專利名稱：用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置。
背景技術：
冷凝式蒸汽輪機的由固定的導輪和圍繞機器軸線轉動的葉輪組成的級例如構造成鮑曼級，在所述鮑曼級中安裝有環形的接片，借助于所述接片，葉片通道劃分成外部的和內部的子通道。在此，該級中的蒸汽質量流借助于分流器分成兩個子流，所述兩個子流隨后經由不同的膨脹路徑通過另一個葉片組而導向冷凝器。接片以與導向葉片交叉的方式裝配到導向葉柵中，其中接片具有環形的前緣。通常，接片剛性地構成，使得前緣相對于冷凝式蒸汽輪機的機器軸線的傾斜度關于時間始終是恒定的。通常將蒸汽流的入流角設定為傾斜角，借助于所述傾斜角，蒸汽流在冷凝式蒸汽輪機的設計工況中擊中到接片的前緣上。然而，如果冷凝式蒸汽輪機的工況偏離設計工況，那么蒸汽流的速度分量能夠改變，使得蒸汽流的入流角不再等于接片的前緣的定位角。入流角與設計工況中的定位角的任何偏離導致接片的錯誤入流，所述錯誤入流造成蒸汽流中的流動損耗的增加。接片的所述錯誤入流例如能夠根據內側的或外側的錯誤入流而導致在接片的內側或外側上構成壓力側或抽吸側。在抽吸側上出現流動分離的危險，由此又造成蒸汽流的高的流動損耗。該流動損耗損害冷凝式蒸汽輪機的熱力學效率，使得冷凝式蒸汽輪機在偏離設計工況的工況下僅能夠以較差的功率工作。
發明內容
本發明的目的是實現一種用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置，其中冷凝式蒸汽輪機能夠以高的熱效率在不符合冷凝式蒸汽輪機的設計工況的工況下工作。根據本發明的用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置具有分流器、駐點探測裝置和冷卻介質分配裝置，所述分流器將總蒸汽流分成兩個蒸汽流，所述兩個蒸汽流分別穿流與其相應的冷凝器，所述駐點探測裝置用于在分流器前緣上對在分開總蒸汽流時構成的駐點進行定位，借助于所述冷卻介質分配裝置，與駐點的定位相關地控制對冷凝器的冷卻介質供給，使得駐點在駐點分配器上位于中心，以便避免流動分離的情況。如果駐點在分流器上位于中心，那么分流器前緣基本上被對稱地繞流，使得沒有在分流器上出現流動分離。相對地，如果駐點在分流器前緣上向外或向內改變其位置，那么分流器將被錯誤入流，由此可能在分流器上出現流動分離。駐點在分流器前緣上的位置從冷凝式蒸汽輪機的當前的工況和蒸汽流的流出壓力的關系中得出。流出壓力就其自身而言通過對冷凝器的冷卻介質供給來預設。對冷凝器的冷卻介質供給的增加引起在相應的蒸汽流冷凝時散熱的增加，進而引起冷凝器功率的提高，由此作為該蒸汽流的流出壓力的冷凝壓力降低。與此相對地，當冷凝溫度通過減少對冷凝器的冷卻介質供給而升高、進而冷凝壓力提高時，蒸汽流的反壓力提高。因此，能夠在每個冷凝器中通過對每個冷凝器的相應的冷卻介質供給來為每個蒸汽流調節冷凝溫度、進而調節冷凝壓力。根據蒸汽流的流出壓力的比例將蒸汽總質量流在分流器上分成相應的子質量流，根據本發明對所述子質量流進行調節，使得駐點在分流器前緣上位于中心，由此在分流器上禁止流動分離。通過根據本發明地借助于駐點探測裝置對分流器前緣上的駐點進行定位來測定分流器的繞流的品質，由此根據繞流品質，也就是根據駐點在分流器前緣上的位置借助于對各個冷凝器的相應的冷卻介質供給來控制蒸汽流的流出壓力情況。