專利名稱：汽輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽輪機；并且更具體地，本發明涉及利用溫度范圍從大約650°C至 750°C的高溫蒸汽的汽輪機。
背景技術：
利用具有大致600°C的溫度的主流蒸汽的汽輪機從提高汽輪機效率的觀點看是實用的。為了進一步提高汽輪機效率，已經進行了有關將主流蒸汽的溫度增加至范圍從大約 650°C至750°C的值的研究，并且根據所述研究的開發已經完成。在這種汽輪機中，因為主流蒸汽具有高溫，所以必須像燃氣輪機的情況那樣采用耐熱合金。然而，因為耐熱合金昂貴并且很難加工成大的部件，所以無法使用耐熱合金。在這種情況中，汽輪機的材料強度是不足的并且必須冷卻汽輪機的部件。日本專利公開文獻No. 11-200801 (專利文獻1)公開了一種用于轉子輪盤的冷卻機構，其中所述轉子輪盤與轉子一體形成并嵌接有葉片。冷卻機構冷卻轉子輪盤、尤其第二級和隨后級的轉子輪盤的嵌接有葉片的部分的附近。在該冷卻機構內，冷卻流體通過在轉子內形成的冷卻路徑孔被直接供入到由轉子輪盤的側表面和翼片的內側表面所形成的冷卻空間內。然而，在轉子輪盤內側在轉子內方便地形成像專利文獻1那樣設置成冷卻轉子輪盤的嵌接有葉片的部分附近的冷卻路徑孔并不是容易的，并且從確保轉子強度的觀點看形成冷卻路徑孔也不總是優選的。此外，在需要冷卻的汽輪機級、例如轉子輪盤中，冷卻蒸汽有助于上游側汽輪機級的冷卻，并且然后在下游側汽輪機級中冷卻升溫的冷卻蒸汽，否則這可以造成冷卻不足的情況。
發明內容
已經考慮到上述情況提出了本發明，并且本發明的目的是提供一種包括冷卻結構的汽輪機，所述冷卻結構適于確保轉子、轉子輪盤和汽輪機的其它部件的強度，以甚至在使用高溫蒸汽時維持它們的完整性。本發明的另一目的是提供一種汽輪機，其中，在需要冷卻的范圍內安置的下游側汽輪機級中的汽輪機部件能夠高效地被冷卻。設置成實現上述目的的本發明的汽輪機包括轉子；與所述轉子一體形成的轉子輪盤；多個葉片，其中所述轉子輪盤沿所述轉子的周向與所述多個葉片嵌接；包覆所述轉子的殼體；多個沿所述轉子的周向連接至所述殼體的翼片，所述翼片的位置與所述葉片相鄰并且沿所述轉子的軸向位于上游側上；以及
沿所述轉子的軸向在所述翼片的轉子側表面上安置的內隔板，以使得所述內隔板朝向所述轉子輪盤，其中，沿所述轉子的軸向彼此相鄰的翼片和葉片形成汽輪機級，在所述汽輪機級中的至少一個汽輪機級中，轉子側冷卻路徑沿所述轉子的軸向穿過所述轉子輪盤形成，并且隔板側冷卻路徑沿所述轉子的軸向穿過所述內隔板形成，并且流經所述轉子側冷卻路徑的冷卻媒介分流到所述隔板側冷卻路徑中以及在所述內隔板與所述轉子之間設置的迷宮式流路徑中。在如上所述的汽輪機中，形成多個汽輪機級，每個所述汽輪機級具有沿轉子的軸向穿過所述內隔板的隔板側冷卻路徑，并且所述冷卻媒介流經所述隔板側冷卻路徑，在所述多個汽輪機級中的每個中形成有隔板側冷卻路徑，在所述多個汽輪機級中，所述隔板側冷卻路徑在上游側汽輪機級中與轉子的軸線平行地被形成，并且隔板側冷卻路徑的出口在下游側汽輪機級中與隔板側冷卻路徑的入口相比更靠近所述轉子地被定位。根據本發明，因為冷卻媒介在從上游側至下游側的寬范圍的汽輪機級中能夠使得轉子、轉子輪盤、內隔板與其它部件冷卻，所以諸如轉子的每個汽輪機部件的強度能夠被確保，并且因此，每個汽輪機部件的完整性甚至在高溫蒸汽被采用時也可以被維持。
圖1是局部剖視圖，示出了根據本發明的第一實施例的汽輪機的一部分；圖2是局部剖視圖，示出了根據本發明的第二實施例的汽輪機的一部分；圖3示出了如圖2所示的內隔板中的隔板側冷卻路徑的改型，并且圖3 (A)至3 (F) 是示出了第一至第六改型的剖視圖；圖4是局部剖視圖，示出了根據本發明的第三實施例的汽輪機的一部分；圖5是局部剖視圖，示出了根據本發明的第四實施例的汽輪機的一部分；圖6示出了體現冷卻媒介(冷卻蒸汽)的溫度、主流蒸汽的溫度以及轉子輪盤的嵌接有葉片的部分的目標溫度之間的關系的曲線；圖7是局部剖視圖，示出了根據本發明的第五實施例的汽輪機的一部分；圖8是局部剖視圖，示出了根據本發明的第六實施例的汽輪機的一部分。
具體實施例方式以下參照
實現本發明的最佳模式。然而，應該注意的是本發明并不限于以下的實施例。此外，在以下的說明中，應該理解的是術語“上側”、“下側”、“右側”、“左側” 以及其它與方向有關的術語僅僅在視圖的說明或實際安裝中被采用。A第一實施例(圖1)圖1是局部剖視圖，示出了根據本發明的第一實施例的汽輪機的一部分。在如圖1 所示的汽輪機10中，高溫主流蒸汽11具有范圍從大致650°C至750°C的溫度，所述高溫主流蒸汽11經由翼片(靜片)12被引導至葉片(動片)13，以使得轉子14旋轉，其中所述葉片13嵌接至所述轉子，從而與所述轉子14相連的未示出的發電機被旋轉。這種高溫主流蒸汽11的采用能夠提高汽輪機效率。多個葉片13嵌接至每個轉子輪盤15的外周部分，其中所述轉子輪盤15沿轉子14的周向與轉子14 一體形成。