专利名称：流体机械,尤其是蒸汽轮机的排气管构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流体机械排气管和设在排气管内的流体机械轴承的构件。
本发明尤其涉及一种用于连接蒸汽轮机的排气管，汽轮机将用作流动介质的蒸汽借助于冷凝器减压至凝结。本发明尤其涉及一种将流出汽轮机的蒸汽基本上直线地导向冷凝器的排气管。包括汽轮机、排气管和冷凝器的装置作如此设计，主要为了制成机械功率约达300MW的汽轮机，如在复合式发电厂中所采用的那样。复合式发电厂指的是这样一种发电厂，即，机械功率既由燃气轮机也由汽轮机产生，在这种情况下燃气轮机的排气用于为汽轮机制备蒸汽。在一种实施形式的范围内，目前市场上特别感兴趣的是使燃气轮机的排气成为制备蒸汽的唯一的热源。
上述类型的排气管按流行的实际工作经验最好设计为焊接结构，也就是说由适当成形的薄钢板在一起焊成。在排气管内部可能需要的汽轮机的轴承的支架，通过焊入的接管与真正的排气管连接。用于轴承工作所需的输入管线和输出管线，尤其是润滑油、压力油、密封蒸汽和空气的输入管道以及油、油烟雾和水蒸气的输出管道，包括可能需要的用于监测和或许控制轴承的电气和电子构件的电缆，必须在分别的管道内从排气管外部穿过排气管通向轴承。为此需要复杂的结构，因为在要冷凝的蒸汽必须流过的排气管内腔与轴承之间要求完全密封，以防止油或空气从轴承泄漏到要冷凝的蒸汽中。因为油或空气会严重破坏在汽轮机中进行的热力学过程。迄今因这一考虑引起的复杂的结构有另一个缺点，这一缺点与支柱、接管和管道的装置是否按支承结构类型或总是沿径向定向地装在排气管内无关。这些内部配件无论如何都在相当大的程度上妨碍蒸汽的流动，并导致汽轮机出口反压增大，此外汽轮机的输出功率决定于此反压。这就意味着对其功率及其效率造成有害的影响。
由CH570549A5、CH685448A5和US-专利2414814可知排气管按焊接和/或螺钉连接或其它方式为由各部分组装在一起的形式。
迄今的排气管设计的其它缺点均源于加工这种排气管所需的高的费用。
因此，基于以上的考虑，本发明要达到的目的是，提供一种用于流体机械排气管和一种设在排气管内的流体机械的轴承的构件，它能以尽可能低的费用制成，根据可能性它只需要便宜的材料，以及，在为供应轴承所必要的输入和输出管道方面它可以尽可能好地利用可供使用的空间，以便尽可能少地影响流动介质的流动。
为了达到所提出的这一目的，规定了一种用于流体机械的排气管和一种设在此排气管内的流体机械的轴承的构件，它整体铸造并有一个接管部分和/或一个用于安装轴承的轴承部分以及有一个至少包括一个支柱的支柱装置，后者支承着轴承部分或接管部分并围绕着一根管道，管道穿过接管部分和轴承部分以及一个支柱。
因此按本发明的构件制成唯一的一体，它含有排气管的一个部分和/或轴承支架的一个部分亦即轴承部分，以及至少含一个支柱，它可朝着接管部分或整个排气管部分支承轴承部分(和以后支承整个轴承)。在支柱内铸入一根管道，它穿过支柱并因而适用于作为流体的输入或排出管道，在轴承工作时这种流体必须输入轴承或从轴承排出。根据要求完全可以有多个管道穿过唯一的一个支柱。
在构件中的支柱装置最好至少有两个支柱，这样做提高了构件的和借助于此构件所构成的排气管的稳定性。
将管道设计在一个支柱内的方案有多种可能性。此管道尤其可以是由唯一的一根管子构成的单一管道，它被铸入支柱中。这种单一的管道最好用于输送有一个温度的流体，这一温度与绕支柱流动的流动介质的温度大体一致，所以不必考虑由于温度差别太大会引起严重的应力。
如果单一管道不够，也可以设一根由铸入支柱中的一根外管和敷设在外管内并相对于此外管隔热的一根内管组成的隔热管道。这样一种隔热的管道特别适用于输送一种流体，这种流体的温度与构件的和绕此构件流动的流动介质的温度有很大的差别。