因此，根據本發明實現，駐點在分流器前緣上的位置由于定位和匹配于所述定位的對各個冷凝器的冷卻介質供給而能夠在分流器上保持在中心位置中，使得在冷凝式蒸汽輪機的不同的工況中，分流器始終被低損耗地繞流，以便避免流動分離。因此，具有根據本發明的分流裝置的冷凝式蒸汽輪機在偏離設計工況的工況中也具有高的熱效率，例如使分流器的空氣動力學有效的輪廓匹配于所述設計工況。駐點探測裝置優選地具有壓差檢測裝置，借助于所述壓差檢測裝置能夠測量分流器上的蒸汽流之間的分流器前緣的區域中的壓差并且將所述壓差提供給冷卻介質分配裝置以用于控制對冷凝器的冷卻介質供給。如果駐點在分流器上位于中心，那么分流器的繞流基本上是對稱的。因此，在分流器前緣的區域中為分流器上的蒸汽流得出基本上相等的壓力水平。如果駐點在分流器前緣上向一側移動，那么在分流器的駐點所移向的側部上與在分流器的背離該側部的另一個側部上相比，通常存在較高的壓力水平。因此，在分流器上的蒸汽流之間的分壓器前緣的區域中的壓差是駐點的中心性的標準。壓差檢測裝置優選地針對每個蒸汽流具有用于測量分流器的在分流器前緣的區域中的表面上的靜態壓力的壓力傳感器和壓差測定設備，借助于所述壓差測定設備能夠測定靜態壓力之間的差。因此，壓差測定設備提供分流器兩側的壓差，使得借助于壓差測定設備能夠根據由壓差測定設備所測定的壓差來控制對冷凝器的冷卻介質供給。壓力傳感器中的至少一個優選地直接設置在分流器的借助于相應的壓力傳感器測量靜態壓力的表面部位下方。替選地或補充地，優選的是，壓力傳感器中的至少一個遠離分流器的存在待測量的靜態壓力的表面部位并且借助于分流器中的壓力傳遞的通道與所述表面部位耦聯。壓力傳遞的通道例如能夠為壓力測量孔。替選地，此外優選地替代壓力傳感器和壓差測定設備而設有壓差測量設備，所述壓差測量設備在分流器的相應的表面部位上測定待測量的靜態壓力。分流器優選地設成為與冷凝式蒸汽輪機的機器軸線同中心的環，所述環固定在冷凝式蒸汽輪機的至少一個軸向導向葉片上，其中在分流器前緣的區域中所述分流器前緣在軸向導向葉片前緣的軸向上游伸出，使得分流器的存在待測量的靜態壓力的表面部位設置在軸向導向葉片前緣的上游。因此，有利地，軸向導向葉片的二次流動影響、例如棱角湍流和邊界層位于分流器的所述表面部位的下游，使得在所述表面部位上待測量的靜態壓力基本上沒有被軸向導向葉片的二次流動影響所影響。因此，駐點在分流器前緣上的位置是用于分流器繞流品質的精確標準，因為借助于待在表面部位上測量的靜態壓力對駐點位置進行的探測沒有被軸向導向葉片的二次流動效應損害。優選地，借助于冷卻介質分配裝置根據壓差將預先確定的冷卻介質質量流分開，以作為對冷凝器的冷卻介質供給。在此，預先確定的冷卻介質質量流優選符合用于冷凝式蒸汽輪機的最大可用的冷卻介質質量流。因此，為了從冷凝器導出冷凝熱量而始終通過最大可用的冷卻介質質量流導出最大可用的熱量，其中將最大可用的冷卻介質質量流分配到冷凝器上。此外，優選地，借助于冷卻介質分配裝置來控制對冷凝器的冷卻介質供給，以至于各個蒸汽流的反壓力使得駐點在分流器前緣上位于中心。在此優選地借助于壓差檢測裝置經由壓差對冷卻介質分開裝置進行反饋，從而調節各個蒸汽流的反壓力，使得由壓差檢測裝置所檢測的絕對壓差是最小的。因此，根據本發明實現，駐點在分流器上的位置始終位于中心，其中由壓差檢測裝置所檢測的絕對最小壓力基本上為零。
