专利名称：控制汽轮机中泄漏的设备和方法
技术领域：
本发明涉及控制汽轮机中泄漏的设备和方法。
背景技术：
汽轮机将热能转换成机械能，用于驱动装置，例如发电机、压缩机和泵。提供给汽轮机的热能以高温蒸汽的形式进入汽轮机。汽轮机包括壳体或外壳，以及至少一个增压部分，其中各增压部分包括具有多个旋转部分和多个固定部分的多个级。
旋转部件包括转子和多个动叶。转子延伸通过增压部分，并可旋转地支撑在增压部分的壳元件附近。转子的一部分可操作地连接到机械上以向其传递能量。所述多个动叶固定到转子上，与转子一起旋转。
高温蒸汽通过至少一个流体入口通道进入增压部分。蒸汽高速引导到第一级的多个叶片上。当高速蒸汽接触多个叶片时，转子开始旋转或持续旋转。在汽轮机各连续的级，引起或继续了相同形式的旋转。通过汽轮机中多个级的蒸汽离开增压部分，可重引导至汽轮机的另一个增压部分。
尽管如上所述，汽轮机中，大多数蒸汽通过流过多个级以旋转转子而做功，但是还有一部分蒸汽——泄漏蒸汽，其在做功过程中损失。因为泄漏蒸汽不旋转转子，所以泄漏蒸汽在汽轮机中不做功。汽轮机中不旋转转子的泄漏蒸汽表示转子转矩的损失。
在汽轮机中使用密封元件以减少泄漏蒸汽的流动。汽轮机的转子转矩可通过减少泄漏蒸汽的量而增加。密封元件的实例为端密封盖。一个端密封盖通常位于汽轮机增压部分的末端部分的附近。例如，一个端密封盖在第一级多个动叶的上游侧处布置转子部分上。
端密封盖构造成减少端密封盖与转子之间沿着远离第一级多个动叶的方向的蒸汽流动量。但是，在转子与端密封盖之间仍有可测的泄漏蒸汽量不合需要地通过。
因此，需要使用汽轮机中先前已做功的蒸汽来减少可在密封元件与转子之间流动的蒸汽量，以使更多的蒸汽可以用来旋转转子，从而提高汽轮机的转子转矩。
发明内容
提供了一种根据本发明具体实施例的用于引导汽轮机中流体的设备。所述汽轮机具有包括固定到转子的多个动叶的级。所述转子构造成响应于从入口通道流过所述多个动叶的第一流体量而旋转。所述设备包括具有从其中延伸通过的流体通道的元件。所述流体通道包括与所述汽轮机的所述级的排出侧流体连通的第一末端。包括一部分所述第一流体量的第二流体量在所述级的所述排出侧接收进所述流体通道，并从所述流体通道的出口排出。所述出口与区域流体连通，其中所述区域位于所述级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件之间。所述区域从所述级的所述上游侧接收第三泄漏流体量。从所述出口排出的所述第二流体量既减少了进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加了流过所述多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
提供了一种根据本发明另一个具体实施例的用于引导汽轮机中流体的设备。所述汽轮机具有包括固定到转子的多个动叶的级，所述转子构造成响应于从入口通道流过所述多个动叶的第一流体量而旋转。所述设备包括第一元件和第二元件。所述第一元件包括从其中延伸通过的第一流体通道。所述第一流体通道与所述汽轮机的所述级的排出侧流体连通。包括一部分所述第一流体量的第二流体量从所述级的所述排出侧接收进所述第一流体通道。所述第二元件包括从其中延伸通过的第二流体通道。所述第二流体通道与所述第一流体通道流体连通。引导所述第二流体量从所述第一流体通道进入所述第二流体通道，并将所述第二流体量从所述第二流体通道的出口排出。所述出口与区域流体连通，其中所述区域位于所述级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件之间。所述区域从所述级的所述上游侧接收第三泄漏流体量。从所述出口排出的所述第二流体量既减少了进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加了流过所述多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
提供了一种根据本发明另一个具体实施例的汽轮机。所述汽轮机包括转子、多个级、第一元件和第二元件。所述转子可旋转地接收在所述汽轮机中。所述多个级布置成彼此成面对间隔关系。所述多个级的每个级都包括固定到所述转子的多个动叶。所述多个动叶的每个动叶都具有至少一个固定到其上并与相邻叶片间隔的叶片。当来自入口通道的第一流体量接触所述多个间隔开的叶片时，所述转子旋转，并且所述第一流体量通过沿着下游方向经过第一级多个动叶的所述多个间隔开叶片之间至所述第一级的排出侧，而朝着第二级多个动叶流过所述第一级多个动叶。所述第一级的所述排出侧限定出所述第一级多个动叶与所述第二级多个动叶之间的区域。所述第一元件包括从其中延伸通过的第一流体通道。所述第一流体通道与所述汽轮机的所述第一级的所述排出侧流体连通。包括一部分所述第一流体量的第二流体量从所述第一级的所述排出侧接收进所述第一流体通道。所述第二元件绕着所述转子一部分布置。所述第二元件包括从其延伸通过的第二流体通道。所述第二流体通道与所述第一流体通道流体连通。所述第二流体量被引导从所述第一流体通道进入所述第二流体通道，并从所述第二流体通道的出口排出。所述出口与区域流体连通，其中所述区域位于所述第一级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件之间。所述区域从所述第一级的所述上游侧接收第三泄漏流体量。从所述出口排出的所述第二流体量既减少了进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加了流过所述第一级多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
