专利名称：汽轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽轮机；并且更具体地，本发明涉及利用温度范围从大约650°C至 750°C的高温蒸汽的汽轮机。
背景技术：
利用具有大致600°C的温度的主流蒸汽的汽轮机从提高汽轮机效率的观点看是实用的。为了进一步提高汽轮机效率，已经进行了有关将主流蒸汽的温度增加至范围从大约 650°C至750°C的值的研究，并且根据所述研究的开发已经完成。在这种汽轮机中，因为主流蒸汽具有高温，所以必须像燃气轮机的情况那样采用耐热合金。然而，因为耐热合金昂贵并且很难加工成大的部件，所以无法使用耐热合金。在这种情况中，汽轮机的材料强度是不足的并且必须冷却汽轮机的部件。日本专利公开文献No. 11-200801 (专利文献1)公开了一种用于转子轮盘的冷却机构，其中所述转子轮盘与转子一体形成并嵌接有叶片。冷却机构冷却转子轮盘、尤其第二级和随后级的转子轮盘的嵌接有叶片的部分的附近。在该冷却机构内，冷却流体通过在转子内形成的冷却路径孔被直接供入到由转子轮盘的侧表面和翼片的内侧表面所形成的冷却空间内。然而，在转子轮盘内侧在转子内方便地形成像专利文献1那样设置成冷却转子轮盘的嵌接有叶片的部分附近的冷却路径孔并不是容易的，并且从确保转子强度的观点看形成冷却路径孔也不总是优选的。此外，在需要冷却的汽轮机级、例如转子轮盘中，冷却蒸汽有助于上游侧汽轮机级的冷却，并且然后在下游侧汽轮机级中冷却升温的冷却蒸汽，否则这可以造成冷却不足的情况。
发明内容
已经考虑到上述情况提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种包括冷却结构的汽轮机，所述冷却结构适于确保转子、转子轮盘和汽轮机的其它部件的强度，以甚至在使用高温蒸汽时维持它们的完整性。本发明的另一目的是提供一种汽轮机，其中，在需要冷却的范围内安置的下游侧汽轮机级中的汽轮机部件能够高效地被冷却。设置成实现上述目的的本发明的汽轮机包括转子；与所述转子一体形成的转子轮盘；多个叶片，其中所述转子轮盘沿所述转子的周向与所述多个叶片嵌接；包覆所述转子的壳体；多个沿所述转子的周向连接至所述壳体的翼片，所述翼片的位置与所述叶片相邻并且沿所述转子的轴向位于上游侧上；以及
沿所述转子的轴向在所述翼片的转子侧表面上安置的内隔板，以使得所述内隔板朝向所述转子轮盘，其中，沿所述转子的轴向彼此相邻的翼片和叶片形成汽轮机级，在所述汽轮机级中的至少一个汽轮机级中，转子侧冷却路径沿所述转子的轴向穿过所述转子轮盘形成，并且隔板侧冷却路径沿所述转子的轴向穿过所述内隔板形成，并且流经所述转子侧冷却路径的冷却媒介分流到所述隔板侧冷却路径中以及在所述内隔板与所述转子之间设置的迷宫式流路径中。在如上所述的汽轮机中，形成多个汽轮机级，每个所述汽轮机级具有沿转子的轴向穿过所述内隔板的隔板侧冷却路径，并且所述冷却媒介流经所述隔板侧冷却路径，在所述多个汽轮机级中的每个中形成有隔板侧冷却路径，在所述多个汽轮机级中，所述隔板侧冷却路径在上游侧汽轮机级中与转子的轴线平行地被形成，并且隔板侧冷却路径的出口在下游侧汽轮机级中与隔板侧冷却路径的入口相比更靠近所述转子地被定位。根据本发明，因为冷却媒介在从上游侧至下游侧的宽范围的汽轮机级中能够使得转子、转子轮盘、内隔板与其它部件冷却，所以诸如转子的每个汽轮机部件的强度能够被确保，并且因此，每个汽轮机部件的完整性甚至在高温蒸汽被采用时也可以被维持。
图1是局部剖视图，示出了根据本发明的第一实施例的汽轮机的一部分；图2是局部剖视图，示出了根据本发明的第二实施例的汽轮机的一部分；图3示出了如图2所示的内隔板中的隔板侧冷却路径的改型，并且图3 (A)至3 (F) 是示出了第一至第六改型的剖视图；图4是局部剖视图，示出了根据本发明的第三实施例的汽轮机的一部分；图5是局部剖视图，示出了根据本发明的第四实施例的汽轮机的一部分；图6示出了体现冷却媒介(冷却蒸汽)的温度、主流蒸汽的温度以及转子轮盘的嵌接有叶片的部分的目标温度之间的关系的曲线；图7是局部剖视图，示出了根据本发明的第五实施例的汽轮机的一部分；图8是局部剖视图，示出了根据本发明的第六实施例的汽轮机的一部分。
具体实施例方式以下参照
