專利名稱：汽輪機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪機，它包括一個沿旋轉軸線從蒸汽進口區到排汽區延伸的蒸汽氣流通道，該氣流通道朝排汽區方向擴張成為有一出口直徑的出口。
汽輪機通常在發電站設備中用于驅動發電機和產生過熱蒸汽或在工業設備中用于驅動工作機械。為此向汽輪機供入用作流動介質的蒸汽，蒸汽為了產生能量輸出而膨脹。在蒸汽完全膨脹后，它可經汽輪機排氣外殼流入下游的冷凝器并在那里凝結。在這種情況下相應的排汽外殼可沿軸向或徑向被流過。在用于產生電能的電站設備中通常采用一種包括高壓汽輪機、中壓汽輪機和低壓汽輪機的汽輪機裝置，它們按流動技術互相串聯。在低壓汽輪機內膨脹后的蒸汽供入冷凝器并在其中凝結。此類汽輪機裝置的效率取決于許多參數，尤其是效率受到在汽輪機裝置中存在的流動阻力的限制。
在EP 0345700A1中說明了一種流體機械，尤其是汽輪機的排汽外殼如何減小因蒸汽流的渦流和分離造成的能量損失。排汽外殼有一圓形擴壓器，在其擴張端連接兩個分開的排出通道。以外殼后壁為界的后部排出通道橫向于機器縱軸線沿直線延伸。在前部的排出通道沿一個逆流動方向在擴壓器內延伸的弧形段導引并向下方平行于后部的排出通道延伸。兩個流動通道通過隔板互相分開。在后部的排出通道中，在擴壓器下邊緣設一沿通道全部寬度延伸的后部斜壁，它從擴壓器一直延伸到隔板。在EP 0345700A1的排汽外殼內將從汽輪機排出的蒸汽分割成兩股蒸汽分流，它們借助隔板分開并彼此獨立地引入冷凝器。
本發明的目的是提供一種汽輪機，其中只產生小的流動損失。
本發明的目的是通過這樣一種汽輪機來實現的，它具有一個沿旋轉軸線從蒸汽進口區向排汽區延伸并朝排汽區擴張成為具有出口直徑的出口的氣流通道，按照本發明，設置一個配屬于出口的用于從出口排出的蒸汽的導流件，它一方面超過出口直徑向外伸出，另一方面沿流出方向延伸到流出區內，所以蒸汽可在導流件兩側導引并在導流件下游進行混合。
在這里，本發明以下列認識為出發點，即在逐漸擴張的氣流通道(軸向/徑向擴壓器)的出口存在一個單位面積靜壓，它比更下游的尤其在冷凝器入流平面(冷凝器頸部)的單位面積靜壓大。因此存在較大的尤其通過渦流產生的壓力損失。造成這種渦流的原因可以是因為從出口排出的蒸汽一方面沿徑向向下轉向和另一方面沿徑向向上轉向，與此同時，已沿徑向向上轉向的蒸汽進一步向下轉向并與原先已向下轉向的蒸汽合流。起先向上回轉的蒸汽可分成兩股蒸汽流，它們向下流動并與此同時扭結和分別形成一個后緣渦流。這些后緣渦流的起源位于在外部的圍繞著氣流通道的內殼體上方。
其兩側被流出的蒸汽繞流的導流件優選只是部分地沿流出方向延伸到流出區內，所以在導流件下游留下一個一直到冷凝器入流平面的混合區，由此達到全部蒸汽流的充分混合和均勻化。因此在冷凝器的入流平面存在均勻的來流，從而保證冷凝器負荷小。
采用一個配屬于出口的導流件，尤其可以在直接向下流出的蒸汽與向上轉向的蒸汽的混合區內，實現均勻的質量流量密度分布和降低渦流強度。其結果是促使當蒸汽從出口排出到排汽區內時減小壓力損失，并因而有助于提高汽輪機的效率。因此，在例如出口與冷凝器入流平面之間構成的流出區內，只是在導流件的下游才實施蒸汽流的混合。這種混合使得直至冷凝器的入流平面仍是均勻的蒸汽流，從而使冷凝器獲得均勻的來流且尤其在冷凝器板上承受均勻的負荷。因此減小了冷凝器內的水滴撞擊負荷和由于具有不同流速的未混合的蒸汽分流(蒸汽噴射)引起的高負荷。因此至少明顯地減少了在流出區內直接在出口處從上面流出的蒸汽和從下面流出的蒸汽的混合，與此同時還在導流件的下游實現了流出的全部蒸汽流的均勻化，所以在流出區內導流件的下游減少了例如在一些分開的流出通道內產生的摩擦損失。
導流件優選沿流出方向具有恒定寬度地延伸，或沿此流出方向尤其隨著離旋轉軸距離的增加而逐漸加寬。采用恒定的寬度或隨著離旋轉軸距離增加而加寬導流件，可減少本來被向上導引的蒸汽和直接向下轉向的蒸汽在導流件延伸區內的混合，由此同樣能降低壓力損失。導流件優選按測地學設在旋轉軸下方，從而實現有效地導引向下排出的蒸汽流。在這里，汽輪機優選地可沿一包含旋轉軸線在內的水平的平面分割并在此平面內有一條分離線。
導流件相對于旋轉軸線優選地傾斜一個導向角在70°與110°之間，尤其在85°與95°之間的范圍內。導流件優選傾斜約90°角，換句話說它正交于旋轉軸線。因此在分離線下方，后緣渦流對于從擴張的氣流通道(擴壓器)向下流出的蒸汽流的影響減小。于是在直接向下流出的蒸汽與起先向上流出的蒸汽之間的剪切流移到更下游處形成，從而相應地減少了流動損失。
