渦輪機的壓力機殼的制作方法
【專利摘要】本發明涉及渦輪機的壓力機殼。具體而言，本發明涉及一種壓力機殼(10)，其包括多個機殼殼體(10a,10b)，該多個機殼殼體(10a,10b)借助于凸緣(12)在分離平面(11)中以壓力密閉方式連接，其中，機殼殼體(10a,10b)借助于至少一個螺紋螺栓(14)在凸緣(12)的區域中的分離平面(11)中利用密封效果被壓在一起，螺栓(14)垂直于分離平面(11)在通孔(13)中延伸穿過凸緣(12)。通過在其長度的一部分上充有熱傳遞介質的至少一個螺紋螺栓(14)實現凸緣(12)與凸緣接頭的連接螺栓(14)之間的減小的溫差，其中，所述熱傳遞介質經由延伸穿過凸緣(12)的孔(22,23,24)供應。
【專利說明】潤輪機的壓力機殼
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱渦輪機領域，諸如用于發電的固定式渦輪。其涉及壓力機殼，壓力機殼分成至少兩個機殼殼體，該至少兩個機殼殼體借助于凸緣在分離平面中以壓力密閉方式可移除地連接。
【背景技術】
[0002]如在圖1的實例中再現的或類似要求的其它設備的熱渦輪機的壓力機殼的常規螺栓凸緣接頭具有多個缺點，這些多個缺點將由本發明消除。在圖1中的已知壓力機殼10中，兩個機殼殼體1a和1b經由凸緣12在分離平面11中以壓力密閉方式螺接在一起。這是借助于螺紋螺栓14來執行的，螺紋螺栓14借助于上機殼殼體1a中的通孔13擰入下機殼殼體1b中的螺孔16中，且在此情況下由螺母15支承，螺母15在上殼體1a的凸緣處的肩部上。機殼殼體10a，1b包繞用于工作介質(諸如空氣、蒸汽或熱燃燒氣體)的流動通道18。
[0003]以下缺點由該布置引起:
在冷啟動期間，在壓力機殼10的預熱階段期間，包繞螺紋螺栓14的機殼材料比通孔13內的螺紋螺栓14的軸更快地加熱，這由于螺栓和機殼10的不同熱膨脹而可導致螺紋螺栓14的過載和塑性伸長。在機器操作期間，伸長的螺栓14可松弛，且螺栓力隨隨后的局部泄漏而減小。
[0004]為了避免上文所述的缺點，實施的狀態趨于使連接螺栓尺寸過大。但較大的螺栓造成其它負面結果。
[0005]在重載位置處，可能發生的是，位于內部的密封件由于機殼壁中的應力而打開，而位于外部的支承唇部由于壁引起的轉矩而更重地加載，且必須借助于外支承唇部上的較高反力來補償螺栓力。因此，密封時所需的壓力不再可得到保持，事實上連用較大的螺栓也不行，因為隨著螺栓直徑變得更大，螺栓力作用于其上的軸線比在較小螺栓的情況下更遠離內密封唇部，以致于不改善實際的密封唇部防漏性(leak tightness)。
[0006]公開的專利申請DE 10225260 Al公開了一種用于軸向渦輪機的機殼，其具有借助于凸緣在水平分離平面中連接的上半殼體和下半殼體。連接螺栓延伸穿過上半殼體中的通孔，且置于下半殼體的螺孔中，由此，環形空間形成在螺栓的外表面與通孔的內表面之間。隔熱套筒位于該環形空間的上部中。本解決方案的目的在于使連接螺栓與環境流體之間的熱傳遞最小化。該解決方案不可解決預熱階段期間的上述問題。
[0007]專利申請WO 2003078799 Al公開了一種用于冷卻或加熱渦輪機殼中的凸緣螺栓的布置。螺栓包括沿軸向延伸穿過螺栓的一個或更多個開孔。所述開孔可選地充有加熱或冷卻介質。冷卻或加熱介質流過至少一個開孔，從而冷卻或加熱螺栓。螺栓的穩定溫度狀況實現了螺栓松弛的阻尼，且確保了在穩態操作期間和在瞬變操作期間螺栓力保持穩定。另一個公開的實施例教導了使螺栓配備有附加的徑向開孔，該開孔從軸向開孔延伸至螺栓與凸緣鉆孔之間的環形空間。該實施例實現了熱傳遞的增大，且促進了冷卻或加熱梯度。該解決方案的優點在于，多個開孔削弱了螺栓的機械完整性。必須由螺栓的非期望的較大大小來補償該完整性的削弱。