实现本发明的最佳模式。然而，应该注意的是本发明并不限于以下的实施例。此外，在以下的说明中，应该理解的是术语“上侧”、“下侧”、“右侧”、“左侧” 以及其它与方向有关的术语仅仅在视图的说明或实际安装中被采用。A第一实施例(图1)图1是局部剖视图，示出了根据本发明的第一实施例的汽轮机的一部分。在如图1 所示的汽轮机10中，高温主流蒸汽11具有范围从大致650°C至750°C的温度，所述高温主流蒸汽11经由翼片(静片)12被引导至叶片(动片)13，以使得转子14旋转，其中所述叶片13嵌接至所述转子，从而与所述转子14相连的未示出的发电机被旋转。这种高温主流蒸汽11的采用能够提高汽轮机效率。多个叶片13嵌接至每个转子轮盘15的外周部分，其中所述转子轮盘15沿转子14的周向与转子14 一体形成。转子14由一壳体16包围，多个翼片12在与叶片13相邻的位置并沿转子14的轴向在上游侧经由外隔板17沿转子14的周向连接。内隔板18沿转子14的周向在翼片12 上安置，从而内隔板18朝向转子14的转子轮盘15。多个由外隔板17和内隔板18所支承的翼片12将主流蒸汽11引导至叶片13。翼片12和叶片13沿转子14的轴向交替地布置，并且一组相邻的翼片12和叶片 13形成一汽轮机级。汽轮机级沿主流蒸汽11从上游侧流至下游侧的方向如下地标号第一级、第二级、第三级等。翼片12和叶片13沿转子14的轴向在其中交替布置的空间形成一蒸汽路径19，主流蒸汽11流经所述蒸汽路径19。在由此所构造的汽轮机10中，在汽轮机级中的至少一个汽轮机级内设置一冷却结构20，以使得汽轮机的部件、尤其转子14、转子轮盘15以及内隔板18冷却，从而确保每个部件的强度。汽轮机内的冷却结构20包括隔板侧冷却路径21以及转子侧冷却路径22。转子侧冷却路径22在转子轮盘15内形成在嵌接有叶片13的部分15A附近，其中所述转子轮盘15与转子14 一体形成。转子侧冷却路径22沿转子14的轴向以与转子14 的轴线平行的直线的方式延伸穿过转子轮盘15。转子侧冷却路径22实际上由多个沿转子 14的周向以预定间隔布置的转子侧冷却路径形成。另一方面，隔板侧冷却路径21被形成为沿转子14的轴向以与转子14的轴线平行的直线的方式延伸经过内部隔板18。隔板侧冷却路径21实际上由多个沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。迷宫式区段23形成一迷宫式流路径M，其中所述迷宫式区段23在内隔板18与转子14之间设置。迷宫式区段23包括迷宫齿25，其由内隔板18伸出；以及迷宫件沈，其从转子14伸出，以使得迷宫齿25和迷宫件沈沿转子14的轴向交替地布置。迷宫式区段23 基本上密封内隔板18与转子14之间的间隙，以防止流经蒸汽路径19的主流蒸汽11通过间隙泄漏。迷宫式流路径M由内隔板18的内周表面和转子14的外周表面形成并由迷宫齿25和迷宫件沈分隔。冷却媒介27流经转子侧冷却路径22、隔板侧冷却路径21和迷宫式流路径24，其中所述冷却媒介例如为温度比主流蒸汽11低的冷却蒸汽。也就是说，引入到上游转子轮盘 15中的转子侧冷却路径22中的并经过转子侧冷却路径22的冷却媒介27分流到下游内隔板18中的隔板侧冷却路径21和迷宫式冷却路径M中。冷却媒介27的分流后的流然后合流，合流后的冷却媒介27流经同一下游转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中，如箭头A 所示。隔板侧冷却路径21的设置防止或基本上防止已经流经上游转子轮盘15中的转子侧冷却路径22的冷却媒介27流入到蒸汽路径19中，但是允许冷却媒介27朝向下游级流动。在已经从已经从上游转子轮盘15的转子侧冷却路径22流出的冷却媒介27流经迷宫式流路径M时并且在已经流经迷宫式流路径M的冷却媒介27流入到下游转子轮盘15的转子侧冷却路径22中时，上游和下游转子轮盘15以及内隔板18(尤其转子轮盘1 被冷却。如上所述，基于隔板侧冷却路径21中的压力损失以及迷宫式流路径M中的压力损失、也就是说通过控制隔板侧冷却路径21中的压力损失以及迷宫式流路径M中的压力损失而确定冷却媒介27从转子侧冷却路径22流出的和分流到隔板侧冷却路径21和迷宫式流路径M中的比例。隔板侧冷却路径21中的压力损失取决于在内隔板18内形成的隔板侧冷却路径21的数量、每个隔板侧冷却路径21的横截面和其它因素。迷宫式流路径24 中的压力损失取决于迷宫齿25的数量、从迷宫齿25至转子14的外周表面的尺寸“t”和其它因素。因此，本发明提供了以下的有利效果⑴和O)。(1)已经流经上游侧转子轮盘15内的转子侧冷却路径22的冷却媒介27分流到下游侧内隔板18中的隔板侧冷却路径21中以及内隔板18与转子14之间设置的迷宫式流路径M中，因此，冷却媒介27不被允许流到主流蒸汽11所流经的蒸汽路径19中，或者流入到蒸汽路径19中的冷却媒介27的流速能够被减小，并且冷却媒介27实际上能够通过隔板侧冷却路径21被引导到下游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中。因此，冷却媒介 27能够在使得与转子14 一体形成的转子轮盘15、内隔板18和从上游侧至下游侧的宽范围的汽轮机级的范围内的其它部件冷却，并且因此气轮机的每个部件(尤其转子14和转子轮盘15)的强度能够被确保，并且因此，甚至在汽轮机内所使用的主流蒸汽11具有范围从大致650°C至750°C的高温时，每个汽轮机部件的完整性能够被维持。