導流件優選直接與出口鄰接，從而使從出口排出的蒸汽在從出口排出后便受到導流件的導引。由此可靠地避免因為在出口與導流件之間有距離而造成蒸汽混合和渦流。
導流件優選基本上是平的，因此借助于導流件及例如汽輪機的外殼體構成一個具有平壁的氣流通道。同樣可以的是，為了進一步減少流動損失，根據所期望的蒸汽導引將導流件設計為具有彎曲的表面。導流件具體的形狀可通過實驗和三維流動計算確定。
導流件優選用鋼板制造。這對導流件而言是一種特別簡單的結構設計，這種設計還允許例如事后在作維護工作時為汽輪機配備導流件。
導流件優選與外殼體毗鄰，外殼體包圍著一個圍繞氣流通道的內殼體。在這里，它優選地沿由外殼體構成的橫截面的全寬延伸。由此有效地避免從上面向下降的蒸汽與向下流出的蒸汽沿外殼體與內殼體之間存在的橫截面混合。因此，在后緣渦流內從上面向下導引的蒸汽流與直接向下排出的蒸汽流的混合轉移到一個處于更下游的區域內進行，從而實現降低壓力損失。
導流件優選固定在外殼體上。因此，除了長期穩定地固定導流件外還在排汽區增強了汽輪機的外殼體。
汽輪機優選設計為低壓汽輪機，它尤其設計為具有雙流道。導流件優選地用于向冷凝器方向導引氣流。
下面借助于附圖表示的實施例進一步說明帶導流件的汽輪機。附圖局部地且不按比例地和為了說明而示意性地表示
圖1是帶有一冷凝器的低壓汽輪機的縱剖面圖；圖2是一低壓汽輪機排汽區的橫截面圖；以及圖3是一低壓汽輪機排汽區的局部縱剖面圖。
在圖1至3中的附圖標記全都有相同的含意。
圖1在縱剖面中表示一低壓汽輪機，它設計為具有雙流道。它有一根沿旋轉軸線2延伸的透平軸7。在低壓汽輪機1的中央區設蒸汽5的進口區3，此蒸汽5主要通過圖中未表示的一溢流管道從同樣未表示的一中壓汽輪機流入。在兩側并對稱于進口區3沿旋轉軸線2分別延伸一氣流通道6，該氣流通道在透平軸7與圍繞著透平軸7的內殼體11之間構成。在每個氣流通道6內前后交替地排列許多導向葉片16和工作葉片15。氣流通道6從進口區3起沿旋轉軸線2朝排汽區4的方向擴張。氣流通道6有一個配屬于排汽區4的出口8。測地學地在出口8下方設一導流件10，它在一垂直或略傾斜(至15°，優選地至5°)于旋轉軸線2的平面內沿流出方向14向下延伸。內殼體11被外殼體12包圍，外殼體構成排汽區4的邊界并用于氣流轉向和導引從出口8排出的蒸汽5。在外殼體12的外部，透平軸7支承在相應的沒有詳細表示的軸承17上。測地學地在外殼體12下方設一冷凝器13，用于使蒸汽5凝結。此冷凝器13有一冷凝器外殼21，在這里示意地表示其中設有大量冷卻管18，在冷凝器13工作時，冷卻液、尤其是冷卻水通過冷卻管流動。在冷卻管18的下方設凝結水排泄管22，在冷凝器工作時在冷卻管18外面形成的凝結水滴落在排泄管內。在冷凝器13下部區分另設一向下開口，向上通過屋頂狀彼此傾斜的壁構成的空氣冷卻器19。每個空氣冷卻器19分別通過一根從其屋脊出發的吸氣管20與圖中沒有表示的一真空泵連接。
在汽輪機1運行時，蒸汽5通過氣流通道6流動。在從出口8排出流入排汽區4后，蒸汽5的一個分流向上流動以及另一個分流向下流動。向上流動的分流在出口8的上方向下轉向并在兩個導流件10下游的一個沒有進一步標明的流出區4A內流入冷凝器13。在這里實施全部蒸汽流的均勻化和至少局部地與向下導引的分流進行混合。蒸汽5向上流動的分流尤其在內殼體11的頂點分裂成兩股蒸汽流。這些分裂后的蒸汽流扭結并分別構成從內殼體11的頂點一直達到相關導流件10所在區內的后緣渦流。通過每個導流件10實現此后緣渦流與直接從出口8向下流出的蒸汽5在空間上的分離。由此在導流件10區域內可防止在后緣渦流與直接向下排出的蒸汽5之間形成剪切流，其結果是在流入冷凝器13時實現減小壓力損失的目的。
圖2示出汽輪機1，尤其是圖1所示低壓汽輪機1的排汽區4的橫截面。出口8有具有出口直徑9的圓環形橫截面。汽輪機1設計為可相對于一個水平平面23分開，其中旋轉軸線2處于該水平平面內。導流件10測地學地設在此水平面23下方，并沿流出方向14隨著離水平面23距離的增加而加寬。同樣可能的是，導流件10沿流出方向至少區域性地或基本上有恒定的寬度。此外，導流件10也可以在離開水平面23有一定距離處才連接在出口8上。導流件10半圓形地圍繞出口8直至水平面23，并朝外殼體12的方向逐漸加寬。它與外殼體12例如借助螺釘或焊接固定連接。因此既加強了在排汽區4內的外殼體12又能持久地固定導流件10。
