒸汽，以输送到中间空间中。蒸汽因此不必单独提供或者在较长的距离上输送。由此能够进一步降低蒸汽轮机的运行成本。

优选的是，蒸汽输送装置具有至少一个用于设定蒸汽质量流的调节机构。调节机构例如构成为阀。蒸汽质量流的可设定性具有如下优点，在流屏蔽装置的区域中可控制蒸汽轮机壳体处的温度过渡。如果例如确定，尤其借助于红外相机确定：涡轮机壳体在流屏蔽装置的区域中过冷，那么调节机构能够打开从而进入到中间空间中的蒸汽质量流提高。同样当涡轮机壳体在流屏蔽装置的区域中具有过高的温度时，调节机构能够至少部分地关闭，以便将蒸汽质量流节流从而降低与壳体壁的温度交换。对此，蒸汽轮机能够根据本发明具有调节设备。优选地，调节机构构成为，完全地阻止蒸汽质量流。

优选地，流屏蔽装置的朝向壳体壁的一侧具有至少一个引导元件，所述引导元件构成用于在中间空间之内引导蒸汽质量流。引导元件例如能够构成为壁，所述壁优选在流屏蔽装置和壳体壁之间延伸，并且优选地沿着其伸展接触壳体壁和流屏蔽装置。引导元件例如能够构成为用于将蒸汽质量流转向一次的转向元件。替选地，引导元件例如迷宫式地构成。优选地，引导元件构成为，将蒸汽质量流朝向接缝的方向转向。引导元件具有如下优点，能够在中间空间中限定蒸汽质量流的流动方向，以便优化在蒸汽质量流和壳体壁之间的热交换。此外，借助于引导元件能够将引导到中间空间中的蒸汽质量流沿如下方向引导，在所述方向上，通过蒸汽流的加热是尤其有利的，例如在围绕接缝的区域中。

优选的是，流屏蔽装置具有比涡轮机壳体更小的热导率。这尤其在涡轮机级的高的温差的情况下是有利的，在所述涡轮机级的下游设置有流屏蔽装置。经由流屏蔽装置，因此降低与中间空间的热交换，从而壳体壁热卸荷。

附图说明

根据本发明的具有流屏蔽装置的蒸汽轮机在下文中根据附图详细阐述。分别示意地示出：

图1示出根据本发明的蒸汽轮机的一个优选的实施方式的横向于流动方向的侧视图，

图2示出图1中的蒸汽轮机的局部的横向于流动方向的侧视图，和

图3示出根据本发明的蒸汽轮机的一个替选的实施方式的涡轮机壳体的局部的沿流动方向的侧视图。

具体实施方式

在图1中示意地以横向于蒸汽轮机1的做功流体或蒸汽质量流的流动方向13的侧视图示出根据本发明的蒸汽轮机1的一个优选的实施方式。蒸汽轮机1具有沿流动方向13伸展的涡轮机纵轴线4以及涡轮机壳体2，所述涡轮机壳体由四个涡轮机壳体部分2a组成。涡轮机壳体部分2a分别具有沿流动方向13延伸的以及沿围绕涡轮机纵轴线4的环周方向延伸的接缝法兰12，所述接缝法兰具有接缝法兰高度11。涡轮机壳体部分2a经由接缝法兰12彼此拧紧。在两个彼此拧紧的接缝法兰12之间相应构成有接缝6。涡轮机壳体2具有壳体壁5，所述壳体壁在涡轮机壳体部分2a上延伸。涡轮机壳体2包围流动空间3，以引导做功介质或蒸气质量流通过。