(2)因为冷却媒介27流经在与转子14 一体形成的转子轮盘15内形成的转子侧冷却路径22以及在支承翼片12的内隔板18中形成的搁板侧冷却路径21，所以与在转子14 内形成的情况相比，各冷却路径能够更加容易地被制造，并且转子14的强度将不会降低。B第二实施例(图2和3)图2是局部剖视图，示出了根据本发明的第二实施例的汽轮机的一部分。图3示出了如图2所示的每个内隔板中的隔板侧冷却路径的改型，其中，图3(A)至3(F)是示出第一改型至第六改型的剖视图。在第二实施例中，相同的附图标记添加给与如上所述第一实施例中的对应或类似的部分或构件，并且这些部分的说明将被简化或省略。根据第二实施例的汽轮机冷却结构30与第一实施例的区别之处在于在每个内隔板18内形成的隔板侧冷却路径31的形状。隔板侧冷却路径31的形状由尤其需要冷却的部分、迷宫式流路径M中的压力损失和其它因素确定。也就是说，隔板侧冷却路径31以这样的方式在内隔板18内形成，所述隔板侧冷却路径31从转子14所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向翼片12倾斜并且大致沿转子14 的轴向以直线的方式延伸穿过内隔板18。实际上，隔板侧冷却路径31由多个沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。已经从上游侧转子轮盘15的转子侧冷却路径22流出的冷却媒介22在与比第一实施例更靠近转子14的位置分流到下游侧内隔板 18中的隔板侧冷却路径31中和内隔板18与转子14之间的迷宫式流路径M中。冷却媒介 27的分流后的流流经隔板侧冷却路径31和迷宫式流路径M并然后合流，并且合流后的冷却媒介27流经同一下游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22，如箭头B所示。根据如上所述的结构或构造，因为已经从上游转子轮盘15中的转子侧冷却路径 22流出的冷却媒介27在靠近转子14的位置分流，所以上游侧转子轮盘15的下游侧区域 α将特别地被冷却。根据如图3(A)所示的第一改型的隔板侧冷却路径32在每个内隔板18中形成，从而所述隔板侧冷却路径从翼片12所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向转子14倾斜(见图2)并且大致沿转子14的轴向以直线的方式延伸穿过内隔板18。隔板侧冷却路径32实际上由多个沿转子14的周向以预定间隔布置的隔板侧冷却路径形成。已经从上游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22流出的冷却媒介27分流到下游侧内隔板18中的隔板侧冷却路径32中和内隔板18与转子14之间的迷宫式流路径M中。冷却媒介27的分流后的流从隔板侧冷却路径32和迷宫式流路径M流出，并且在靠近转子14的位置合流，并且合流后的冷却媒介27流入到同一下游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中。在这种情况中，因为已经从下游内隔板18中的隔板侧冷却路径32流出的冷却媒介27和已经从迷宫式流路径M流出的冷却媒介27在靠近转子14的位置合流，并且因为合流后的冷却媒介27流入到同一下游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中，所以下游级转子轮盘15的上游侧区域β (图幻能够特别地被冷却。另一方面，根据如图3(B)所示的第二改型的隔板侧冷却路径22在每个内隔板18 中形成，从而所述隔板侧冷却路径从转子14(见图2、所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向翼片12倾斜、直线地延伸至内隔板18的中央处的某点并且进一步沿转子14的轴向与转子14的轴线平行地延伸穿过内隔板18。隔板侧冷却路径33实际上由多个沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。冷却媒介27大致以与如图2所示的隔板侧冷却路径31的情况相同的方式流动，并且上游侧转子轮盘15的下游侧区域α (图2)能够特别地被冷却。此外，通过将流经隔板侧冷却路径33的冷却媒介27引导至比图2更靠近转子14的位置，下游转子轮盘15的期望的区域将合适地被冷却并且冷却媒介27将被防止流入到蒸汽路径19中。根据如图3(C)所示的第三实施例的隔板侧冷却路径34在每个内隔板18中形成， 从而所述隔板侧冷却路径自翼片12所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向转子14(见图 2)倾斜、直线地延伸至内隔板18的中央处的某点并且进一步沿转子14的轴向与转子14的轴线平行地延伸穿过内隔板18。隔板侧冷却路径34实际上由多个沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。