在这方面的一种重要的应用是，利用一根隔热的管道将密封蒸汽输送到在汽轮机排气管内的轴承前的轴封处。密封蒸汽输入配属的管道中，管道与排气管内的轴封相连。按同样的方式还可以通过一隔热管道穿过支柱导引所谓的汽封蒸汽吸出，并与轴封处的管子连接装置相连。密封蒸汽或汽封蒸汽的温度通常较高，以免产生不期望的凝结。由于这一原因，用于输送密封蒸汽或汽封蒸汽的管道最好是隔热的。为实现这一点最好借助于隔热管道。密封蒸汽或汽封蒸汽通过内管流动，内管与外管之间的空间可抽成真空或采用其它隔热措施。若汽轮机将排气管与冷凝器连接起来，则在正常运行期间排气管内处于一个很低的压力状态；因此只要将内管与外管之间的空隙与排气管的内腔相连，便足以能满足隔热的要求。为保证在隔热管道内的内管与外管之间的空隙，设有多个定距器。定距器可以是单独的构件，例如是在内管插入外管之前套在内管上的星状体；也可以设想，内管制有外肋和/或外管制有内肋，它们保持外管与内管彼此的间距。同样可以采用陶瓷定距器；必要时空隙中也可以充填一种隔热材料。
此外，构件最好有一个接管部分和一个与接管部分连接的用于流体机械外壳的外壳部分。因此可以大大简化流体机械和它的排气管的结构和制造。
此构件必要时除了所说明的接管部分外还可有一个用于流体机械轴承的轴承部分。这样一来把轴承的设计也包容在描述本发明的概念之中，由此带来附加的优点。
对于每种设计的构件的材料最好采用铸铁材料，其中特别适用的是所谓的“球墨铸铁”。球墨铸铁是一种铸铁材料，这种材料的特点是在固态下在一种金属母体内存在大体上为球状的析出石墨。因此这种材料有别于普通的铸铁，后者有片状的石墨析出。球墨铸铁是一种众所周知的材料，它的特点是既有良好的铸造性能又有良好的切削性能。球墨铸铁制造的构件可以低费用地切削加工，以便在必须与另外的部件连接的接触面上达到预定的尺寸精度，在传统的铸造方法的范围内不能保证这一尺寸精度。
管道最好用钢制造，这尤其在结合选择球墨铸铁作为其余构件的材料时很重要。在这里，术语“钢”是按其最一般的意义理解的；因此钢是一种铁的材料，它与铸铁材料相比含碳量低得多，与此相联的是延展性高得多，以及具有熔点高得多的特征。通常钢大约要在一个比铸铁材料大约高200℃的温度下才熔化。这意味着，当钢管被铸入构件中时，亦即当钢管装在规定用于浇注构件的模具中并被液态铸铁材料围铸时，它不会被熔化。由于管子毕竟受到真正的高温作用而有损害其形状稳定的可能性，为此可采取这样的措施来对付，即在管子内充填砂子或其它适用的填料，尤其是以后可以熔化的填料。在这里并不因下列情况带来问题，即，所使用的铸铁材料和所使用的钢是否含有某些添加的合金元素；在这一方面要看铸铁材料和钢的具体用途可按有关的专家的判断来决定。
此外，接管部分最好有一平的侧面，在这一侧面上此接管部分与另一个构件的接管部分组合，用于制成一个排气管，在这种情况下此平的侧面位于一个平面内，这一平面含有此流体机械的旋转轴线。因此，构件具体成为排气管的一个半壳，排气管可相应地用两个在有关的平的侧面处相互重叠的构件构成。
本发明还涉及一个至少有两个构件的构件组，两个构件都满足上述要求，它们的每一个都有一个接管部分，其中这些接管部分构成一个排气管。
因此，按本发明提供了一个构件组，它至少有两个用于流体机械排气管和设在排气管内的流体机械轴承的构件，其中每一个构件各自铸成一体并具有一个接管部分和一个支柱装置以及一根管道，后者穿过接管部分和一个支柱，以及，接管部分构成一个围绕着流体机械旋转轴线的封闭的排气管。
所有的方案都有可通过单个构件获得的优点，以及，所有的有关单个构件有利的设计的说明，在意义上同样适用于按本发明的至少有两个构件的构件组。
构件组最好包括一个下部构件和一个垂直地设在下部构件上方的上部构件，前者有两个相对于一根垂直定向的垂直轴线互相对称设置和相对于垂直线倾斜的支柱，而后者有一个垂直定位的支柱。此外，下部构件可以有第三个垂直延伸的支柱。这样一种有三个或四个支柱的装置，保证沿流体机械旋转轴线的横向或垂直方向特别良好地支承轴承。
第三个支柱协助支承轴承，并特别适用于铸入的管道，它可以是单一管道和可使润滑油通过它从轴承排出或输入。结合流体机械这里通常使用一种滑动轴承，在滑动轴承工作时需要输入大量滑油。油沿着被支承的轴从轴承流出，并必须顺利和不形成阻挡地排出；要不然会有使轴承壳体内压力升高和破坏正常工作的危险。若通过垂直的管道和充分利用重力实施排油，则有助于油顺利地排放。