圖3表示測地學地位于旋轉軸線2下方并朝向冷凝器13的排氣區4局部。在所表示的氣流區內，蒸汽5的流動用箭頭表示，其中箭頭的長度表示蒸汽5流速的大小。可以看出，在最后一排工作葉片15后排出的蒸汽5在排汽區4內大體向下轉向90°并同時在這里減速。為使蒸汽5轉向，既設置內殼體11的加長段還適當地設計外殼體12。在內殼體11的加長段上連接導流件10，因此在導流件10與外殼體12之間構成一個用于如此轉向的蒸汽5的通道區。導流件10相對于旋轉軸線2傾斜一導向角α，它優選地在70°與110之間的范圍內，在圖示的情況下約為90°。在導流件10下面，向下轉向的蒸汽5流與起先向上然后向下回轉的蒸汽5流相遇。這兩股分流的相互作用由于設置了導流件10因而與不采用導流件10的情況相比顯著減小。由此同樣至少明顯地減少形成剪切流并因而實現降低壓力損失的目的。通過圍繞出口8安裝導流件10以及導流件既向下朝冷凝器13的方向延伸又沿徑向朝外向外殼體12的方向延伸，避免了或至少減少了在導流件10區域內的壓力損失，并使得在流出區4A內的流動均勻化，從而達到了提高汽輪機效率的目的。
附圖標記1汽輪機 13冷凝器2旋轉軸線14流出方向3進口區 15工作葉片4排汽區 16導向葉片5蒸汽17軸承6氣流通道18冷卻管7透平軸 19空氣冷卻器8出口20吸氣管9出口直徑21冷凝器外殼10 導流件 22凝結水排泄管11 內殼體 23水平平面12 外殼體 α導向角
權利要求
1．一種汽輪機(1)，它包括一旋轉軸線(2)、蒸汽(5)的進口區(3)和排汽區(4)以及沿旋轉軸線(2)方向延伸的用于蒸汽(5)的氣流通道(6)，該氣流通道(6)朝排汽區(4)擴張成為有一出口直徑(9)的出口(8)，其中，為出口(8)配設一個用于從出口(8)流出的蒸汽(5)的導流件(10)，它一方面超過出口直徑(9)向外延伸，另一方面沿流出方向(14)延伸到流出區(4A)內，所以蒸汽(5)可在導流件(10)兩側被導引并在導流件(10)下游進行混合。
2．按照權利要求1所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)沿流出方向(14)逐漸加寬，或基本上有恒定的寬度。
3．按照權利要求1或2所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)測地學地設在旋轉軸線(2)的下方。
4．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)相對于旋轉軸線(2)傾斜一個在70°與110°之間，尤其在85°與95°之間，優選約為90°的導向角(α)。
5．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)直接與出口(8)毗鄰。
6．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)基本上是平的。
7．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)是一塊板。
8．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，它包括一個圍繞氣流通道(6)的內殼體(11)，內殼體被一外殼體(12)包圍，其中，導流件(10)與外殼體(12)毗鄰。
9．按照權利要求6所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)固定在外殼體(12)上。
10．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，它設計為低壓汽輪機。
11．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，它設計為具有雙流道。
12．按照上述任一項權利要求所述的汽輪機(1)，其中，導流件(10)用于將氣流導向冷凝器(13)。
全文摘要
本發明涉及一種汽輪機(1),它包括一旋轉軸線(2)、蒸汽(5)進口區(3)和排汽區(4)以及沿旋轉軸線(2)方向延伸的蒸汽(5)氣流通道(6)。氣流通道(6)朝向排汽區(4)擴張成為出口(8)。為出口(8)配設一導流件(10),它超過出口(8)的出口直徑(9)向外延伸。
文檔編號F01K11/02GK1296549SQ99804762
公開日2001年5月23日 申請日期1999年4月6日 優先權日1998年4月6日
發明者馬賽厄斯·蓋格 申請人:西門子公司