在下文中根據示意附圖闡明根據本發明的分流裝置的優選的實施例。示出了 圖1示出具有分流裝置的實施例的冷凝式蒸汽輪機的示意圖，圖2示出分流裝置的實施例的分流器的前緣的橫截面細節圖，并且圖3至5示出出自圖2的在不同的流動狀態中在分流器的前緣周圍的橫截面細節圖。
具體實施例方式如同從圖1至5中看出的，冷凝式蒸汽輪機I具有廢汽殼體2，在所述廢汽殼體中設置有渦輪機轉子3。在冷凝式蒸汽輪機I工作時，蒸汽總質量流穿流廢汽殼體2，所述蒸汽總質量流在廢汽殼體2的廢汽出口 4處離開。在廢汽殼體2中設置有作為環形接片的分流器5，所述分流器同軸地圍繞渦輪機轉子3安置并且將廢汽殼體2中的流動通道分成內部區域和外部區域。分流器5具有分流器前緣6，其中用7以虛線示出分流器5的橫截面中的分流器弦(Strihmingsteilersehne
)。廢汽殼體2的流動通道的內部區域由分流器內側8限定，而外部區域由分流器外側9限定，其中分流器內側8和分流器外側9在分流器前緣6處連接。分流器5在廢汽殼體2中由內部的導向葉片10和外部的導向葉片11保持，其中分流器5借助于其分流器內側8固定在內部的導向葉片10上并且借助于其分流器外側9固定在外部的導向葉片11上。蒸汽總質量流被分流器5分成內部的蒸汽流和外部的蒸汽流，其中在廢汽出口 4處為內部的蒸汽流設有內部的廢汽管道12并且為外部的蒸汽流設有外部的廢汽通道13。內部的蒸汽流通過內部的廢汽管道12導向第一冷凝器14并且外部的蒸汽流通過外部的廢汽管道13導向第二冷凝器15，其中內部的蒸汽流在第一冷凝器14中冷凝并且外部的蒸汽流在第二冷凝器15中冷凝。在第一冷凝物管道16中從第一冷凝器14導出由內部的蒸汽流冷凝成的冷凝物，相對地，借助于第二冷凝物通道17從第二冷凝器15導出由外部的蒸汽流冷凝成的冷凝物。在分流器前緣6的區域中，在分流器5中在分流器內側8上裝配內部的壓力傳感器18并且在分流器外側9上裝配外部的壓力傳感器19。借助于壓力傳感器18、19，在分流器5被繞流時，直接地在分流器前緣6的下游借助于內部的壓力傳感器18測量分流器內側8上的靜態壓力并且借助于外部的壓力傳感器19測量分流器外側9上的靜態壓力。此外，在分流器5中設有壓差測量設備20，借助于所述壓差測量設備測定由壓力傳感器18、19測量的靜態壓力之間的差。將壓差以電信號的形式借助于壓差信號導線21供給到冷卻水分配裝置22。
借助于冷卻水分配裝置22實現對冷卻水總供給的分配，所述冷卻水總供給通過冷卻水總供給管道23供給到冷卻水分配裝置22。在此，冷卻水總供給被分成第一冷卻水供給和第二冷卻水供給，其中第一冷卻水供給在第一冷卻水供給管道24中供給到第一冷凝器14并且第二冷卻水供給在第二冷卻水供給管道25中供給到第二冷凝器15。第一蒸汽流借助于第一冷卻水供給在第一冷凝器14中冷凝成冷凝物，相對地，第二蒸汽流在第二冷凝器15中借助于第二冷卻水供給管道25中的第二冷卻水供給冷凝成冷凝物。分別借助于冷卻水導出管道26、27從冷凝器14、15導出冷凝物。分流器前緣6的繞流在圖3至5中借助于流線28、30、31示出。入流具有駐點流線28，所述駐點流線在分流器前緣6上構成駐點29。在圖3至5中在下方示出內部的流線30和在上方示出外部的流線31，其中內部的流線30表示內部的蒸汽流并且外部的流線31表示外部的蒸汽流。在圖3中，駐點29位于分流器弦7上，使得駐點29對稱地位于分流器前緣6處。因此，流線30、31對稱地圍繞分流器弦7形成，由此通過蒸汽流對分流器5的繞流是對稱的。