[0008]文獻EP 1096111 BI中公開了完全不同的布置，其涉及用于蒸汽渦輪機殼的凸緣的冷卻結構。通過冷卻該凸緣來實現防止由凸緣螺栓的緊固力下降引起的蒸汽泄漏的目的。機殼的上半殼體和下半殼體覆蓋有隔熱材料，且多個冷卻管路接觸凸緣的外周端面。通過對流熱傳遞來冷卻凸緣。經由凸緣間接地冷卻螺栓。
[0009]該冷卻布置主要實現了凸緣的外周端部表面的冷卻。螺栓的冷卻效果較低，因為蒸汽渦輪內的工作蒸汽加熱凸緣。螺栓的顯著冷卻將需要從凸緣大范圍地移除熱。
[0010]該冷卻布置僅適用于渦輪的外機殼，而不適用于內機殼。上文提到的冷啟動期間的問題未由該解決方案解決。
【發明內容】
[0011]因此，本發明的目的在于公開一種用于渦輪機的壓力機殼，其避免了凸緣接頭內(即，凸緣與連接螺栓之間)的顯著熱梯度，以在所有操作狀態下改善螺栓力的穩定。
[0012]該目的借助于權利要求1的特征的總和來實現。本發明基于壓力機殼，其包括至少兩個機殼殼體，該至少兩個機殼殼體可借助于凸緣在分離平面中以壓力密閉方式連接，其中機殼殼體借助于至少一個螺紋螺栓在凸緣的區域中的分離平面中利用密封效果被壓到一起，該至少一個螺紋螺栓垂直于分離平面延伸穿過凸緣。本發明的特征在于，該至少一個螺紋螺栓由熱傳遞介質填充，即，基于操作要求而是加熱或冷卻介質，且該熱傳遞介質經由穿過凸緣的孔供應或排出。
[0013]該措施支持凸緣和連接螺栓的溫度的平衡，從而避免了啟動階段期間螺栓的過載和停機期間螺栓力的減小。
[0014]根據優選實施例，熱傳遞介質在螺栓的軸與通孔的內側表面之間的環形空間中填充螺栓。
[0015]根據另一個實施例，螺栓的軸與通孔的內側表面之間的環形空間在其兩個縱向端部上以氣密方式密封，其中，在一個端部處，用于熱傳遞介質的給送孔通向環形空間，且在相對端部處，用于熱傳遞介質的出口孔分支。
[0016]本發明的一個發展方案的特征在于熱傳遞介質為空氣。
[0017]具體而言，熱傳遞介質為壓縮機空氣。
[0018]根據備選實施例，熱傳遞介質為蒸汽，特別是來自蒸汽渦輪的分支蒸汽。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]隨后將結合附圖來基于示范實施例更詳細地闡釋本發明。在附圖中圖1示出了根據現有技術水平的壓力機殼的凸緣接頭的截面視圖；
圖2在截面頂視圖中示出了根據本發明的壓力機殼的凸緣接頭；
圖3在示范實施例中示出了本發明在壓縮機中的使用。
[0020]參考標號列表 10機殼
1a上機殼殼體 1b下機殼殼體 11分離平面 12凸緣 13通孔 14螺紋螺栓 15螺母 16螺孔 17環形空間 18流動通道
19通道18中的工作介質流動方向
20熱傳遞介質的源、較高壓力的空間
21用于排出的熱傳遞介質的容積，較低壓力的腔
22從源20到螺栓14的給送孔
23從螺栓14到容積21的出口孔
24螺栓14’、14’ ’…之間的連接孔
25新鮮熱傳遞介質
26排出的熱傳遞介質
27部分使用的熱傳遞介質
28壓縮機級
29壓縮機級
30塞。
【具體實施方式】
[0021]在本發明的示范實施例中，由圖2中示意性地再現的構造消除具有凸緣接頭的常規壓力機殼的上述缺點。如圖1中所不，壓力機殼10包括上機殼殼體1a和下機殼殼體1b,上機殼殼體1a和下機殼殼體1b在分離平面11中抵靠在凸緣12上且在此以壓力密閉方式由螺紋螺栓14螺接于彼此。對于螺紋螺栓14中的各個，在凸緣12區域中的上機殼殼體1a中提供了通孔13，通孔13具有大于螺栓14外徑的內徑，以提供環形間隙17，且在該通孔13的側表面中提供了加熱或冷卻介質的供應和排出。在兩側上，以氣密方式密封環形空間17。