冷却媒介27大致以与如图3(A)所示的隔板侧冷却路径32的情况相同的方式流动，但是已经从隔板侧冷却路径34流出的冷却媒介27与已经从迷宫式流路径M流出的冷却媒介27合流的位置能够设在与上游侧区域β相比更靠近叶片13的期望的位置。分别如图3(D) ,3(E)和3 (F)所示的第四、第五和第六改型所体现的隔板侧冷却路径35、36和37在每个内隔板18中形成，并且具有与隔板侧冷却路径21 (图1)、隔板侧冷却路径31(图2、和隔板侧冷却路径32(图3(A))相同的形状，但是每个所述隔板侧冷却路径35、36和37实际上由多个与转子14的径向平行布置的隔板侧冷却路径形成，但是每个所述隔板侧冷却路径的横截面更小。多个隔板侧冷却路径35、36和37中的每个也由多个沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。在第四、第五和第六改型中，多个隔板侧冷却路径35、36和37中的每个具有更小的横截面，导致了其中产生更大的压力损失。因此，第四、第五和第六改型在这样的情况中采用，即每个内隔板18与转子14之间的迷宫式流路径M产生大压力损失并且能够使得从上游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22(见图2、流出的冷却媒介27以令人满意的方式分流到隔板侧冷却路径35、36和37中以及迷宫式流路径M中。当然，第四、第五和第六改型分别以与第一实施例(图1)、第二实施例(图2~)和第三改型(图3(A))类似的方式起作用。
根据第二实施例的汽轮机冷却结构30包括如上所述第一至第六改型，所述汽轮机冷却结构还实现了或提供了与在之前所述的第一实施例中提出的有利效果(1)和(2)相同的有利效果。C第三实施例(图4)图4是局部剖视图，示出了根据本发明的第三实施例的汽轮机的一部分。在第三实施例中，相同的附图标记添加给与如上所述第一实施例中的对应或类似的部分或构件， 并且这些部分的说明将被简化或省略。根据该实施例的汽轮机冷却结构40与如上所述的第一实施例的不同之处在于在该第四实施例的每个内隔板18中安置能够移动的翅片41，其中所述能够移动的翅片通过冷却媒介27沿转子14的轴向移动。也就是说，在内隔板18中形成分叉的隔板侧冷却路径42。该分叉的隔板侧冷却路径42是根据第一实施例(图1)的隔板侧冷却路径21与根据第二实施例的第一改型(图 3(A))的隔板侧冷却路径32的组合。能够移动的翅片41在隔板侧冷却路径42的下游侧上布置于其与隔板侧冷却路径21对应的部分，能够移动的翅片41由弹簧43或任何其它合适的推压构件推压。能够移动的翅片41设置成，在能够移动的翅片41由于弹簧43所产生的推压力而在内隔板18中大致退回时，所述能够移动的翅片并不与在相邻的转子轮盘15上设置的固定的翅片44重合。根据这种结构，在翼片12、外隔板17和内隔板18被组装至壳体16时， 防止能够移动的翅片41与固定的翅片44干涉。在冷却媒介27被引入到上游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22 (见图1)中时，已经从转子侧冷却路径22流出的冷却媒介27分流到下游侧内隔板18中的隔板侧冷却路径42中以及迷宫式流路径M中。冷却媒介27的分流后的流从隔板侧冷却路径42的与隔板侧冷却路径32对应的部分以及迷宫式流路径M流出并且然后合流，并且合流后的冷却媒介27流入到同一下游侧转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中。在该过程中，上游侧和下游侧转子轮盘15 (尤其下游侧转子轮盘1 被冷却。此时，已经流入到隔板侧冷却路径42的与隔板侧冷却路径21对应的部分中的冷却媒介27沿转子14的轴向推压能够移动的翅片41抵抗着由弹簧43所产生的推压力。然后，能够移动的翅片41朝向相邻的转子轮盘15伸出并如图4所示与在其上的固定的翅片 44重合，因而缩窄能够移动的翅片41与固定的翅片44之间的间隙。由此构造的该实施例不仅提供了与由如上所述第一实施例所获得的有利效果(1) 和( 相同的有利效果，还提供了以下有利效果(3)。(3)因为每个内隔板18在其中安置有能够移动的翅片41，其中所述能够移动的翅片能够由冷却媒介27沿转子14的轴向移动以缩窄能够移动的翅片41与相邻的转子轮盘 15上的固定的翅片44之间的间隙，所以冷却媒介27将不会流入到蒸汽路径19中，并且蒸汽路径19中的主流蒸汽11将不会流入到转子轮盘15与内隔板18之间的空间(其中，冷却媒介27流到所述空间中)中。D第四实施例(图5和6)图5是局部剖视图，示出了根据本发明的第四实施例的汽轮机的一部分。在该第四实施例中，相同的附图标记添加给与如上所述第一实施例中的对应或类似的部分或构件，并且这些部分的说明将被简化或省略。