下部构件有一个下部接管部分和一个下部轴承部分以及上部构件有一个上部接管部分，并设有一个含上部轴承部分的中部构件，这样做有突出的优点，在这种情况下下部轴承部分与上部轴承部分连接，以及，中部构件在一个处于一个支柱内的分界点与上部构件连接。
因为在本发明的此实施形式的范围内，轴承的支架仅通过下部和中部构件构成，所以上部构件可从构件组中拆除，亦即将排气管打开，在这种情况下无须打开轴承支架。因此轴承易于接近，无须为此分解轴承，并能方便地检查和查看工作状况。
按本发明至少有两个构件的构件组特别有利地构成一个蒸汽轮机的排气管，如上面已多次说明的那样。这种排气管的特点在于特别充分地利用了所提供使用的空间，以及它不需要任何单独的配件，用于向在排气管内的轴承供应必要的工作用物料。
附图中表示了本发明的实施例，附图中
图1为包括有关的排气管在内的汽轮机的纵剖面；图2为只包括部分汽轮机外壳的排气管纵剖面；图3为沿图2中III-III线对图2中可见的支柱的截面；图4为图2所示排气管的横截面；图5为沿图4中V-V线对一个倾斜支柱的横截面；图6为一种略有修改的具有三个构件的排气管的横截面；图7和图8为按图6的排气管中部构件视图。
因为图1至图5或图6至图8表示的是实施例不同的剖面或局部视图，所以在图中用一致的附图标记表示。由于这一原因，在以下的说明中总是共同涉及所有有关的图；尤其是通过每个图说明借助于此图能最清楚地看出的那些特征。
图1表示流体机械1亦即汽轮机，它有一个所属的排气管2，在汽轮机1中膨胀减压后的蒸汽通过排气管2供入冷凝器。在排气管2内设有汽轮机1转子4的轴承3，转子4可绕一旋转轴线5旋转并在连续运行期间绕此旋转轴线5旋转。排气管2有一下部构件6和一上部构件7。每一个构件6或7有一接管部分8或9，它与另一个构件6、7的接管8、9构成真正的排气管2。此外，每个构件6或7有一个所属的轴承部分10或11，两个轴承部分10、11构成一个实际上的轴承3的支架。由图1可见某些专业界熟知的轴承3和属于轴承3的密封装置的细节；由于是一目了然的所以在这里没有对它们作详细讨论。每个构件6、7有一垂直支柱12，它将各自的接管部分8或9与各自的轴承部分10或11连接起来。构件6、7设计成整体式的，亦即分别用球墨铸铁铸成。上部的构件7的垂直支柱12有一单一管道13，它由在支柱内铸入的单根管子13构成。上部轴承部分11与支柱12由一体铸成。位于其中的单一管子13用于向轴封15与轴承部分10和11之间的间隔14内输送空气。下部构件6的垂直支柱12有两根单一管道16和17。每根单一管道16、17仍由铸入支柱12中的单根管16、17构成。在每个接管部分8、9上成形有一外壳部分18，它围绕着一部分汽轮机1并构成与汽轮机1其余外壳19的连接装置。
图2表示构件6和7，没有汽轮机的前部和汽轮机的其它部件。可清楚看出接管部分8和9、垂直支柱12以及轴承部分10和11。在本实施例中，接管部分8或9和一个外壳部分18各形成一个单元，在此单元上从接管部分8、9到外壳部分15没有任何急剧的过渡区；这一过渡主要由要装上或装入的汽轮机1的外壳19决定。为了清楚地说明此由图2可见的纵剖面是沿一个垂直平面的剖面，图中画有确定图2中垂直方向的垂直轴线20。
图3表示沿图2中III-III线对下部构件6垂直支柱12的一个截面。可以清楚看出铸入支柱12中的管子16和17，它们有不同的横截面积，并具体用于油的排出和输入。
图4沿垂直轴线20通过按图2所示排气管的横截面。可再一次清楚看出具有其接管部分8或9、其轴承部分10或11和其垂直支柱12的下部构件6和上部构件7。在相对于垂直轴线20倾斜的支柱12中各通有一根一直延伸到下部轴承部分10内的单一管道22以及一根隔热的管道23、24，后者通入一根通向轴封15的管道25中。此隔热管道23、24用于导引密封蒸汽和/或汽封蒸汽。下部构件6有两个相对于垂直轴线20对称地排列的倾斜支柱21。构件6和7的接管部分8、9在平的侧面26处互相拼接，平的侧面(由图1可以更清楚看出)确定了一个汽轮机1旋转轴线5所在的平面(图1表示了这一点)。因此接管部分8和9是排气管2的半壳。构件6和7最好借助于螺钉互相连接，以便为了检查汽轮机1等能彼此拆开。