[0022]在操作期間，基于操作要求，冷卻或加熱介質經由至少一個給送孔22從源20供應至環形空間17。給送孔22在其縱向端部中的一個處通向空間17。熱傳遞介質從該處圍繞螺栓14的軸朝空間17的相對端部流動。經由出口孔23，熱傳遞介質離開環形空間17以排出到相比于源20的壓力具有較低壓力的容積21中。該容積21可為機殼10內側或外側的適合的腔。出口孔23以加強熱傳遞介質與凸緣12之間的熱傳遞的方式再次延伸穿過凸緣12。
[0023]熱傳遞介質從流體源20供應。原則上，具有高于容積21壓力的壓力和要求可操作范圍中的溫度的任何源20都是適合的。用于熱傳遞介質的優選源20為燃氣渦輪的空氣倉室或壓縮機或蒸汽渦輪的流動通道18。給送孔22從該源20以允許凸緣12與熱傳遞介質之間的熱傳遞的方式穿過凸緣12。給送孔22可具有圓形或非圓形(特別是矩形)的截面。給送孔22可包括截面擴大的區段以組合來自不同源20的給送孔22或使給送孔22分支到不同的通孔13。
[0024]根據本發明的實施例，給送孔22或出口孔23布置在分離線11中。通過此布置，例如通過在凸緣12的接觸表面中銑削凹槽，可容易地制造彎曲或甚至蛇形的孔22、23。
[0025]圖2示意性地示出了實現本發明的備選實施例。根據第一實施例，在圖2的左側上示出，空氣的質量流從倉室20排出到給送線22中。給送線22經過凸緣12的區域，且終止于第一螺紋螺栓14’的通孔13’中。熱傳遞介質從該第一通孔13’穿過凸緣12內側的連接孔24至第二通孔13’’中的第二螺栓14’’，等等。最后，排出的熱傳遞介質26經由出口孔23排出到流動通道18中。
[0026]根據第二實施例，如圖2的右側上所示，渦輪機的流動通道18作用為熱傳遞介質的源。工作介質的分流從流動通道18分支，且給送到給送線22中。熱傳遞介質從給送線22穿過凸緣12至一個或更多個連接螺栓14，且最后經由出口孔23排出到渦輪機的外機殼內側或外側的腔21中。
[0027]圖3的實施例涉及本發明的另一個實施例，其尤其可適用于壓縮機機殼。壓縮機的下殼體和上殼體配備有凸緣12。延伸穿過上殼體1a中的通孔13的螺紋螺栓14通過與下半殼體中的螺紋相互作用來以氣密方式連結兩個半殼體。壓縮機的流動通道18包括多個壓縮機級。給送線22在限定的導葉排(i)(標號28)處從流動通道18分支。給送線22延伸穿過凸緣12，且在其縱向端部處終止于第一通孔13’內側。在相對的縱向端部處，連接孔24將該第一通孔13’與第二通孔13’ ’連接，由此該第二孔13’ ’相對于流動通道18中的工作介質的流動方向19位于上游。出口孔23從第二通孔13’’延伸穿過凸緣12，且在上述導葉排(i)(標號29)上游的導葉排29處終止于流動通道18中，S卩，具有較低壓力的上游壓縮機區段中。在瞬變操作階段期間，壓縮機空氣流的分流25從流動通道18分支到給送孔22中。在對流熱傳遞下，空氣流25經過凸緣12，例如在其上縱向端部處進入通孔13’與第一螺栓14’的軸之間的環形空間17’。空氣在對流熱傳遞下沿螺栓14’的軸流動。在相對的縱向端部處，空氣流27進入連接孔24，再次經過凸緣12，且到達第二螺栓14’ ’的通孔13’ ’，沿第二螺栓14’ ’的軸流動。經由出口孔23，排出空氣26在位于導葉排28上游的導葉排29處被引導回流動通道18中。
[0028]用于凸緣和螺栓溫度調整的裝置的該實施例利用了兩個不同壓縮機級之間的壓差。
[0029]由于根據本發明的此類構造，故實現了以下優點:
?流過通孔13與螺紋螺栓14之間的環形空間17的熱傳遞介質將在啟動期間比使用的常規解決方案更快地預熱螺栓14 ；