轉子14由一殼體16包圍，多個翼片12在與葉片13相鄰的位置并沿轉子14的軸向在上游側經由外隔板17沿轉子14的周向連接。內隔板18沿轉子14的周向在翼片12 上安置，從而內隔板18朝向轉子14的轉子輪盤15。多個由外隔板17和內隔板18所支承的翼片12將主流蒸汽11引導至葉片13。翼片12和葉片13沿轉子14的軸向交替地布置，并且一組相鄰的翼片12和葉片 13形成一汽輪機級。汽輪機級沿主流蒸汽11從上游側流至下游側的方向如下地標號第一級、第二級、第三級等。翼片12和葉片13沿轉子14的軸向在其中交替布置的空間形成一蒸汽路徑19，主流蒸汽11流經所述蒸汽路徑19。在由此所構造的汽輪機10中，在汽輪機級中的至少一個汽輪機級內設置一冷卻結構20，以使得汽輪機的部件、尤其轉子14、轉子輪盤15以及內隔板18冷卻，從而確保每個部件的強度。汽輪機內的冷卻結構20包括隔板側冷卻路徑21以及轉子側冷卻路徑22。轉子側冷卻路徑22在轉子輪盤15內形成在嵌接有葉片13的部分15A附近，其中所述轉子輪盤15與轉子14 一體形成。轉子側冷卻路徑22沿轉子14的軸向以與轉子14 的軸線平行的直線的方式延伸穿過轉子輪盤15。轉子側冷卻路徑22實際上由多個沿轉子 14的周向以預定間隔布置的轉子側冷卻路徑形成。另一方面，隔板側冷卻路徑21被形成為沿轉子14的軸向以與轉子14的軸線平行的直線的方式延伸經過內部隔板18。隔板側冷卻路徑21實際上由多個沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。迷宮式區段23形成一迷宮式流路徑M，其中所述迷宮式區段23在內隔板18與轉子14之間設置。迷宮式區段23包括迷宮齒25，其由內隔板18伸出；以及迷宮件沈，其從轉子14伸出，以使得迷宮齒25和迷宮件沈沿轉子14的軸向交替地布置。迷宮式區段23 基本上密封內隔板18與轉子14之間的間隙，以防止流經蒸汽路徑19的主流蒸汽11通過間隙泄漏。迷宮式流路徑M由內隔板18的內周表面和轉子14的外周表面形成并由迷宮齒25和迷宮件沈分隔。冷卻媒介27流經轉子側冷卻路徑22、隔板側冷卻路徑21和迷宮式流路徑24，其中所述冷卻媒介例如為溫度比主流蒸汽11低的冷卻蒸汽。也就是說，引入到上游轉子輪盤 15中的轉子側冷卻路徑22中的并經過轉子側冷卻路徑22的冷卻媒介27分流到下游內隔板18中的隔板側冷卻路徑21和迷宮式冷卻路徑M中。冷卻媒介27的分流后的流然后合流，合流后的冷卻媒介27流經同一下游轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中，如箭頭A 所示。隔板側冷卻路徑21的設置防止或基本上防止已經流經上游轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22的冷卻媒介27流入到蒸汽路徑19中，但是允許冷卻媒介27朝向下游級流動。在已經從已經從上游轉子輪盤15的轉子側冷卻路徑22流出的冷卻媒介27流經迷宮式流路徑M時并且在已經流經迷宮式流路徑M的冷卻媒介27流入到下游轉子輪盤15的轉子側冷卻路徑22中時，上游和下游轉子輪盤15以及內隔板18(尤其轉子輪盤1 被冷卻。如上所述，基于隔板側冷卻路徑21中的壓力損失以及迷宮式流路徑M中的壓力損失、也就是說通過控制隔板側冷卻路徑21中的壓力損失以及迷宮式流路徑M中的壓力損失而確定冷卻媒介27從轉子側冷卻路徑22流出的和分流到隔板側冷卻路徑21和迷宮式流路徑M中的比例。隔板側冷卻路徑21中的壓力損失取決于在內隔板18內形成的隔板側冷卻路徑21的數量、每個隔板側冷卻路徑21的橫截面和其它因素。迷宮式流路徑24 中的壓力損失取決于迷宮齒25的數量、從迷宮齒25至轉子14的外周表面的尺寸“t”和其它因素。因此，本發明提供了以下的有利效果⑴和O)。(1)已經流經上游側轉子輪盤15內的轉子側冷卻路徑22的冷卻媒介27分流到下游側內隔板18中的隔板側冷卻路徑21中以及內隔板18與轉子14之間設置的迷宮式流路徑M中，因此，冷卻媒介27不被允許流到主流蒸汽11所流經的蒸汽路徑19中，或者流入到蒸汽路徑19中的冷卻媒介27的流速能夠被減小，并且冷卻媒介27實際上能夠通過隔板側冷卻路徑21被引導到下游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中。因此，冷卻媒介 27能夠在使得與轉子14 一體形成的轉子輪盤15、內隔板18和從上游側至下游側的寬范圍的汽輪機級的范圍內的其它部件冷卻，并且因此氣輪機的每個部件(尤其轉子14和轉子輪盤15)的強度能夠被確保，并且因此，甚至在汽輪機內所使用的主流蒸汽11具有范圍從大致650°C至750°C的高溫時，每個汽輪機部件的完整性能夠被維持。