根据该实施例的汽轮机冷却结构50与根据第一至第三实施例的不同之处在于， 在多个沿转子14的轴向安置的汽轮机级中，其中转子14、转子轮盘15、内隔板18和其它汽轮机部件需要冷却的需要冷却的汽轮机级范围(例如，该需要冷却的范围包括第一至第六汽轮机级)具有在内隔板18上形成的隔板侧冷却路径51A、51B、51C、51D等，并且在需要冷却的范围内，隔板侧冷却路径51A至51D等的形状在上游侧与下游侧汽轮机级之间是不同的。隔板侧冷却路径51A至51D等沿转子14的轴向被形成穿过内隔板18，并且诸如冷却蒸汽的冷却媒介27流经隔板侧冷却路径51A至51D等，像根据如前所述的第一至第三实施例的隔板侧冷却路径21等的情况那样。隔板侧冷却路径51A至51D等中的每个实际上由多个沿转子14的周向以预定的间隔穿过内隔板18形成的隔板侧冷却路径形成。每个上游侧汽轮机级(例如第一和第二汽轮机级)中的内隔板18中的隔板侧冷却路径51A被形成为其与转子14的轴线平行地直线延伸，像根据第一实施例的隔板侧冷却路径21的情况那样。下游侧汽轮机级(例如第三至第六级)中的内隔板18中的隔板侧冷却路径51B至51D等被形成为自翼片12所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向转子14 倾斜并直线地延伸。因此，隔板侧冷却路径51B至51D等的出口 53与其入口 52相比沿内隔板18的径向更靠近转子14。也就是说，在该实施例中，上游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51A的入口 52和出口 53在相同的径向位置中形成，而下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51B至51D等的出口 53在相对于隔板侧冷却路径51B至51D等的入口 52径向内侧的位置中形成。在需要冷却的汽轮机级范围中，已经从相邻的汽轮机级中的转子轮盘15中的转子侧冷却路径22流出的冷却媒介27分流到该汽轮机级中的隔板侧冷却路径51A至51D等中的一个中以及迷宫式流路径M中。已经从隔板侧冷却路径51A至51D等中的一个流出的冷却媒介27以及已经从迷宫式流路径M流出的冷却媒介27合流，并且合流后的冷却媒介27流入到同一汽轮机级中的转子轮盘15中的转子侧冷却路径22中。根据如上所述的构造或结构，冷却媒介27被防止或大致被防止流入到蒸汽路径19中，并且转子14、转子轮盘15和内隔板18能够因此被冷却。如图6所示，因为冷却媒介27 (例如，冷却蒸汽)在其向下游流经各汽轮机级时吸收更多的热量，所以冷却媒介27的温度(冷却媒介温度Tc)逐渐变高，而因为主流蒸汽11 在其向下游流经各汽轮机级时消散更多的热量，所以主流蒸汽11的温度(主流蒸汽温度 Tg)逐渐变小。另一方面，转子轮盘15的温度、尤其转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A 的目标温度Tm在更下游侧的汽轮机级中设置为更低的值。为此的原因在于，叶片13的高度在更下游侧的汽轮机级中变得更大，并且在叶片上作用的离心力增加或者在转子轮盘15 的嵌接有叶片的部分15A上作用的力相应地增加，并且在这种情况中，仅仅通过降低目标温度Tm才能够确保其必要的强度。此外，转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的温度几乎等于主流蒸汽11的温度， 除非该部分15A由冷却媒介27冷却。为了将转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的温度至少降低至该目标温度Tm，必须满足以下表达式(1)XlX (Tg-Tm) ^ X2X (Tm-Tc)(1)
在表达式(1)中，每个系数Xl和X2是以下参数的函数即同一汽轮机级中的隔板侧冷却路径51A至51D等和转子侧冷却路径22中的一个所形成的冷却路径长度、冷却媒介 27的流速以及其它因素。也就是说，表达式(1)表明了通过冷却媒介27 (例如冷却蒸汽) 自转子轮盘15所消散的热量必须等于或大于从主流蒸汽11传递至转子轮盘15的热量。在需要冷却的汽轮机级范围内，因为冷却媒介27的温度Tc显著低于在上游侧汽轮机级(例如，图6中的汽轮机级A和与其靠近的汽轮机级)中的转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的目标温度Tm，所以温差(Tm-Tc)变大，并且因此，汽轮机冷却结构50利用冷却媒介27的冷却能力具有额外的能力。因此，表达式(1)的右侧值大于表达式(1)的左侧值，并且表达式(1)得到满足。 在这种情况中，在需要冷却的汽轮机级范围内的上游侧汽轮机级中，转子14、转子轮盘15 和内隔板18、尤其转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A被适当地冷却，即使隔板侧冷却路径51A被形成为如图5所示与转子14的轴线平行地以直线的方式延伸。