图1为汽轮机增压部分的一部分的截面图；图2为图1增压部分的一部分的放大截面图，示出了增压部分之中的流体流动通道；图3为示出了根据本发明具体实施例的第一流体通道和第二流体通道的截面图，其中第一流体通道和第二流体通道用于在图1的增压部分中引导一部分流体；图4为在图3的汽轮机中利用的过渡管道的放大图；图5为示出了根据本发明可选具体实施例布置在壳元件外部的流体通道的截面图，其中该流体通道用于在图1的增压部分中引导一部分流体；
图6为在图5的汽轮机中利用的过渡管道的放大图；图7为根据本发明可选具体实施例的具有排出口的端密封盖放大图；以及图8为示出了根据本发明可选具体实施例布置在固定导向元件中的流体通道的截面图，其中该流体通道用于在图1的增压部分中引导一部分流体。
具体实施例方式
本发明涉及引导流体通过汽轮机的一部分以提高汽轮机的转子转矩。更具体地，本发明的具体实施例涉及引导已在汽轮机中做完功的一部分蒸汽，使得减少汽轮机中未做功的泄漏蒸汽，以便使更多的蒸汽变得可用于在汽轮机中做功，从而提高汽轮机的转子转矩。
在本文描述的具体实施例中，大量蒸汽从汽轮机第一级的排出侧被引导向第一级的上游位置。所述大量蒸汽在被引导之前已在第一级处做完了功。所述引导的大量蒸汽在上游位置排出，以减少在上游位置附近的蒸汽泄漏量，其中泄漏蒸汽未在汽轮机中做功。这种流动线路的优点时使用已经在汽轮机中做完功、从而有助于转子转矩的大量蒸汽来减少泄漏蒸汽的量。泄漏蒸汽量的减少导致增加了汽轮机中通过旋转转子做功的蒸汽的量，从而提高了汽轮机的转子转矩。
汽轮机包括多个增压部分。例如，在一种结构中，汽轮机可包括高压(HP)部分、中间(IP)或再加热(RH)部分、以及低压(LP)部分。在另一种结构中，汽轮机可包括HP部分、RH部分和LP部分。依据汽轮机的结构和汽轮机供给机械能的设备，汽轮机可包括增压部分的各种组合。
汽轮机的各增压部分包括多个旋转部件和多个固定部件。各增压部分还包括彼此成面对隔开关系的多个级。对于具有冲击结构(impulseconfiguration)的汽轮机，旋转部件包括转子、多个转轮元件、以及多个动叶。转子延伸通过增压部分，并可旋转地支撑在至少一个固定壳体或壳元件的附近。增压部件的多个级中的每个都包括一个固定到转子的转轮元件以及固定到转轮元件的多个动叶。当连接到转子的转轮元件以及多个动叶绕着转子的一部分布置时，它们通常具有环形结构。在具有反作用(鼓-转子)结构的汽轮机中，多个动叶固定到转子上，而不是固定到转轮元件上。动叶和转子构造成在壳元件之中旋转。各级的多个动叶包括固定在其上的多个间隔开的叶片。
在具体实施例中，入口通道的高温蒸汽或流体被引导与第一级多个动叶的多个叶片相接触。当流体与第一级多个动叶的多个叶片相接触时，流体旋转或持续旋转多个动叶、转轮元件以及转子。然后流体沿下游方向通过第一级多个动叶至第二级。流体以基本上相似的方式沿下游方向通过连续的多个级，从而在各级旋转转子另外的量。上游方向与下游方向基本上相反。第一级的排出区域为第一级与第二级之间流体通过与第一级多个动叶的多个叶片相接触而旋转转子之后进入的区域。通过旋转转子，流体在汽轮机中做功。
固定部件包括至少一个壳体或壳元件以及多个密封元件。壳元件构造成封装其中的转子、转轮元件、动叶以及密封元件。壳元件还构造成引导高压高温流体通过其。壳元件可分为几部分，将这几部分拼接在一起以形成完整的增压壳元件。例如，壳元件可包括固定到下半部的上半部。上半部壳与下半部壳固定在一起以形成增压壳元件，在增压壳元件之中布置其它部件。在可选构造中，汽轮机可包括布置在外壳元件之中的内壳元件。本文的图中只示出了壳元件的一部分，以示出壳元件内部的部件。
增压部分可包括固定导向元件，其构造成引导流体以预定的速度和方向与多个动叶的多个叶片相接触。在具有冲击结构的汽轮机中，固定导向元件为具有多个叶片元件的隔膜元件(间壁)，其中叶片元件构造成引导流体与多个叶片相接触。隔膜元件通常为布置在多个动叶上游侧上接近所述多个动叶的转子部分上的大致环形元件。在具有反作用(鼓-转子)结构的汽轮机中，固定导向元件可为叶片环，其具有布置在叶片架中的多个叶片元件，其中叶片元件构造成引导流体与多个叶片相接触。
密封元件通常为固定元件，设置来充分地减少流体沿除了通过多个级以使流体在汽轮机中做功之外的方向上的游动。端密封盖为密封元件的实例。端密封盖布置在转子在第一级上游位置的部分上。端密封盖包括至少一个构造成充分减少流体在密封元件与转子外周之间的流动的密封元件。不通过流过多个动叶和旋转转子做功的流体被认为是泄漏流体。汽轮机中不做功的泄漏流体为转子转矩损失。因此，需要使泄漏流体量最小化，以使更多的流体通过旋转汽轮机中的转子做功。
另外，在第一级上游位置使用各种密封元件以减少泄漏流体量。在汽轮机的一个结构中，泄漏流体流过根部区域。根部区域在第一级多个动叶的一部分与隔膜元件的一部分之间。泄漏流体可流过隔膜元件的一部分与端密封盖的一部分之间的碗状槽区域。泄漏流体可流过第一级与端密封盖之间沿着转子的中间空间。密封元件可包括一种或多种密封结构式样，以减少泄漏流体的流动。
因此，需要引导已在汽轮机中做功的一定量流体——再循环流体从级的排出侧到该级的上游位置，其中再循环流体的量减少了上游位置处泄漏流体的量的流动。该布置的结果是更多的流体变得可以用来通过旋转汽轮机中的转子做功，从而提高了汽轮机的转子转矩。尽管下面的引导通道的具体实施例为应用在第一级，但是引导通道的相似结构可应用于汽轮机的任一级。