(2)因為冷卻媒介27流經在與轉子14 一體形成的轉子輪盤15內形成的轉子側冷卻路徑22以及在支承翼片12的內隔板18中形成的擱板側冷卻路徑21，所以與在轉子14 內形成的情況相比，各冷卻路徑能夠更加容易地被制造，并且轉子14的強度將不會降低。B第二實施例(圖2和3)圖2是局部剖視圖，示出了根據本發明的第二實施例的汽輪機的一部分。圖3示出了如圖2所示的每個內隔板中的隔板側冷卻路徑的改型，其中，圖3(A)至3(F)是示出第一改型至第六改型的剖視圖。在第二實施例中，相同的附圖標記添加給與如上所述第一實施例中的對應或類似的部分或構件，并且這些部分的說明將被簡化或省略。根據第二實施例的汽輪機冷卻結構30與第一實施例的區別之處在于在每個內隔板18內形成的隔板側冷卻路徑31的形狀。隔板側冷卻路徑31的形狀由尤其需要冷卻的部分、迷宮式流路徑M中的壓力損失和其它因素確定。也就是說，隔板側冷卻路徑31以這樣的方式在內隔板18內形成，所述隔板側冷卻路徑31從轉子14所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向翼片12傾斜并且大致沿轉子14 的軸向以直線的方式延伸穿過內隔板18。實際上，隔板側冷卻路徑31由多個沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。已經從上游側轉子輪盤15的轉子側冷卻路徑22流出的冷卻媒介22在與比第一實施例更靠近轉子14的位置分流到下游側內隔板 18中的隔板側冷卻路徑31中和內隔板18與轉子14之間的迷宮式流路徑M中。冷卻媒介 27的分流后的流流經隔板側冷卻路徑31和迷宮式流路徑M并然后合流，并且合流后的冷卻媒介27流經同一下游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22，如箭頭B所示。根據如上所述的結構或構造，因為已經從上游轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑 22流出的冷卻媒介27在靠近轉子14的位置分流，所以上游側轉子輪盤15的下游側區域 α將特別地被冷卻。根據如圖3(A)所示的第一改型的隔板側冷卻路徑32在每個內隔板18中形成，從而所述隔板側冷卻路徑從翼片12所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向轉子14傾斜(見圖2)并且大致沿轉子14的軸向以直線的方式延伸穿過內隔板18。隔板側冷卻路徑32實際上由多個沿轉子14的周向以預定間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。已經從上游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22流出的冷卻媒介27分流到下游側內隔板18中的隔板側冷卻路徑32中和內隔板18與轉子14之間的迷宮式流路徑M中。冷卻媒介27的分流后的流從隔板側冷卻路徑32和迷宮式流路徑M流出，并且在靠近轉子14的位置合流，并且合流后的冷卻媒介27流入到同一下游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中。在這種情況中，因為已經從下游內隔板18中的隔板側冷卻路徑32流出的冷卻媒介27和已經從迷宮式流路徑M流出的冷卻媒介27在靠近轉子14的位置合流，并且因為合流后的冷卻媒介27流入到同一下游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中，所以下游級轉子輪盤15的上游側區域β (圖幻能夠特別地被冷卻。另一方面，根據如圖3(B)所示的第二改型的隔板側冷卻路徑22在每個內隔板18 中形成，從而所述隔板側冷卻路徑從轉子14(見圖2、所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向翼片12傾斜、直線地延伸至內隔板18的中央處的某點并且進一步沿轉子14的軸向與轉子14的軸線平行地延伸穿過內隔板18。隔板側冷卻路徑33實際上由多個沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。冷卻媒介27大致以與如圖2所示的隔板側冷卻路徑31的情況相同的方式流動，并且上游側轉子輪盤15的下游側區域α (圖2)能夠特別地被冷卻。此外，通過將流經隔板側冷卻路徑33的冷卻媒介27引導至比圖2更靠近轉子14的位置，下游轉子輪盤15的期望的區域將合適地被冷卻并且冷卻媒介27將被防止流入到蒸汽路徑19中。根據如圖3(C)所示的第三實施例的隔板側冷卻路徑34在每個內隔板18中形成， 從而所述隔板側冷卻路徑自翼片12所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向轉子14(見圖 2)傾斜、直線地延伸至內隔板18的中央處的某點并且進一步沿轉子14的軸向與轉子14的軸線平行地延伸穿過內隔板18。