相反地，在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级(例如如图6所示的汽轮机级C和与其靠近的汽轮机级)中，因为转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的目标温度Tm与冷却媒介27的温度Tc之间的温差(Tm-Tc)降低，所以系数X2必须更大，以便获得表达式⑴的右侧的更大的值。为此目的，例如，可以想到的是增加隔板侧冷却路径51B至 51D等和转子侧冷却路径22中的一个所形成的冷却路径长度。为了实现上述目的，在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中，隔板侧冷却路径51B至51D等被形成为相对于转子14的轴线倾斜并且出口 53被形成为与入口 52 相比更靠近转子14定位，如图5所示。根据如上所述的构造，可以增加从隔板侧冷却路径 51B至51D等中的任何一个的出口 53至同一汽轮机级中的转子轮盘15中的转子侧冷却路径22的入口的长度。因此，隔板侧冷却路径51B至51D等与转子侧冷却路径22中的任何一个所形成的冷却路径长度被增加，并且冷却媒介27从隔板侧冷却路径51B至51D等中的任何一个流出并且冲击到同一汽轮机级中的转子轮盘15的侧表面上，并且转子轮盘15 (包括嵌接有叶片的部分15A)因而通过该侧表面被冷却。汽轮机冷却结构50的冷却能力因而增加。在此所使用的需要冷却的汽轮机级范围中的下游汽轮机级指的是这样一个汽轮机级(例如，如图6所示的汽轮机级B)的下游的汽轮机级，在前者的汽轮机级中，转子轮盘 15的嵌接有叶片的部分15A的目标温度Tm与冷却媒介27的温度Tc之间的温差(Tm-Tc) 至少等于转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的目标温度Tm与主流蒸汽11的温度Tg之间的温差(Tg-Tm)。温差(Tm-Tc)等于温差(Tg-Tm)的汽轮机级也可以被构造为一下游侧汽轮机级， 在后者中，隔板侧冷却路径51B至51D等中的任何一个被形成为相对于转子14的轴线倾斜。这种下游侧汽轮机级例如是如上所述的第三至第六汽轮机级，并且需要冷却的汽轮机级范围内的上游侧汽轮机级是除了如上所述的下游侧汽轮机级以外的汽轮机级，例如第一和第二汽轮机级。此外，在该实施例中，在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51B至51D等被形成为，它们相对于转子14的轴线的斜度在进一步下游侧汽轮机级中设置成更大，并且它们的出口 53在进一步下游侧汽轮机级中定位成径向更靠近转子14(沿径向进一步向内)。这样做的原因是处理冷却媒介27的温度Tc在进一步下游侧汽轮机级中逐渐变高并且冷却媒介27的冷却能力相应地逐渐降低的情况。为了考虑到如上的事实而将转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的温度至少降低至其目标温度Tm，隔板侧冷却路径51B至51D等和转子侧冷却路径22中的至少一个所形成的冷却路径长度在进一步下游侧的汽轮机级中必须逐渐更长。因此，由此所构造的该实施例不仅提供了与如上所述在第一实施例中提出的有利效果⑴和(2)相同的有利效果，还提供了以下的有利效果⑷至(6)。(4)在需要冷却的汽轮机级范围内的需要冷却的下游侧汽轮机级中，因为内隔板 18中所形成的隔板侧冷却路径51B至51D等被形成为所述隔板侧冷却路径的出口 53比其入口 52定位成更靠近转子14，所以隔板侧冷却路径51B至51D等和在同一汽轮机级中的转子轮盘15中所设置的转子侧冷却路径22中的每个所形成的冷却路径长度能够增加。此外，已经从隔板侧冷却路径51B至51D等中的每个的出口 53流出的冷却媒介27 冲击到同一汽轮机级中的转子轮盘15的侧表面上，并且因此，包括嵌接有叶片的部分15A 的转子轮盘15能够通过侧表面被冷却。需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的汽轮机部件、尤其包括嵌接有叶片的部分15A的转子轮盘15能够适合地被冷却，即使流经下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51B至51D等的冷却媒介27的温度增加。(5)在需要冷却的汽轮机级范围内的上游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51A与转子14的轴线平行地被形成并且直线穿过内隔板18。在上游侧汽轮机级中，因为冷却媒介 27的温度Tc足够低，所以冷却媒介27能够合适地冷却转子14、内隔板18和包括嵌接有叶片的部分15A的转子轮盘15。此外，隔板侧冷却路径51A在与转子14的轴线平行的状态中能够容易地被加工穿过内隔板18，导致了加工成本的降低。