图2示出图1中的蒸汽轮机1的下部分的部段的剖面图。在壳体壁5的壁部段5a处，与平行于涡轮机纵轴线4延伸的接缝6相邻地设置有流屏蔽装置7，所述流屏蔽装置相对于剩余的流动空间3屏蔽壁部段5a。流屏蔽装置7沿蒸汽轮机1的环周方向在子环周区域10上延伸。优选地，在蒸汽轮机1的在所述绘图中未示出的上部分处同样相应地设置有流屏蔽装置7。在流屏蔽装置7和壁部段5a之间构成有中间空间8。沿流动方向13，中间空间8朝向流动空间3经由开口9流体连通地连接。流屏蔽装置7沿流动方向13直接设置在导向叶片载体19下游。在导向叶片载体19中设置有多个用于将蒸汽质量流输送到中间空间7中的蒸汽输送装置16。因此，蒸汽能够从流动空间3中从在导向叶片载体19上游的区域输送给中间空间8。为了控制蒸汽质量流，蒸汽输送装置16分别具有调节机构17。在流屏蔽装置7和壁部段5a之间设置有多个引导元件18，以便将经由蒸汽输送装置16输送的蒸汽质量流偏转或朝向接缝6的方向引导。经由开口9能够在中间空间8和流动空间3之间进行蒸汽交换。

在图3中以侧视图以及沿流动方向13绘制蒸汽轮机1的涡轮机壳体2的局部。在所述视图中，可良好地看到在流屏蔽装置7和壁部段5a之间形成的中间空间8。流屏蔽装置7由两个屏蔽装置部分7a形成，其中各一个屏蔽装置部分7a设置在涡轮机壳体部分2a处，例如设置在壳体上部和壳体下部处。在所述视图中可良好看到在涡轮机壳体部分2a之间构成的接缝6。中间空间7在该实施方式中具有开口9，所述开口指向下。在开口9的区域中，中间空间具有高度7，所述高度构成为小于在中间空间7的其余区域中的高度。

Claims (12)

1.一种蒸汽轮机(1)，所述蒸汽轮机具有带有多个涡轮机壳体部分(2a)的涡轮机壳体(2)，所述涡轮机壳体沿涡轮机纵轴线(4)包围流动空间(3)，其中所述涡轮机壳体(2)具有壳体壁(5)，其中在两个相邻的涡轮机壳体部分(2a)之间构成有接缝(6)，

其特征在于，

在所述壳体壁(5)的朝向所述流动空间(3)的壳体壁侧处设置有至少一个流屏蔽装置(7)，所述流屏蔽装置为所述壳体壁(5)的壁部段(5a)屏蔽在所述流动空间(3)中的流，其中在所述流屏蔽装置(7)和所述壳体壁(5)的所述壳体壁部段(5a)之间形成中间空间(8)，其中在至少一个区域中，所述中间空间(8)具有通向所述流动空间(3)的开口(9)，其中经由所述开口(9)构成所述中间空间(8)与所述流动空间(3)的流体连通的连接。

2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)沿所述壳体壁(5)的环周方向仅在所述壳体壁(5)的子环周区域(10)上延伸。

3.根据权利要求2所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(3)为所述接缝(6)以及为所述壳体壁(5)的包围所述接缝(6)的区域屏蔽所述流。

4.根据权利要求3所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)沿环周方向以所述蒸汽轮机(1)的接缝法兰(12)的接缝法兰高度(11)的1.0倍至6.0倍、优选2.0倍至4.0倍延伸。

5.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)具有至少两个流屏蔽装置部分(7a)，所述流屏蔽装置部分设置在相邻的涡轮机壳体部分(2a)处。

6.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)设置在所述流动空间(3)的流动空间区域中，在所述流动空间区域中，所述流动空间(3)具有最大的温度梯度。

7.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)沿流动方向(13)具有末端区域(14)，其中所述中间空间在所述末端区域(14)中具有减小的高度(15)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述蒸汽轮机(1)具有至少一个蒸汽输送装置(16)，所述蒸汽输送装置构成用于将蒸汽直接输送到所述中间空间(8)中。

9.根据权利要求8所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述蒸汽输送装置(16)将所述流动空间(3)的沿流动方向(13)设置在所述流屏蔽装置(7)上游的区域与所述中间空间(8)流体连通地连接。

10.根据权利要求8或9所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述蒸汽输送装置(16)具有至少一个调节机构(17)，用于设定蒸汽质量流。

11.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)的朝向所述壳体壁(5)的一侧具有至少一个引导元件(18)，所述引导元件构成用于在所述中间空间(8)之内引导蒸汽质量流。

12.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，

其特征在于，

所述流屏蔽装置(7)具有与所述涡轮机壳体(2)相比更小的热导率。