隔板側冷卻路徑34實際上由多個沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。冷卻媒介27大致以與如圖3(A)所示的隔板側冷卻路徑32的情況相同的方式流動，但是已經從隔板側冷卻路徑34流出的冷卻媒介27與已經從迷宮式流路徑M流出的冷卻媒介27合流的位置能夠設在與上游側區域β相比更靠近葉片13的期望的位置。分別如圖3(D) ,3(E)和3 (F)所示的第四、第五和第六改型所體現的隔板側冷卻路徑35、36和37在每個內隔板18中形成，并且具有與隔板側冷卻路徑21 (圖1)、隔板側冷卻路徑31(圖2、和隔板側冷卻路徑32(圖3(A))相同的形狀，但是每個所述隔板側冷卻路徑35、36和37實際上由多個與轉子14的徑向平行布置的隔板側冷卻路徑形成，但是每個所述隔板側冷卻路徑的橫截面更小。多個隔板側冷卻路徑35、36和37中的每個也由多個沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。在第四、第五和第六改型中，多個隔板側冷卻路徑35、36和37中的每個具有更小的橫截面，導致了其中產生更大的壓力損失。因此，第四、第五和第六改型在這樣的情況中采用，即每個內隔板18與轉子14之間的迷宮式流路徑M產生大壓力損失并且能夠使得從上游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22(見圖2、流出的冷卻媒介27以令人滿意的方式分流到隔板側冷卻路徑35、36和37中以及迷宮式流路徑M中。當然，第四、第五和第六改型分別以與第一實施例(圖1)、第二實施例(圖2~)和第三改型(圖3(A))類似的方式起作用。
根據第二實施例的汽輪機冷卻結構30包括如上所述第一至第六改型，所述汽輪機冷卻結構還實現了或提供了與在之前所述的第一實施例中提出的有利效果(1)和(2)相同的有利效果。C第三實施例(圖4)圖4是局部剖視圖，示出了根據本發明的第三實施例的汽輪機的一部分。在第三實施例中，相同的附圖標記添加給與如上所述第一實施例中的對應或類似的部分或構件， 并且這些部分的說明將被簡化或省略。根據該實施例的汽輪機冷卻結構40與如上所述的第一實施例的不同之處在于在該第四實施例的每個內隔板18中安置能夠移動的翅片41，其中所述能夠移動的翅片通過冷卻媒介27沿轉子14的軸向移動。也就是說，在內隔板18中形成分叉的隔板側冷卻路徑42。該分叉的隔板側冷卻路徑42是根據第一實施例(圖1)的隔板側冷卻路徑21與根據第二實施例的第一改型(圖 3(A))的隔板側冷卻路徑32的組合。能夠移動的翅片41在隔板側冷卻路徑42的下游側上布置于其與隔板側冷卻路徑21對應的部分，能夠移動的翅片41由彈簧43或任何其它合適的推壓構件推壓。能夠移動的翅片41設置成，在能夠移動的翅片41由于彈簧43所產生的推壓力而在內隔板18中大致退回時，所述能夠移動的翅片并不與在相鄰的轉子輪盤15上設置的固定的翅片44重合。根據這種結構，在翼片12、外隔板17和內隔板18被組裝至殼體16時， 防止能夠移動的翅片41與固定的翅片44干涉。在冷卻媒介27被引入到上游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22 (見圖1)中時，已經從轉子側冷卻路徑22流出的冷卻媒介27分流到下游側內隔板18中的隔板側冷卻路徑42中以及迷宮式流路徑M中。冷卻媒介27的分流后的流從隔板側冷卻路徑42的與隔板側冷卻路徑32對應的部分以及迷宮式流路徑M流出并且然后合流，并且合流后的冷卻媒介27流入到同一下游側轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中。在該過程中，上游側和下游側轉子輪盤15 (尤其下游側轉子輪盤1 被冷卻。此時，已經流入到隔板側冷卻路徑42的與隔板側冷卻路徑21對應的部分中的冷卻媒介27沿轉子14的軸向推壓能夠移動的翅片41抵抗著由彈簧43所產生的推壓力。然后，能夠移動的翅片41朝向相鄰的轉子輪盤15伸出并如圖4所示與在其上的固定的翅片 44重合，因而縮窄能夠移動的翅片41與固定的翅片44之間的間隙。由此構造的該實施例不僅提供了與由如上所述第一實施例所獲得的有利效果(1) 和( 相同的有利效果，還提供了以下有利效果(3)。(3)因為每個內隔板18在其中安置有能夠移動的翅片41，其中所述能夠移動的翅片能夠由冷卻媒介27沿轉子14的軸向移動以縮窄能夠移動的翅片41與相鄰的轉子輪盤 15上的固定的翅片44之間的間隙，所以冷卻媒介27將不會流入到蒸汽路徑19中，并且蒸汽路徑19中的主流蒸汽11將不會流入到轉子輪盤15與內隔板18之間的空間(其中，冷卻媒介27流到所述空間中)中。D第四實施例(圖5和6)圖5是局部剖視圖，示出了根據本發明的第四實施例的汽輪機的一部分。