(6)在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径51B至 51D等被形成为它们的出口 53在进一步下游侧的汽轮机级中逐渐更靠近转子14地定位。 因而，冷却媒介27的温度Tc在进一步下游侧的汽轮机中变得更高，并且冷却媒介的冷却能力降低，并且相应地，在如上所述的结构中，隔板侧冷却路径51B至51D等和转子侧冷却路径22中的任何一个所形成的冷却路径的长度能够在进一步下游侧汽轮机中被制造得逐渐更长。因此，转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的温度能够至少高效地冷却至该嵌接有叶片的部分15A的目标温度Tm。E第五实施例(图7)图7是局部剖视图，示出了根据本发明的第五实施例的汽轮机的的一部分。在第五实施例中，相同的附图标记添加给与如上所述第一实施例(图1)和第四实施例(图5) 中的对应或类似的部分或构件，并且这些部分的说明将被简化或省略。根据该实施例的汽轮机冷却结构60与根据第四实施例的汽轮机冷却结构50的区别之处在于在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的内隔板18中所形成的隔板侧冷却路径61B至61D等的倾斜角度和出口 53的位置。也就是说，需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的内隔板18中所形成的隔板侧冷却路径61B至61D等设置成具有相对于转子14的轴线相同的倾斜角度(这在最下游侧汽轮机级中是必要的)以及出口 53的一致的径向位置(这在最下游侧汽轮机级中是必要的)。隔板侧冷却路径61B至61D等中的每个实际上由多个沿转子14的轴线以预定的间隔布置的并大致沿转子14的轴向穿过内隔板18的隔板侧冷却路径形成。最下游侧汽轮机级中所必须的倾斜角度与最下游侧汽轮机级中所必须的出口位置设置成提供具有必要长度的冷却路径，以考虑到流经需要冷却的汽轮机级范围内的最下游侧汽轮机级的冷却媒介27的温度Tc而将最下游侧汽轮机级中的转子轮盘15的嵌接有叶片的部分15A的温度至少降低至其目标温度Tm。因此，由此构造的该实施例不仅提供了与如上所述在第一实施例中提出的有利效果(1)和( 相同的有利效果以及与如上所述第四实施例中提供的有利效果(4)和(5)相同的有利效果，还提供了以下的有利效果(7)。(7)需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径61B至 61D等的出口 53的位置设置为最下游侧汽轮机级中所必要的同一出口位置。隔板侧冷却路径61B至61D等因此能够容易地被加工，并且因此，与隔板侧冷却路径61B至61D等的出口 53的位置在进一步下游侧汽轮机级中被定位更靠近转子14的情况相比，加工成本能够降低。F第六实施例(图8)图8是局部剖视图，示出了根据本发明的第六实施例的汽轮机的一部分。在该第六实施例中，相同的附图标记添加给与如上所述第一实施例(图1)和第四实施例(图5) 中的对应或类似的部分或构件，并且这些部分的说明将被简化或省略。根据该实施例的汽轮机冷却结构70与根据第四实施例的汽轮机冷却结构50的不同之处在于在需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的内隔板18中所形成的隔板侧冷却路径71的形状。也就是说，下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径71被形成穿过内隔板18，从而从翼片12所位于的侧部相对于转子14的轴线朝向转子14倾斜、直线地延伸至内隔板18的中央处的某点并且进一步沿转子14的轴向与转子14的轴线平行地延伸。隔板侧冷却路径71实际上由多个穿过内隔板18的沿转子14的周向以预定的间隔布置的隔板侧冷却路径形成。隔板侧冷却路径71的入口 52在隔板侧冷却路径71的倾斜部分的端部处设置，并且隔板侧冷却路径71的出口 53在隔板侧冷却路径71的平行部分的端部处设置。也就说，在该实施例中，隔板侧冷却路径71其特征在于其至少一部分具有与转子14的轴线平行的部分。隔板侧冷却路径71的出口 53可选地像第四实施例那样在进一步下游侧汽轮机级中更靠近转子14地被定位，或者可选地具有与第五实施例相同的最下游侧汽轮机级中必须的位置。图8示出了后者情况的实例(同一位置设定)。因此，由此所构造的该实施例除了与如上所述第一实施例中提供的有利效果(1) 和( 相同的有利效果、与如上所述第四实施例中提供的有利效果(4)至(6)相同的有利效果和与如上所述第五实施例中提供的有利效果(7)相同的有利效果以外还提供了以下的有利效果(8)。(8)需要冷却的汽轮机级范围内的下游侧汽轮机级中的内隔板18中所形成的隔板侧冷却路径71被形成为相对于转子14的轴线倾斜、延伸至内隔板18的中央处的某点并且进一步与转子14的轴线平行地延伸。入口 52设置在倾斜部分的端部处，并且出口 53设置在平行部分的端部处。根据如上所述的结构，因为流经隔板侧冷却路径71的平行部分的并从所述隔板侧冷却路径的出口 53流出的冷却媒介27以直角冲击到同一汽轮机级中的转子轮盘15的侧表面上，所以冷却媒介27能够高效地冷却(包括嵌接有叶片的部分15A的) 转子轮盘15。 应该注意的是，本发明并不限于如上所述的实施例，并且在不脱离权利要求书的范围的前提下可以实现多种其它的改变和改型。