现在参考图1，示出了汽轮机增压部分的一部分结构的实例。汽轮机10包括外壳元件12、内壳元件14、转轮元件16、第一级多个动叶18、隔膜元件20或导向元件、端密封盖22和转子24。第一级多个动叶18包括多个间隔开的叶片26，其构造成引导流体朝着第二级通过多个动叶18。图1为截面图，因此只示出了一个动叶的一部分以及固定到动叶的叶片。内壳元件14布置在外壳元件12之中。流体通过至少一个流体入口通道进入外壳元件12。然后流体通过过渡管道28从外壳元件12进入内壳元件14，沿着流动通道30朝着第一级多个动叶18流动。流体在内壳元件14与端密封盖22之间沿着流动通道30流动。第一级区域32在第一级多个动叶18的紧前至紧后之间的区域延伸。
隔膜元件20或导向元件为布置在第一级多个动叶18上游侧上的固定元件。隔膜元件20构造成引导流体沿着流动通道30朝着第一个多个动叶18的多个相隔叶片26流动。隔膜元件20包括外环34、内环隔板36、以及在外环34与内环隔板36之间绕着隔膜元件20圆周布置的多个相隔间壁38或叶片。图1为截面图，因此只示出了多个间壁中的一个间壁。多个间壁38构造成引导流体在第一级多个动叶18的多个叶片26以预定速度和方向从其通过。
现在参考图2，一部分流体——泄漏流体从流动通道30流出，通过根部密封40，沿着流动通道50朝中间空间44流动。根部密封40布置在第一级多个动叶18的一部分与隔膜元件20的一部分之间。根部密封40构造成充分地减少了泄漏流体从流动通道30进入中间空间44的流动。泄漏流体的另一部分从流动通道30通过碗状槽密封42沿着流动通道52流动。碗状槽密封42布置在隔膜元件20的一部分与端密封盖22的一部分之间。碗状槽密封42构造成充分地减少了泄漏流体从流动通道30进入中间空间44的流动。另外，为减少流体通过中间空间44沿着流动通道54流动，在隔膜元件20与转子24的一部分之间布置有密封元件46。端密封盖22包括多个密封元件48，其构造成充分地减少流体在端密封盖22与转子24之间沿着流动通道56的流动。根部密封40、碗状槽密封42以及密封元件46和48可包括一种或多种密封结构样式，用以减少泄漏流体通过其的流动。泄漏流体为流体中流过上述密封位置离开流动通道30而在汽轮机中未做功的部分。
现在参考图3，示出了通过引导再循环流体通过元件(这里为壳元件和端密封盖)而引导一定量再循环流体从第一级的排出侧至第一级上游位置的具体实施例。因为再循环流体已经接触过第一级多个动叶18的叶片26从而旋转转子24，所以第一级排出侧的再循环流体已经在汽轮机中做过功。其流动路线构造成使在上游位置排出的再循环流体量减少了沿着流动通道50和52的泄漏流体量在端密封盖64与转子24之间沿着流动通道56的流动。在具体实施例中，其流动路线构造成再循环流体的量大于在上游位置的泄漏流体量，从而减少了通过端密封盖的泄漏率。因此，当来自流动通道30的更少流体沿着流动通道50和52流动时，更多的流体继续存在于流动通道30中以在第一级与随后的级中做功，从而提高了汽轮机的转子转矩。这里描述的引导再循环流体以减少泄漏流体的具体实施例以及原理可应用于具有任意数量泄漏流动通道的其它结构的汽轮机。
在具体实施例中，内壳元件60包括第一流体通道62，端密封盖64包括第二流体通道66。再循环流体通过流过第一流体通道62而流过内壳元件60。再循环流体通过流过第二流体通道66而流过端密封盖64。流体通道62和66构造成使再循环流体从第一级的排出侧通过第一流体通道62进入第二流体通道66。在具体实施例中，第二流体通道66包括排出口，其中再循环流体从端密封盖通过排出口排出。排出口布置在第一级上游侧与靠着转子布置的密封元件之间的区域内，其中该区域并不处于流体入口通道之中。在非限制性实施例中，排出口构造成将再循环流体从端密封盖以沿着转子24外周流动的方式排出。在另一个可选具体实施例中，排出口构造成引导再循环流体沿不朝着转子24外周的方向排出端密封盖。
在具体实施例中，第一流体通道62和第二流体通道66可为分别通过内壳元件60和端密封盖64的孔。在可选具体实施例中，第一流体通道62可包括布置在内壳元件60中用于引导流体从其通过的管道部分，例如导管、套管等。在另一个可选具体实施例中，第二流体通道66可包括布置在端密封盖64中用于引导再循环流体从其通过的管道部分，例如导管、套管等。在另一个可选具体实施例中，第一流体管道62和第二流体管道66可各包括一部分过渡管道，例如导管、套管等，用于引导再循环流体从第一流体通道62进入第二流体通道66。在其它具体实施例中，可使用孔、管道部分与过渡管道的组合来引导再循环流体从第一级的排出侧通过第一和第二流体通道62、66流到第一级的上游位置。在可选具体实施例中，汽轮机增压部分可包括单独的壳元件，而没有内壳元件，其中单独壳元件包括与第二流体通道流体连通的第一流体通道。
在具体实施例中，第一流体通道62延伸通过内壳元件60，并由孔70、72和74限定。孔70从内壳元件60的表面76延伸进入内壳元件60。表面76定位成使孔70接收来自第一级排出侧的再循环流体。孔72从布置在第一级上游的表面78延伸进入内壳元件60。在孔72中接近表面78处布置有插塞元件80，以防止再循环流体在表面78流出孔72。孔74从表面82延伸进入内壳元件60。表面82定位成使再循环流体在第一级上游位置从第一流体通道62排出。再循环流体流过孔70、72和74，从而引导再循环流体从第一级排出侧通过内壳元件60流到第一级的上游位置。