在該第四實施例中，相同的附圖標記添加給與如上所述第一實施例中的對應或類似的部分或構件，并且這些部分的說明將被簡化或省略。根據該實施例的汽輪機冷卻結構50與根據第一至第三實施例的不同之處在于， 在多個沿轉子14的軸向安置的汽輪機級中，其中轉子14、轉子輪盤15、內隔板18和其它汽輪機部件需要冷卻的需要冷卻的汽輪機級范圍(例如，該需要冷卻的范圍包括第一至第六汽輪機級)具有在內隔板18上形成的隔板側冷卻路徑51A、51B、51C、51D等，并且在需要冷卻的范圍內，隔板側冷卻路徑51A至51D等的形狀在上游側與下游側汽輪機級之間是不同的。隔板側冷卻路徑51A至51D等沿轉子14的軸向被形成穿過內隔板18，并且諸如冷卻蒸汽的冷卻媒介27流經隔板側冷卻路徑51A至51D等，像根據如前所述的第一至第三實施例的隔板側冷卻路徑21等的情況那樣。隔板側冷卻路徑51A至51D等中的每個實際上由多個沿轉子14的周向以預定的間隔穿過內隔板18形成的隔板側冷卻路徑形成。每個上游側汽輪機級(例如第一和第二汽輪機級)中的內隔板18中的隔板側冷卻路徑51A被形成為其與轉子14的軸線平行地直線延伸，像根據第一實施例的隔板側冷卻路徑21的情況那樣。下游側汽輪機級(例如第三至第六級)中的內隔板18中的隔板側冷卻路徑51B至51D等被形成為自翼片12所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向轉子14 傾斜并直線地延伸。因此，隔板側冷卻路徑51B至51D等的出口 53與其入口 52相比沿內隔板18的徑向更靠近轉子14。也就是說，在該實施例中，上游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51A的入口 52和出口 53在相同的徑向位置中形成，而下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51B至51D等的出口 53在相對于隔板側冷卻路徑51B至51D等的入口 52徑向內側的位置中形成。在需要冷卻的汽輪機級范圍中，已經從相鄰的汽輪機級中的轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22流出的冷卻媒介27分流到該汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51A至51D等中的一個中以及迷宮式流路徑M中。已經從隔板側冷卻路徑51A至51D等中的一個流出的冷卻媒介27以及已經從迷宮式流路徑M流出的冷卻媒介27合流，并且合流后的冷卻媒介27流入到同一汽輪機級中的轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22中。根據如上所述的構造或結構，冷卻媒介27被防止或大致被防止流入到蒸汽路徑19中，并且轉子14、轉子輪盤15和內隔板18能夠因此被冷卻。如圖6所示，因為冷卻媒介27 (例如，冷卻蒸汽)在其向下游流經各汽輪機級時吸收更多的熱量，所以冷卻媒介27的溫度(冷卻媒介溫度Tc)逐漸變高，而因為主流蒸汽11 在其向下游流經各汽輪機級時消散更多的熱量，所以主流蒸汽11的溫度(主流蒸汽溫度 Tg)逐漸變小。另一方面，轉子輪盤15的溫度、尤其轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A 的目標溫度Tm在更下游側的汽輪機級中設置為更低的值。為此的原因在于，葉片13的高度在更下游側的汽輪機級中變得更大，并且在葉片上作用的離心力增加或者在轉子輪盤15 的嵌接有葉片的部分15A上作用的力相應地增加，并且在這種情況中，僅僅通過降低目標溫度Tm才能夠確保其必要的強度。此外，轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的溫度幾乎等于主流蒸汽11的溫度， 除非該部分15A由冷卻媒介27冷卻。為了將轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的溫度至少降低至該目標溫度Tm，必須滿足以下表達式(1)XlX (Tg-Tm) ^ X2X (Tm-Tc)(1)