?流過通孔13與螺紋螺栓14之間的環形空間17的熱傳遞介質將在停機期間更快地冷卻螺栓14 ；
?瞬變操作模式期間凸緣12與連接螺栓14之間的溫差顯著地減小；
?啟動階段期間連接螺栓14的過載風險得到消除；
?保持了停機期間螺栓的預張緊。
【權利要求】
1.潤輪機的壓力機殼，其包括至少兩個機殼殼體(10a,1b),所述至少兩個機殼殼體(10a, 1b)借助于凸緣(12)在分離平面(11)中以壓力密閉方式連接，其中，所述機殼殼體(10a, 1b)借助于至少一個螺紋螺栓(14)在所述凸緣(12)的區域中的所述分離平面(11)中利用密封效果被壓到一起，所述至少一個螺紋螺栓(14)垂直于所述分離平面(11)延伸穿過所述凸緣(12)中的通孔(13)，并且其中，所述至少一個螺紋螺栓(14)由熱傳遞介質填充，其特征在于，用于所述熱傳遞介質的給送孔(22)或出口孔(23)中的至少一個穿過所述凸緣(12) ο
2.根據權利要求1所述的壓力機殼，其特征在于，用于所述熱傳遞介質的一個或更多個給送孔(22)始于用于所述熱傳遞介質的源(20)處，延伸穿過所述凸緣(12)，且終止于所述通孔(13)的側表面中。
3.根據權利要求1或2所述的壓力機殼，其特征在于，用于所述熱傳遞介質的一個或更多個出口孔(23)始于所述通孔(13)處，延伸穿過所述凸緣(11)，且終止于與所述源(20)的壓力相比壓力相對較低的容積(21)中。
4.根據權利要求1至3中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，環形空間(17)設在所述通孔(13)的內側表面與所述螺紋螺栓(14)的軸之間，該環形空間(17)以密閉方式在其兩個縱向端部上密封，且該環形空間(17)由所述熱傳遞介質填充。
5.根據權利要求4所述的壓力機殼，其特征在于，所述給送孔(22)或所述出口孔(23)中的至少一個通向所述環形空間(17)。
6.根據權利要求5所述的壓力機殼，其特征在于，至少一個給送孔(22)和至少一個出口孔(23)通向所述環形空間(17)的相對端部。
7.根據權利要求1至6中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，用于所述熱傳遞介質的通路(22，23，24)的至少一部分布置在所述凸緣(12)的分離線(11)中。
8.根據權利要求1至7中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，熱傳遞介質為空氣。
9.根據權利要求1至7中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，所述熱傳遞介質為蒸汽。
10.根據權利要求1至9中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，用于新鮮熱傳遞介質的源(20)為所述渦輪機的倉室或流動通道(18)。
11.根據權利要求10所述的壓力機殼，其特征在于，所述新鮮熱傳遞介質的源(20)和用于排出的熱傳遞介質的所述容積(21)兩者為所述渦輪機的流動通道(18)。
12.根據權利要求11所述的壓力機殼，其特征在于，所述渦輪機為壓縮機。
13.根據權利要求1至10中的一項所述的壓力機殼，其特征在于，所述機殼為燃氣渦輪的內載體。
【文檔編號】F04D29/58GK104279189SQ201410322141
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2013年7月8日
【發明者】A.布塞克羅斯, R.普茲布爾, G.約伊內特-曼西 申請人:阿爾斯通技術有限公司