在具体实施例中，第二流体通道66延伸通过端密封盖64，并由孔90和92限定。孔90从表面94延伸进入端密封盖64。孔92从表面96延伸进入端密封盖64。表面96定位成使得再循环流体相对于流体通道56、在端密封盖64的密封元件48上游侧上从第二流体通道66排出。再循环流体从内壳元件60的孔74流进端密封盖64的孔90。再循环流体通过流出第二流体通道的排出口67而排出端密封盖64。这样描述的第一流体通道62和第二流体通道66构造成引导再循环流体从第一级的排出侧通过内壳元件60和端密封盖64至第一级的上游位置。第一和第二流体通道62、66构造成使从排出口67排出的再循环流体量减少了沿着流体通道50和52泄漏流体的流动，并增加了旋转转子的流体量，从而提高汽轮机的转子转矩。
当然，第一和第二流体通道62、66的可选具体实施例包括用于引导再循环流体量至上游位置的其它结构。例如，第一和第二流体通道62、66可形成有定向为角度与示出的孔70、72、74、90和92不同的孔。在另一个可选实施例中，第一和第二流体通道62、66可包括不同数量的用于引导再循环流体量至上游位置的孔。
现在参考图3和图4，在具体实施例中，过渡管道100布置在流体通道62的一部分之中和第二流体通道66的一部分之中。设置过渡管道100以引导再循环流体62进入第二流体通道66。过渡管道100包括构造成防止流体通道30的流体流进第一和第二流体通道62、66的密封部分。例如，在具体实施例中，至少一个密封部分构造成在汽轮机的运行期间，与第一或第二流体通道62、66的配合面具有无隙配合。在另一个具体实施例中，过渡管道100的至少一个密封部分包括表面处理，该表面处理构造成可将过渡管道置于第一和第二流体通道62、66之中和从其中移除，同时减少过渡管道100与第一或第二流体管道62、66的配合面的磨损。
例如，在具体实施例中，过渡管道100包括连接元件102、多个密封元件104、112以及保持元件106。连接元件102包括末端部分108和110以及从其中延伸通过的孔114。末端部分108构造成接收在内壳元件60的孔74中。末端部分110构造成接收在端密封盖64的孔90中。再循环流体通过流过连接元件102的孔114从孔74流进孔90。多个密封元件104、112布置在邻近连接元件102的末端部分108处。设置密封元件104、112以防止流动通道30的流体流进第一通道62。在具体实施例中，各密封元件112的内表面密封连接元件102的外表面，而各密封元件104的外表面密封孔74的内表面，并且密封元件104和102彼此密封。保持环106构造成将多个密封元件104、112保持在孔74中基本固定的位置。在具体实施例中，密封元件104、112构造成在汽轮机的运行期间，与孔74的表面及连接元件102的表面具有无隙配合。
在具体实施例中，末端部分110包括构造成接收在端密封盖64的孔90的一部分之中的密封部分116。密封部分116为末端部分110的曲面，其中末端部分110的该曲面在汽轮机运行期间与孔90的内表面具有无隙配合，以防止流动通道30的流体流进第二流体通道66。在具体实施例中，密封部分116包括表面处理，例如，钨铬合金覆层，以在将密封部分116置于第二流体通道66之中和从其中移除时，减少连接元件102与孔90内表面的配合面的磨损。当然，在可选具体实施例中，末端部分108可包括处理表面，而末端部分110可包括密封元件。
在图5和6中所示的可选具体实施例中，壳元件包括位于壳元件外部区域的外部管道，用于引导再循环流体从第一级排出侧至第一级的上游位置。例如，在具体实施例中，壳元件的第一通道包括第一通道部分、第二通道部分和第三通道部分，其中第二通道部分由外部管道确定，例如导管、套管等，用于引导再循环流体从第一通道部分进入第三通道部分。当然，在可选实施例中，在壳元件中可布置任意数量的孔与布置在壳元件外部区域的外部管道流体连通。
例如，在具体实施例中，内壳元件124包括孔126和128，每个孔都延伸通过内壳元件124。外部管道130布置在内壳元件124的外部区域。孔126、128和外部管道130确定了通过内壳元件124的第一流体通道132。第一流体通道132构造成与布置在端密封盖125中的第二流体通道流体连通。外部管道130构造成引导再循环流体从孔126进入孔128。例如，在具体实施例中，外部管道130为固定到内壳元件124的导管，以使再循环流体从孔126流进孔128。
在具体实施例中，孔126从内表面134延伸通过内壳元件124至外表面136。表面134定位为使孔126从第一级排出侧接收再循环流体。孔128从内表面138延伸通过内壳元件124至外表面140。
在具体实施例中，外部管道130在表面136、140处固定到内壳元件124上，使得再循环流体不从第一通道132或从孔128排到内壳元件124的外部区域。在一个具体实施例中，使用凸缘构件142和144将外部管道130部分固定到内壳元件124上。在另一个具体实施例中，外部管道130部分可通过螺栓或焊接固定到内壳元件124上。在再一个具体实施例中，外部管道130可固定到布置于第一或第二流体通道至少一部分中的过渡管道上。在具体实施例中，外部管道130可以用包括密封元件(例如垫圈或O形圈)的方式固定到内壳元件124上，其中密封元件用于防止再循环流体从第一流体通道132排到内壳元件124的外部区域。