在表達式(1)中，每個系數Xl和X2是以下參數的函數即同一汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51A至51D等和轉子側冷卻路徑22中的一個所形成的冷卻路徑長度、冷卻媒介 27的流速以及其它因素。也就是說，表達式(1)表明了通過冷卻媒介27 (例如冷卻蒸汽) 自轉子輪盤15所消散的熱量必須等于或大于從主流蒸汽11傳遞至轉子輪盤15的熱量。在需要冷卻的汽輪機級范圍內，因為冷卻媒介27的溫度Tc顯著低于在上游側汽輪機級(例如，圖6中的汽輪機級A和與其靠近的汽輪機級)中的轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的目標溫度Tm，所以溫差(Tm-Tc)變大，并且因此，汽輪機冷卻結構50利用冷卻媒介27的冷卻能力具有額外的能力。因此，表達式(1)的右側值大于表達式(1)的左側值，并且表達式(1)得到滿足。 在這種情況中，在需要冷卻的汽輪機級范圍內的上游側汽輪機級中，轉子14、轉子輪盤15 和內隔板18、尤其轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A被適當地冷卻，即使隔板側冷卻路徑51A被形成為如圖5所示與轉子14的軸線平行地以直線的方式延伸。相反地，在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級(例如如圖6所示的汽輪機級C和與其靠近的汽輪機級)中，因為轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的目標溫度Tm與冷卻媒介27的溫度Tc之間的溫差(Tm-Tc)降低，所以系數X2必須更大，以便獲得表達式⑴的右側的更大的值。為此目的，例如，可以想到的是增加隔板側冷卻路徑51B至 51D等和轉子側冷卻路徑22中的一個所形成的冷卻路徑長度。為了實現上述目的，在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中，隔板側冷卻路徑51B至51D等被形成為相對于轉子14的軸線傾斜并且出口 53被形成為與入口 52 相比更靠近轉子14定位，如圖5所示。根據如上所述的構造，可以增加從隔板側冷卻路徑 51B至51D等中的任何一個的出口 53至同一汽輪機級中的轉子輪盤15中的轉子側冷卻路徑22的入口的長度。因此，隔板側冷卻路徑51B至51D等與轉子側冷卻路徑22中的任何一個所形成的冷卻路徑長度被增加，并且冷卻媒介27從隔板側冷卻路徑51B至51D等中的任何一個流出并且沖擊到同一汽輪機級中的轉子輪盤15的側表面上，并且轉子輪盤15 (包括嵌接有葉片的部分15A)因而通過該側表面被冷卻。汽輪機冷卻結構50的冷卻能力因而增加。在此所使用的需要冷卻的汽輪機級范圍中的下游汽輪機級指的是這樣一個汽輪機級(例如，如圖6所示的汽輪機級B)的下游的汽輪機級，在前者的汽輪機級中，轉子輪盤 15的嵌接有葉片的部分15A的目標溫度Tm與冷卻媒介27的溫度Tc之間的溫差(Tm-Tc) 至少等于轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的目標溫度Tm與主流蒸汽11的溫度Tg之間的溫差(Tg-Tm)。溫差(Tm-Tc)等于溫差(Tg-Tm)的汽輪機級也可以被構造為一下游側汽輪機級， 在后者中，隔板側冷卻路徑51B至51D等中的任何一個被形成為相對于轉子14的軸線傾斜。這種下游側汽輪機級例如是如上所述的第三至第六汽輪機級，并且需要冷卻的汽輪機級范圍內的上游側汽輪機級是除了如上所述的下游側汽輪機級以外的汽輪機級，例如第一和第二汽輪機級。此外，在該實施例中，在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51B至51D等被形成為，它們相對于轉子14的軸線的斜度在進一步下游側汽輪機級中設置成更大，并且它們的出口 53在進一步下游側汽輪機級中定位成徑向更靠近轉子14(沿徑向進一步向內)。這樣做的原因是處理冷卻媒介27的溫度Tc在進一步下游側汽輪機級中逐漸變高并且冷卻媒介27的冷卻能力相應地逐漸降低的情況。為了考慮到如上的事實而將轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的溫度至少降低至其目標溫度Tm，隔板側冷卻路徑51B至51D等和轉子側冷卻路徑22中的至少一個所形成的冷卻路徑長度在進一步下游側的汽輪機級中必須逐漸更長。因此，由此所構造的該實施例不僅提供了與如上所述在第一實施例中提出的有利效果⑴和(2)相同的有利效果，還提供了以下的有利效果⑷至(6)。(4)在需要冷卻的汽輪機級范圍內的需要冷卻的下游側汽輪機級中，因為內隔板 18中所形成的隔板側冷卻路徑51B至51D等被形成為所述隔板側冷卻路徑的出口 53比其入口 52定位成更靠近轉子14，所以隔板側冷卻路徑51B至51D等和在同一汽輪機級中的轉子輪盤15中所設置的轉子側冷卻路徑22中的每個所形成的冷卻路徑長度能夠增加。此外，已經從隔板側冷卻路徑51B至51D等中的每個的出口 53流出的冷卻媒介27 沖擊到同一汽輪機級中的轉子輪盤15的側表面上，并且因此，包括嵌接有葉片的部分15A 的轉子輪盤15能夠通過側表面被冷卻。需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的汽輪機部件、尤其包括嵌接有葉片的部分15A的轉子輪盤15能夠適合地被冷卻，即使流經下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51B至51D等的冷卻媒介27的溫度增加。