因此，由壓力傳感器18、19測量的、靜態壓力的數值幾乎是同樣大的，使得借助于壓差測量設備20測定壓差大約為零，其中相應的信號由壓差設備20輸入到壓差信號導線21中。在圖4中示出的對分流器前緣6的繞流中，駐點位于分流器弦7上方，使得對分流器前緣6的繞流是不對稱的。因此，在流動內側8上構成分離區域32，伴隨著冷凝式蒸汽輪機的流動損耗和效率降低。相似地，在圖5中示出對分流器前緣6的繞流，其中駐點29設置為向分流器弦7下方偏移，使得在分流器外側9上構成分離區域32。在圖4中示出的流動情況中，由外部的壓力傳感器19測量的靜態壓力的數值大于由內部的壓力傳感器18測量的靜態壓力的數值，使得由壓差測量設備20向冷卻水分配裝置22經由壓差信號導線21輸入相應的信號。在圖5中的流動情況中類似地表現，其中由外部的壓力傳感器19測量的靜態壓力的數值小于由內部的壓力傳感器18測量的靜態壓力的數值。因此，當壓差定義成外部的壓力傳感器19中和內部的壓力傳感器18中的壓力之間的差時，壓差信號導線21中的信號在根據圖3的流動情況中大約為零，在根據圖4的流動情況中例如為正。與此相應地，在根據圖5的流動情況中壓差為負。經由壓差信號導線21對冷卻水分配裝置22提供壓差信號，其中接通冷卻水分配裝置22，使得在壓差信號為正時減少通過第一冷卻水供給管道24對第一冷凝器14的冷卻水供給，并且在維持通過冷卻水總供給管道23的冷卻水總供給的情況下增加通過第二冷卻水供給管道25對第二冷凝器15的冷卻水供給。在此，流動情況朝在圖3中示出的流動情況改變，使得駐點29從分流器外側9移到分流器弦7上。因此，再次實現在圖3中示出的圍繞分流器5的對稱的流動情況，由此在圖4中示出的分離區域32消失。在根據圖5的流動情況中存在的在壓差信號導線21中的負的壓差信號在冷卻水分配裝置22中導致，冷卻水總供給管道23中的冷卻水總供給分成用于第一冷凝器14的第一冷卻水供給管道24的和用于第二冷凝器15的第二冷卻水供給管道25的相應的冷卻水供給，使得增加對第一冷凝器14的冷卻水供給并且減少對第二冷凝器15的冷卻水供給，使得駐點29從分流器內側8移到分流器弦7上。在此，消除了在圖5中示出的分離區域32并且流動再次根據圖3為均勻且對等的。通過在冷卻水分配裝置22中存儲的、與駐點22的當前位置經由壓差信號相關聯的控制規則，在圖4和5中示出的不均勻的流動情況返回到根據圖3示出的對稱的流動情況中。在此，消除了在圖4和5中示出的分離區域32，由此實現在蒸汽流中的流動損耗的降低。因此，借助于在冷卻水分配裝置22中存儲的控制邏輯，即使冷凝式蒸汽輪機的工況可能改變并且偏離冷凝式渦輪機的設計工況，也實現將冷凝式蒸汽輪機I的熱效率保持在高水平。
權利要求
1.用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置，所述分流裝置具有: 分流器(5)，所述分流器將總蒸汽流分成兩個蒸汽流(30，31)，所述兩個蒸汽流分別穿流與其相關聯的冷凝器(14，15)， 駐點探測裝置(18-20)，所述駐點探測裝置用于在分流器前緣(6)上對在分開所述總蒸汽流時形成的駐點(29)進行定位，和 冷卻介質分開裝置(21，22)，借助于所述冷卻介質分配裝置，根據所述駐點(29)的定位來控制對所述冷凝器(14，15)的冷卻介質供給(23)，使得所述駐點(29)在所述分流器(5)上位于中心，以便避免流動分離(32)。