在图5和6所示的具体实施例中，外部管道130包括末端部分146和148。外部管道130的末端部分146固定到凸缘构件142上。外部管道130的末端部分148焊接到过渡管道160上。在具体实施例中，凸缘构件142、144通过螺栓150固定到内壳元件124上。在可选具体实施例中，凸缘构件142、144可通过螺纹固定到内壳元件124或外部管道130上。在另一个可选具体实施例中，凸缘构件142、144可焊接到内壳元件124或外部管道130上。描述的第一流体通道132和第二流体通道133构造成引导再循环流体从第一级的排出侧通过内壳124和通过端密封盖125至第一级的上游位置。第一和第二流体通道132、133构造成使从排出口67排出的再循环流体量减少了沿着流动通道50和52的泄漏流体流动，并增加了旋转转子的流体量，从而提高汽轮机的转子转矩。
在可选具体实施例中，第一和第二流体通道132、133可包括布置在内壳元件124的一部分或端密封盖125内的任意数量的孔和管道部分，例如导管、套管等，用于引导再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置。当然，在另一个具体实施例中，外部管道130对于引导再循环流体从内壳元件的一个部分进入内壳元件的另一个部分可具有不同的结构。
在具体实施例中，如图6中所示，设置过渡管道160以引导再循环流体从外部管道130通过内壳元件124的孔128进入端密封盖125中的第二流体通道133。过渡管道160包括构造成防止再循环流体从第一流体通道132排到内壳元件124外部区域的密封部分。过渡管道160还包括构造成防止流动通道130的流体流进第一或第二流体通道132、133的密封部分。例如，在具体实施例中，过渡管道160的密封部分构造成在汽轮机的运行期间与第一或第二流体通道132、133的配合面具有无隙配合。在另一个具体实施例中，过渡管道160的密封部分包括表面处理，该表面处理构造成可将过渡管道置于第一和第二流体通道132、133之中和从其中移除，同时减少过渡管道160与第一或第二流体通道132、133的配合面的磨损。
例如，在具体实施例中，过渡管道160包括具有末端部分166和168的管状部分164。管道部分164从外部管道130的末端部分148延伸通过孔128进入第二流体通道133的孔162。再循环流体通过流过管道部分164的孔而从外部管道130流进孔162。末端部分166的一部分固定在凸缘构件144的凹槽部分170与内壳元件124的表面140之间，末端部分166的另一部分焊接到外部管道130上。在可选具体实施例中，输入管道160的一部分，例如末端部分166，可焊接或螺纹连接到凸缘构件144上。另外，在外部管道130、过渡管道160和内壳元件124各部分之间可使用密封元件，例如垫圈或O形圈，以防止再循环流体从第一流体通道132排到内壳元件124的外部区域。
在具体实施例中，末端部分168包括构造成接收在端密封盖125的孔162的一部分之中的密封部分169。密封部分169为在汽轮机运行期间与孔162的内表面具有无隙配合的曲面。在另一个具体实施例中，密封部分169包括表面处理，例如，钨铬合金覆层，用于在将过渡管道160置于第二管道133中和从其移除时，减少过渡管道160与孔162内表面的配合面的磨损。当然，在可选具体实施例中，过渡管道160可构造成使得末端部分168包括密封元件，末端部分166包括表面处理。在另一个可选具体实施例中，一个过渡管道可从外部管道的一部分延伸进入第一流体通道的第三通道部分，而另一个过渡管道从第一流体通道的第三通道部分延伸进入第二流体通道。
现在参考图7，示出了包括排出口182的端密封盖180的具体实施例。设置排出口182以引导再循环流体沿不直接在转子24外周的方向排出端密封盖180。在可选具体实施例中，使用排出口182替代图3和5中示出的排出口67。引导再循环流体从端密封盖流出使得不在转子外周引导再循环流体，对将可由再循环流体引起的转子的恶化影响最小化是理想的。例如，在一些情形中，在转子处引导的再循环流体可引起转子的不对称加热或冷却、变形、振动等。
例如，在具体实施例中，端密封盖180包括由孔186、188和190限定的第二流体通道184。在该实施例中，孔186和188可与图5中第二流体通道133的孔162和92基本上类似地定位和构造。在具体实施例中，排出口182包括至少一个孔190和插塞元件192。孔190从表面194延伸进入端密封盖180。孔190延伸进端密封盖180与孔188相交，使得再循环流体通过流过孔186、188和190而流过端密封盖180。在可选具体实施例中，孔190为当面对表面194时，从表面194延伸进端密封盖180的圆周槽。
插塞元件196布置在孔188中邻近端密封盖180的表面198处。插塞元件196构造成防止再循环流体在表面198处通过孔188流出端密封盖180，使得流体从孔188流进孔190。插塞元件192布置在孔190中邻近表面194。在具体实施例中，插塞元件192包括至少一个从其延伸通过的孔200，使得再循环流体通过从孔190流过孔200而从端密封盖180排出。孔200定位与构造成使得通过孔200从端密封盖180排出的再循环流体不直接在转子24的外周流动。
在可选具体实施例中，延伸通过布置在圆槽状孔190之中的环形插塞元件192的多个孔200绕着环形插塞元件192的圆周间隔开。例如，当再循环流体可使转子24劣化时，可能希望和可使用多个间隔开的孔200以提供再循环流体绕着转子24的外周更均匀的分配。在可选具体实施例中，可使用与图7的排出口182基本上类似的排出口替代排出口67来修改图3的端密封盖64和图5的端密封盖125。
通过使用上述具体实施例，引导一定量再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置，减少了泄漏流体量，并使更多的流体可用于旋转转子，从而提高汽轮机的转子转矩。由于再循环流体已经通过旋转转子做功而有助于汽轮机的输出，所以使用再循环流体是有利的。