(5)在需要冷卻的汽輪機級范圍內的上游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51A與轉子14的軸線平行地被形成并且直線穿過內隔板18。在上游側汽輪機級中，因為冷卻媒介 27的溫度Tc足夠低，所以冷卻媒介27能夠合適地冷卻轉子14、內隔板18和包括嵌接有葉片的部分15A的轉子輪盤15。此外，隔板側冷卻路徑51A在與轉子14的軸線平行的狀態中能夠容易地被加工穿過內隔板18，導致了加工成本的降低。(6)在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑51B至 51D等被形成為它們的出口 53在進一步下游側的汽輪機級中逐漸更靠近轉子14地定位。 因而，冷卻媒介27的溫度Tc在進一步下游側的汽輪機中變得更高，并且冷卻媒介的冷卻能力降低，并且相應地，在如上所述的結構中，隔板側冷卻路徑51B至51D等和轉子側冷卻路徑22中的任何一個所形成的冷卻路徑的長度能夠在進一步下游側汽輪機中被制造得逐漸更長。因此，轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的溫度能夠至少高效地冷卻至該嵌接有葉片的部分15A的目標溫度Tm。E第五實施例(圖7)圖7是局部剖視圖，示出了根據本發明的第五實施例的汽輪機的的一部分。在第五實施例中，相同的附圖標記添加給與如上所述第一實施例(圖1)和第四實施例(圖5) 中的對應或類似的部分或構件，并且這些部分的說明將被簡化或省略。根據該實施例的汽輪機冷卻結構60與根據第四實施例的汽輪機冷卻結構50的區別之處在于在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的內隔板18中所形成的隔板側冷卻路徑61B至61D等的傾斜角度和出口 53的位置。也就是說，需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的內隔板18中所形成的隔板側冷卻路徑61B至61D等設置成具有相對于轉子14的軸線相同的傾斜角度(這在最下游側汽輪機級中是必要的)以及出口 53的一致的徑向位置(這在最下游側汽輪機級中是必要的)。隔板側冷卻路徑61B至61D等中的每個實際上由多個沿轉子14的軸線以預定的間隔布置的并大致沿轉子14的軸向穿過內隔板18的隔板側冷卻路徑形成。最下游側汽輪機級中所必須的傾斜角度與最下游側汽輪機級中所必須的出口位置設置成提供具有必要長度的冷卻路徑，以考慮到流經需要冷卻的汽輪機級范圍內的最下游側汽輪機級的冷卻媒介27的溫度Tc而將最下游側汽輪機級中的轉子輪盤15的嵌接有葉片的部分15A的溫度至少降低至其目標溫度Tm。因此，由此構造的該實施例不僅提供了與如上所述在第一實施例中提出的有利效果(1)和( 相同的有利效果以及與如上所述第四實施例中提供的有利效果(4)和(5)相同的有利效果，還提供了以下的有利效果(7)。(7)需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑61B至 61D等的出口 53的位置設置為最下游側汽輪機級中所必要的同一出口位置。隔板側冷卻路徑61B至61D等因此能夠容易地被加工，并且因此，與隔板側冷卻路徑61B至61D等的出口 53的位置在進一步下游側汽輪機級中被定位更靠近轉子14的情況相比，加工成本能夠降低。F第六實施例(圖8)圖8是局部剖視圖，示出了根據本發明的第六實施例的汽輪機的一部分。在該第六實施例中，相同的附圖標記添加給與如上所述第一實施例(圖1)和第四實施例(圖5) 中的對應或類似的部分或構件，并且這些部分的說明將被簡化或省略。根據該實施例的汽輪機冷卻結構70與根據第四實施例的汽輪機冷卻結構50的不同之處在于在需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的內隔板18中所形成的隔板側冷卻路徑71的形狀。也就是說，下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑71被形成穿過內隔板18，從而從翼片12所位于的側部相對于轉子14的軸線朝向轉子14傾斜、直線地延伸至內隔板18的中央處的某點并且進一步沿轉子14的軸向與轉子14的軸線平行地延伸。隔板側冷卻路徑71實際上由多個穿過內隔板18的沿轉子14的周向以預定的間隔布置的隔板側冷卻路徑形成。隔板側冷卻路徑71的入口 52在隔板側冷卻路徑71的傾斜部分的端部處設置，并且隔板側冷卻路徑71的出口 53在隔板側冷卻路徑71的平行部分的端部處設置。也就說，在該實施例中，隔板側冷卻路徑71其特征在于其至少一部分具有與轉子14的軸線平行的部分。