2.根據權利要求1所述的分流裝置， 其中所述駐點探測裝置(18-20)具有壓差檢測裝置(20)，借助于所述壓差檢測裝置能夠測量在所述分流器前緣(6)的區域中的、在所述分流器(5)上的所述蒸汽流(30，31)之間的壓差，并且將所述壓差提供給所述冷卻介質分配裝置(21，22)以用于控制對所述冷凝器(14，15)的所述冷卻介質供給(24，25)。
3.根據權利要求2所述的分流裝置， 其中所述壓差檢測裝置(18-20)具有壓差測定設備(20)，并且針對所述蒸汽流(30，31)中的每一個分別具有用于測量所述分流器(5)的在所述分流器前緣(6)的區域中的表面上的靜態壓力的壓力傳感器(18，19)，借助于所述壓差測定設備能夠測定所述靜態壓力之間的壓差。
4.根據權利要求3所述的分流裝置， 其中所述壓力傳感器(18，19)中的至少一個直接設置在所述分流器(5)的能夠借助于相應的所述壓力傳感器(18，19)測量靜態壓力的表面部位的下方。
5.根據權利要求3或4所述的分流裝置， 其中所述壓力傳感器(18，19)中的至少一個遠離所述分流器(5)的存在待測量的所述靜態壓力的表面部位，并且借助于所述分流器(5)中的壓力傳遞通道與所述表面部位耦聯。
6.根據權利要求3至5之一所述的分流裝置， 其中所述分流器(5)設置為同心環，所述同心環固定在所述冷凝式蒸汽輪機(I)的至少一個軸向導向葉片(10，11)上，其中在所述分流器前緣(6)的區域中所述分流器前緣在軸向導向葉片前緣的軸向上游伸出，使得所述分流器(5)的存在所述待測量的靜態壓力的表面部位設置在所述軸向導向葉片前緣的上游。
7.根據權利要求2至6之一所述的分流裝置， 其中借助于所述冷卻介質分配裝置(21，22)根據所述壓差將預先確定的冷卻介質質量流(23)分開，以作為對所述冷凝器(14，15)的所述冷卻介質供給(24，25)。
8.根據權利要求7所述的分流裝置， 其中所述預先確定的冷卻介質質量流(23)對應于最大可用的冷卻介質質量流。
9.根據權利要求2至8之一所述的分流裝置， 其中借助于所述冷卻介質分配裝置(21，22)控制對所述冷凝器(14，15)的所述冷卻介質供給(24，25)，以至于各個所述蒸汽流(30，31)的反壓力使得所述駐點(29)在所述分流器前緣(6)上位于中心。
10.根據權利要求9所述的分流裝置，其中借助于所述壓差檢測裝置(20)經由所述壓差對所述冷卻介質分開裝置(21，22)進行反饋，從而調節各個所述蒸汽流(30，31)的所述反壓力，使得由所述壓差檢測裝置(20)檢測的絕對壓 差最小。
全文摘要
一種用于具有多個出口的冷凝式蒸汽輪機的分流裝置具有分流器(5)、駐點探測裝置(18-20)和冷卻介質分配裝置(21，22)，所述分流器將廢汽殼體(2)中的總蒸汽流分成兩個蒸汽流(30，31)，所述兩個蒸汽流分別穿流與其相應的冷凝器(14，15)，所述駐點探測裝置用于在分流器前緣(6)上對在分開總蒸汽流時形成的駐點(29)進行定位，借助于所述冷卻介質分配裝置，根據駐點(29)的定位控制對冷凝器(14，15)的冷卻介質供給(23)，使得駐點(29)在分流器(5)上位于中心，以便避免流動分離(32)。
文檔編號F01D17/08GK103080480SQ201180041746
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月18日 優先權日2010年8月27日
發明者本杰明·庫姆, 諾貝特·聚爾肯 申請人:西門子公司