上述具体实施例中，壳元件具有一个流体通道，端密封盖具有一个流体通道，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置。应当注意，可选具体实施例包括下述结构壳元件和端密封盖各具有多个在圆周方向间隔的流体通道，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一侧的上游位置。壳元件中与端密封盖中多个间隔的流体通道可给第一级上游位置提供更大容量的再循环流体。另外，壳元件与端密封盖中多个间隔的流体通道给通过壳元件和端密封盖的再循环流体提供了更均匀的分配。
可能期望元件中多个间隔的流体通道以便使再循环流体当引导再循环流体通过单独流体通道穿过该元件时，带给该元件的劣化最小。例如，具有高温、高压和/或流率的再循环流体可能对引导再循环流体从其通过的元件具有不良的效果，例如不均匀加热或冷却、变形、振动等。因此，例如，在非限制性可选实施例中，在壳元件和端密封盖中每个上都圆周间隔180°地布置两组流体通道。在另一个可选实施例中，在壳元件和端密封盖中每个上都圆周间隔90°地布置四组流体通道。
另外，基于与再循环流体在汽轮机中的做功量相对应的再循环流体状态，可选择汽轮机中特定位置的再循环流体用于引导。例如，可从再循环流体在汽轮机中特定级的状态确定再循环流体的做功量。再循环流体的状态可根据其能量水平、焓(BTU/lbm)、温度(°F)和压力(PSI)定义。应当注意，在紧靠第一级之前流动通道30中提供给汽轮机的流体的压力和温度高于再循环流体，因此与再循环流体相比，流动通道30中的流体处于更高的能量水平。已经通过第一级并做功的再循环流体已经膨胀至较低的压力和温度，因此其处于较低的能量水平。可基于再循环流体的状态选择任一特定级排出侧的再循环流体，并将其引导至该特定级的上游位置，以使汽轮机中的泄漏流体量最小化，并增加汽轮机中的做功流体量，从而提高汽轮机的转子转矩。
现在参考图8，在可选具体实施例中，可构造固定导向元件或构件，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一侧的上游位置。在具体实施例中，固定元件为隔膜元件210，其包括从其延伸通过的流体通道212，用于引导再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置。在具体实施例中，隔膜元件210包括外环214、内环隔板216及多个间壁218或叶片元件。由于图8为隔膜元件210的截面图，所以只示出了一个间壁。
在具体实施例中，由孔220、222、224和226限定流体通道212。孔220从表面228延伸通过外环214至表面230。表面228位于隔膜元件210的外环214的一部分之上，使得孔220可接收来自第一级排出侧的再循环流体。孔222从表面232延伸进内环隔板216，延伸通过多个间壁218中的一个，然后与外环214中的孔220相交。在可选实施例中，流体通道212可延伸通过多个间壁中的超过一个的间壁。孔224从表面234延伸进内环隔板216，并与孔222相交。孔226在表面236延伸进内环隔板216，并与孔224相交。表面236定位成使得再循环流体在第一级上游位置通过孔226的排出口从隔膜元件216排出。通道212构造成使得从排出口排出的再循环流体量减少了泄漏流体沿着流动通道50和52的流动，并增加旋转转子的流体量，从而提高了汽轮机的转子转矩。
孔220之中邻近表面230处布置有插塞元件238，以防止流动通道30的流体在表面230流进孔220。在孔222中邻近表面232处布置有插塞元件240，以防止流动通道50的流体在表面232流进孔222。在孔224中邻近表面234处布置有插塞元件242，以防止流动通道30的流体在表面234流进孔224。再循环流体通过流过孔220、222、224和226而流过隔膜元件210。
在可选具体实施例中，流体通道212可包括管道部分，例如导管，用于引导再循环流体通过隔膜元件210。在另一个可选实施例中，流体通道212可包括孔、导管、套管或它们的组合，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一侧的上游位置。在另一个具体实施例中，排出口构造成使得再循环流体以不直接在转子外周的方向从流体通道排出，与图7中端密封盖180的排出口182相类似。在另一个可选具体实施例中，固定导向元件可包括与布置在另一个元件中的第二流体通道相流体连通的第一流体通道，以引导再循环流体至上游位置。当然，在具有反作用(鼓-转子)结构的汽轮机中，固定导向元件可为具有多个叶片元件的叶片架，其中导向元件包括用于引导再循环流体从第一级排出侧至第一级上游位置的流体通道。
在可选具体实施例中，在固定导向元件(例如，隔膜元件)中绕着导向元件圆周方向布置有多个间隔开的流体通道，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置。导向元件中具有多个间隔开的流体通道有助于流过导向元件的再循环流体的更均匀分配。导向元件中多个间隔开的流体通道有助于使再循环流体通过单独通道流过导向元件时对导向元件的不良效果最小化。
在另一个可选具体实施例中，固定导向元件中集成有端密封盖或密封元件，其中端密封盖绕着转子的一部分布置。导向元件包括用于引导从其通过的再循环流体从第一级排出侧至第一级上游位置的流体通道。再循环流体在上游位置通过流体通道的排出口从导向元件排出。在另一个具体实施例中，排出口构造成使得再循环流体沿着不直接在转子外周的方向从流体通道排出，与图7中端密封盖180的排出口182相类似。