隔板側冷卻路徑71的出口 53可選地像第四實施例那樣在進一步下游側汽輪機級中更靠近轉子14地被定位，或者可選地具有與第五實施例相同的最下游側汽輪機級中必須的位置。圖8示出了后者情況的實例(同一位置設定)。因此，由此所構造的該實施例除了與如上所述第一實施例中提供的有利效果(1) 和( 相同的有利效果、與如上所述第四實施例中提供的有利效果(4)至(6)相同的有利效果和與如上所述第五實施例中提供的有利效果(7)相同的有利效果以外還提供了以下的有利效果(8)。(8)需要冷卻的汽輪機級范圍內的下游側汽輪機級中的內隔板18中所形成的隔板側冷卻路徑71被形成為相對于轉子14的軸線傾斜、延伸至內隔板18的中央處的某點并且進一步與轉子14的軸線平行地延伸。入口 52設置在傾斜部分的端部處，并且出口 53設置在平行部分的端部處。根據如上所述的結構，因為流經隔板側冷卻路徑71的平行部分的并從所述隔板側冷卻路徑的出口 53流出的冷卻媒介27以直角沖擊到同一汽輪機級中的轉子輪盤15的側表面上，所以冷卻媒介27能夠高效地冷卻(包括嵌接有葉片的部分15A的) 轉子輪盤15。 應該注意的是，本發明并不限于如上所述的實施例，并且在不脫離權利要求書的范圍的前提下可以實現多種其它的改變和改型。
權利要求
1.一種汽輪機，其包括轉子；與所述轉子一體形成的轉子輪盤；多個以沿所述轉子的周向布置的方式在所述轉子輪盤內嵌接的葉片；包覆所述轉子的殼體；多個沿所述轉子的周向連接至所述殼體的翼片，所述翼片的位置與所述葉片相鄰并且沿所述轉子的軸向位于上游側上；以及沿所述轉子的軸向在所述翼片的轉子側表面上安置的內隔板，以使得所述內隔板朝向所述轉子輪盤，其中，沿所述轉子的軸向彼此相鄰的翼片和葉片形成汽輪機級，在所述汽輪機級中的至少一個汽輪機級中，轉子側冷卻路徑沿所述轉子的軸向穿過所述轉子輪盤形成，并且隔板側冷卻路徑沿所述轉子的軸向穿過所述內隔板形成，并且流經所述轉子側冷卻路徑的冷卻媒介分流到所述隔板側冷卻路徑中以及在所述內隔板與所述轉子之間設置的迷宮式流路徑中。
2.根據權利要求1所述的汽輪機，其特征在于，分流到所述隔板側冷卻路徑和所述迷宮式流路徑中的冷卻媒介的比例基于所述隔板側冷卻路徑中的壓力損失與所述迷宮式流路徑中的壓力損失被確定。
3.根據權利要求1所述的汽輪機，其特征在于，所述隔板側冷卻路徑的形狀根據需要冷卻的部分、所述迷宮式流路徑中的壓力損失和其它因素被確定。
4.根據權利要求1所述的汽輪機，其特征在于，所述汽輪機還包括在所述內隔板中安置的能夠移動的翅片，所述能夠移動的翅片通過所述冷卻媒介沿所述轉子的軸向被移動， 以縮窄所述內隔板與相鄰的轉子輪盤之間的間隙。
5.根據權利要求1所述的汽輪機，其特征在于，形成多個汽輪機級，每個所述汽輪機級具有沿轉子的軸向穿過所述內隔板的隔板側冷卻路徑，并且所述冷卻媒介流經所述隔板側冷卻路徑，在所述多個汽輪機級中的每個中形成有隔板側冷卻路徑，在所述多個汽輪機級中，所述隔板側冷卻路徑在上游側汽輪機級中與轉子的軸線平行地被形成，并且隔板側冷卻路徑的出口在下游側汽輪機級中與隔板側冷卻路徑的入口相比更靠近所述轉子地被定位。
6.根據權利要求5所述的汽輪機，其特征在于，所述下游側汽輪機級是在這樣的前一汽輪機級的下游設置的汽輪機級，在所述前一汽輪機級中，溫差Tm-Tc至少等于溫差 Tg-Tm，其中，Tc為冷卻媒介的溫度，Tg為主流蒸汽的溫度，并且Tm為轉子輪盤的目標溫度。
7.根據權利要求5所述的汽輪機，其特征在于，所述下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑的出口在更加下游側汽輪機級中更靠近轉子地被定位。
8.根據權利要求5所述的汽輪機，其特征在于，所述下游側汽輪機級中的隔板側冷卻路徑的出口位于最下游側汽輪機級中所需的一致徑向位置中。
9.根據權利要求5所述的汽輪機，其特征在于，所述下游側汽輪機級中的每個中的隔板側冷卻路徑被形成為相對于所述轉子的軸線傾斜。
10.根據權利要求5所述的汽輪機，其特征在于，所述下游側汽輪機級中的每個中的隔板側冷卻路徑的至少一部分具有與所述轉子的軸線平行的部分。
全文摘要
多個葉片沿轉子的周向嵌接在與轉子一體的轉子輪盤中，多個翼片沿轉子的周向連接包覆轉子的殼體，并且內隔板在翼片的轉子側表面上安置成內隔板朝向轉子輪盤。沿轉子的軸向彼此相鄰的翼片和葉片形成汽輪機級。轉子側冷卻路徑沿轉子的軸向穿過轉子輪盤形成，并且隔板側冷卻路徑沿轉子的軸向闖過內隔板形成，并且流經轉子側冷卻路徑的冷卻媒介分流到所述隔板側冷卻路徑和在所述內隔板與所述轉子之間設置的迷宮式流路徑中。
文檔編號F01D25/00GK102282338SQ201080004717
公開日2011年12月14日 申請日期2010年1月15日 優先權日2009年1月16日
發明者山下勝也, 池田一隆, 犬飼隆夫, 豬亦麻子, 齊藤和宏 申請人:株式會社東芝