权利要求
1.一种汽轮机，其包括转子；与所述转子一体形成的转子轮盘；多个以沿所述转子的周向布置的方式在所述转子轮盘内嵌接的叶片；包覆所述转子的壳体；多个沿所述转子的周向连接至所述壳体的翼片，所述翼片的位置与所述叶片相邻并且沿所述转子的轴向位于上游侧上；以及沿所述转子的轴向在所述翼片的转子侧表面上安置的内隔板，以使得所述内隔板朝向所述转子轮盘，其中，沿所述转子的轴向彼此相邻的翼片和叶片形成汽轮机级，在所述汽轮机级中的至少一个汽轮机级中，转子侧冷却路径沿所述转子的轴向穿过所述转子轮盘形成，并且隔板侧冷却路径沿所述转子的轴向穿过所述内隔板形成，并且流经所述转子侧冷却路径的冷却媒介分流到所述隔板侧冷却路径中以及在所述内隔板与所述转子之间设置的迷宫式流路径中。
2.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，分流到所述隔板侧冷却路径和所述迷宫式流路径中的冷却媒介的比例基于所述隔板侧冷却路径中的压力损失与所述迷宫式流路径中的压力损失被确定。
3.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述隔板侧冷却路径的形状根据需要冷却的部分、所述迷宫式流路径中的压力损失和其它因素被确定。
4.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，所述汽轮机还包括在所述内隔板中安置的能够移动的翅片，所述能够移动的翅片通过所述冷却媒介沿所述转子的轴向被移动， 以缩窄所述内隔板与相邻的转子轮盘之间的间隙。
5.根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于，形成多个汽轮机级，每个所述汽轮机级具有沿转子的轴向穿过所述内隔板的隔板侧冷却路径，并且所述冷却媒介流经所述隔板侧冷却路径，在所述多个汽轮机级中的每个中形成有隔板侧冷却路径，在所述多个汽轮机级中，所述隔板侧冷却路径在上游侧汽轮机级中与转子的轴线平行地被形成，并且隔板侧冷却路径的出口在下游侧汽轮机级中与隔板侧冷却路径的入口相比更靠近所述转子地被定位。
6.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，所述下游侧汽轮机级是在这样的前一汽轮机级的下游设置的汽轮机级，在所述前一汽轮机级中，温差Tm-Tc至少等于温差 Tg-Tm，其中，Tc为冷却媒介的温度，Tg为主流蒸汽的温度，并且Tm为转子轮盘的目标温度。
7.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，所述下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径的出口在更加下游侧汽轮机级中更靠近转子地被定位。
8.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，所述下游侧汽轮机级中的隔板侧冷却路径的出口位于最下游侧汽轮机级中所需的一致径向位置中。
9.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，所述下游侧汽轮机级中的每个中的隔板侧冷却路径被形成为相对于所述转子的轴线倾斜。
10.根据权利要求5所述的汽轮机，其特征在于，所述下游侧汽轮机级中的每个中的隔板侧冷却路径的至少一部分具有与所述转子的轴线平行的部分。
全文摘要
多个叶片沿转子的周向嵌接在与转子一体的转子轮盘中，多个翼片沿转子的周向连接包覆转子的壳体，并且内隔板在翼片的转子侧表面上安置成内隔板朝向转子轮盘。沿转子的轴向彼此相邻的翼片和叶片形成汽轮机级。转子侧冷却路径沿转子的轴向穿过转子轮盘形成，并且隔板侧冷却路径沿转子的轴向闯过内隔板形成，并且流经转子侧冷却路径的冷却媒介分流到所述隔板侧冷却路径和在所述内隔板与所述转子之间设置的迷宫式流路径中。
文档编号F01D25/00GK102282338SQ201080004717
公开日2011年12月14日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月16日
发明者山下胜也, 池田一隆, 犬饲隆夫, 猪亦麻子, 齐藤和宏 申请人:株式会社东芝