在另一个可选具体实施例中，可构造壳元件，以引导再循环流体从第一级的排出侧至第一级的上游位置，替代通过导向元件引导再循环流体。壳元件包括用于引导从其通过的再循环流体从第一级排出侧至第一级上游位置的流体通道。再循环流体在上游位置通过流体通道的排出口从壳元件排出。在再一个可选具体实施例中，流体通道可包括布置在壳元件外部区域的通道部分。在另一个具体实施例中，排出口构造成使得再循环流体沿着不直接在转子外周的方向从流体通道排出，与图7中密封盖180的排出口182相类似。
在另一个具体实施例中，端密封盖或密封元件与壳元件集成为一体，其中端密封盖绕着转子的一部分布置。壳元件包括用于将再循环流体通过其从第一级排出侧引导到第一级上游位置的流体通道。再循环流体在上游位置通过流体通道的排出口从导向元件排出。在另一个具体实施例中，排出口构造成使得再循环流体沿着不直接在转子外周的方向从流体通道排出，与图7中端密封盖180的排出口182相类似。
本文公开的用于引导再循环流体的具体实施例，既减少了泄漏蒸汽的量，又增加了可用于旋转转子的蒸汽量，对于提高汽轮机的转子转矩提供了超越其它方法的实质优点。由于再循环蒸汽之前已经在汽轮机中通过旋转转子作过功，因此与蒸汽(例如，在汽轮机中未做过功的泄漏蒸汽)相比，使用再循环蒸汽以提高转子转矩是有利的。
尽管已经参考具体实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，各种变化可以做为用于替代其元件的等效方案。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明的教导做出许多改进以适于特定情形。因此，本发明不限于为实现本发明而公开的实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何重要性的顺序，而是使用第一、第二等将元件彼此区分开。
附图标记汽轮机10外壳元件12内壳元件14转轮元件16第一级多个动叶18隔膜元件20端密封盖22转子24多个间隔开的叶片26过渡管道28流动通道30第一级区域32外环34内环隔板3636多个间隔开的间壁38根部密封40碗状槽密封42中间空间44多个密封元件46流动通道50流动通道52流动通道54流动通道56内壳元件60第一流体通道62端密封盖64第二流体通道66排出口67孔70、72和74表面76
表面78插塞元件80表面82孔90和92表面94表面96过渡管道100连接元件102多个密封元件104、112保持元件106末端部分108和110孔114密封部分116内壳元件124端密封盖125孔126和128外部管道130第一流体通道132第二流体通道133内表面134外表面136内表面138外表面140凸缘构件142和144末端部分146和148螺栓150过渡管道160管状部分164末端部分166和168孔162末端部分的部分166凹槽部分170
密封部分169端密封盖180第二流体通道184由孔186、188和190确定排出口182插塞元件192表面194插塞元件196表面198孔200隔膜元件210流体通道212外环214内环隔板216多个间壁218孔220、222、224和226表面228表面230表面232表面234表面236插塞元件238插塞元件240插塞元件24权利要求
1.一种用于引导汽轮机(10)中流体的设备，所述汽轮机具有包括固定到转子(24)的多个动叶(18)的级，所述转子构造成响应于从入口通道流过所述多个动叶的第一流体量而旋转，所述设备包括具有从其中延伸通过的流体通道(212)的元件(210)，所述流体通道的第一末端与所述汽轮机的所述级的排出侧流体连通，其中包括一部分所述第一流体量的第二流体量在所述级的所述排出侧接收进所述流体通道中，并从所述流体通道的出口(226)排出，所述出口与区域(44)流体连通，其中所述区域位于所述级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件(48)之间，所述区域从所述级的所述上游侧接收第三泄漏流体量；并且其中从所述出口排出的所述第二流体量既减少进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加流过所述多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述出口构造成将所述第二流体量沿着不朝着所述转子外周的方向引导，并且所述第二流体量为蒸汽。
3.一种用于引导汽轮机(10)中流体的设备，所述汽轮机具有包括固定到转子(24)的多个动叶(18)的级，所述转子构造成响应于从入口通道流过所述多个动叶的第一流体量而旋转，所述设备包括具有从其中延伸通过的第一流体通道(62)的第一元件(60)，所述第一流体通道与所述汽轮机的所述级的排出侧流体连通，其中包括一部分所述第一流体量的第二流体量从所述级的所述排出侧接收进所述第一流体通道中；具有从其中延伸通过的第二流体通道(66)的第二元件(64)，所述第二流体通道与所述第一流体通道流体连通，其中所述第二流体量被引导从所述第一流体通道进入所述第二流体通道并从所述第二流体通道的出口排出，所述出口与区域(44)流体连通，其中所述区域位于所述级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件(48)之间，所述区域从所述级的所述上游侧接收第三泄漏流体量；并且其中从所述出口排出的所述第二流体量既减少进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加流过所述多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述出口构造成将所述第二流体量沿着不朝着所述转子外周的方向引导，并且所述第二流体量为蒸汽。
5.如权利要求3所述的设备，还包括过渡管道(100)，所述过渡管道构造成引导所述第二流体量从所述第一流体通道(62)进入所述第二流体通道(66)，所述过渡管道具有第一和第二末端部分(108，110)，所述第一末端部分布置在所述第一流体通道中，所述第二末端部分布置在所述第二流体通道中，所述第一末端部分具有构造成防止流体在所述第一末端部分外表面与所述第一流体通道内表面之间流动的密封部分(104，112)，所述第二末端部分具有构造成防止流体在所述第二末端部分外表面与所述第二流体通道内表面之间流动的密封部分(116)。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述密封部分中的至少一个还构造成在所述汽轮机的运行期间，在所述第一末端部分外表面与所述第一流体通道内表面之间或所述第二末端部分外表面与所述第二流体通道内表面之间提供无隙配合。
7.如权利要求5所述的设备，其中所述密封部分中的至少一个还包括表面处理，所述表面处理构造成使得所述过渡管道置于所述第一和第二流体通道之中和从其中移除时，减少所述第一末端部分外表面与所述第一流体通道内表面或所述第二末端部分外表面与所述第二流体通道内表面之间的磨损。
8.如权利要求3所述的设备，其中所述第一流体通道包括第一通道部分(126)、第二通道部分(130)和第三通道部分(128)，所述第一通道部分延伸通过所述第一元件，所述第一通道部分的第一端与所述级的所述排出侧流体连通，所述第一通道部分的第二端布置在所述第一元件的外表面(136)处，所述第二通道部分由构造成提供所述第一通道部分与所述第三通道部分之间流体连通的外部管道限定，所述第三通道部分从所述外表面延伸通过所第一元件并且与所述第二流体通道流体连通。
9.一种汽轮机(10)，包括转子(24)，可旋转地接收在所述汽轮机中；彼此成面对隔开关系布置的多个级，所述多个级的每个级都包括固定到所述转子的多个动叶(18)，其中所述多个动叶的每个动叶都具有至少一个固定到其上并与相邻叶片间隔的叶片(26)，其中当来自入口通道的第一流体量接触所述多个间隔开的叶片时，所述转子旋转，并且所述第一流体量通过沿着下游方向经过第一级多个动叶的所述多个间隔开叶片之间至所述第一级的排出侧，而朝着第二级多个动叶流过所述第一级多个动叶，所述第一级的所述排出侧限定出所述第一级多个动叶与所述第二级多个动叶之间的区域；具有从其中延伸通过的第一流体通道(62)的第一元件(60)，所述第一流体通道与所述汽轮机的所述第一级的所述排出侧流体连通，其中包括一部分所述第一流体量的第二流体量从所述第一级的所述排出侧接收进所述第一流体通道中；绕着所述转子一部分布置的第二元件(64)，所述第二元件包括从其延伸通过的第二流体通道，所述第二流体通道与所述第一流体通道流体连通，其中所述第二流体量被引导从所述第一流体通道进入所述第二流体通道并从所述第二流体通道的出口(67)排出，所述出口与位于所述第一级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件(48)之间的区域流体连通，所述区域从所述第一级的所述上游侧接收第三泄漏流体量；并且其中从所述出口排出的所述第二流体量既减少进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加流过所述第一级多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
10.如权利要求9所述的汽轮机，其中所述第一流体通道包括第一通道部分(126)、第二通道部分(130)和第三通道部分(128)，所述第一通道部分延伸通过所述第一元件，所述第一通道部分的第一端与所述级的所述排出侧流体连通，所述第一通道部分的第二端布置在所述第一元件的外表面(136)处，所述第二通道部分由构造成提供所述第一通道部分与所述第三通道部分之间流体连通的外部管道限定，所述第三通道部分从所述外表面延伸通过所第一元件，并且与所述第二流体通道流体连通。
全文摘要
提供了一种引导汽轮机中流体的设备。所述汽轮机具有包括固定到转子(24)的多个动叶(18)的级。所述转子构造成响应于从入口通道流过所述多个动叶的第一流体量而旋转。所述设备包括具有从其中延伸通过的流体通道(212)的元件(210)。所述流体通道包括与所述汽轮机的所述级的排出侧流体连通的第一末端。包括一部分所述第一流体量的第二流体量在所述级的所述排出侧接收进所述流体通道，并从所述流体通道的出口(226)排出。所述出口与区域(44)流体连通，其中所述区域位于所述级的上游侧与靠着所述转子布置的密封元件(48)之间。所述区域从所述级的所述上游侧接收第三泄漏流体量。从所述出口排出的所述第二流体量既减少了进入所述区域的第三泄漏流体量，又增加了流过所述多个动叶的所述第一流体量，以提高所述转子的转矩量。
文档编号F01D1/02GK101042057SQ200710088759
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年3月22日
发明者M·E·蒙特戈梅里, R·W·豪斯勒, P·A·小拉扎诺, J·M·斯塔尼蒂, M·T·汉林 申请人:通用电气公司