隔热管道23、24设计成有一根铸入倾斜支柱21中的外管23和隔热地布设在外管23内的一根内管24。为了视图清晰起见在图中没有表示用于保持内管24与外管23间距的装置；由图5可见其详情。所有的管子13、16、17、22、23、24均由钢制。它们被铸入，为此在构件6或7浇注前将它们装入相关的铸模中，并在浇注时被熔融的铸铁材料包围。因为钢的熔点通常远高于铸铁材料的熔点，所以在这一工序中管子13、16、17、22、23、24不会熔化。为防止它们弯曲或发生其它变形，在浇注前它们被充填一种恰当的填料，尤其是砂子。所有已知的造型和铸造方法都可供铸造构件6、7使用。最便宜的并因而最好的是采用砂型铸造方法，也就是说铸模用砂子造型，铸铁材料浇铸在如此形成的铸模中。
图5表示一个由图4可见的倾斜支柱21的横截面。剖切面在图4中用V-V线表示。每一个倾斜支柱21有一根铸入的单一管道22和一根铸入的隔热管道23、24。由图5可见将内管24与外管23隔开距离的定距器27。
所有的隔热管道23、24均是明显倾斜的，用于向轴封15供入热的流体或从轴封15排出热的流体。这些热的流体例如是用于密封的目的供往轴承的蒸汽和汽封蒸汽，后者是从轴承漏出并可能夹杂有空气和/或油烟雾的蒸汽以及必须将它排出。在工作中排气管2及其构件6和7的温度达到50℃，尤其在40℃与60℃之间。流往轴承3或从轴承3流出的热蒸汽则相反，它具有约200℃的温度，尤其在150℃和250℃之间。通过将这种蒸汽引入隔热管道23、24的内管24中，使相应的支柱21的温度保持在排气管2其它部分的温度附近，尤其至多加热约10℃。由此可靠地防止产生机械应力。
空气最好通过在上部垂直支柱12中的管道13流入轴封15与轴承3之间的间隔14内。通过设置适当数量的管道13、22、23、24，在排气管2内部不再需要另外的管子。于是，将轴承3与在实际的汽轮机1外部的设备连接起来的全部管子13、22、23、24被完全铸入并因而被构件6和7的材料包围。没有任何露天的连接部位如法兰或接头。因而完全排除了从管子13、22、23、24漏泄油或油烟雾的可能性。万一从隔热管道23、24与轴封15的管道25的连接点处漏泄也不存在什么问题，因为只能漏出蒸汽或汽封蒸汽。通过支柱12和21的修圆设计，还可以减小流动阻力，这一流动阻力是排气管2迎着流过的流动介质造成的；因此对汽轮机1工作的有害影响绝不会形成。
图6类似于图4表示通过排气管的横截面，与图4所示的排气管相比，此排气管的特征在于，它不是由两个构件而是由三个构件6、7和29组成。除了与图4相比没有改变的下部构件5和仅带有上部接管部分9和部分相应的垂直支柱12的上部构件7外，出现了一个中部构件29，它含有上部轴承部分11和在上部轴承部分11与上部接管部分9之间的大部分垂直支柱12。原则上仍始终可以说上部构件7包括一个支柱12；但无论如何它有此支柱12的一个接头。支柱12与上部构件7和中部构件29的具体配置，要根据当时的情况所提出的要求确定。但不管怎样做，图6所示的设计总是有优点的，即，在拆卸时不必将上部轴承部分11一起拆除；汽轮机1的轴承3可保持不变，在上部构件7除去后便能方便地检验和查看轴承3。轴承3的支架也可以很方便地组装，无须与上部轴承部分11同时操作上部接管部分9。
图7和图8表示通过中间部分29的互成直角的纵剖面。由图可见上部轴承部分11、存在的部分垂直支柱12和铸入的单一管道13以及固定装置30和31(见图7)，后者用来操作此中间部分29或可利用来固定中间部分。
本发明涉及一种用于流体机械尤其汽轮机排气管的构件，它包含可能必要的管道将它们作为整体的组成部分并可铸成一体。与传统的焊接技术相比这种构件的制造费用低得多；通过适当布置所要设置的管道还可以明显地节省位置。这对于流体机械的运行来说很重要，因为空出的位置可供流经流体机械的流动介质使用，所以在流动介质流过时降低了排气管当地的压力损失。由此直接获得热力学方面的优点。本发明还涉及由多个这样的构件组成的构件组，其中排气管完全由这些构件构成。对于这样一种排气管以特别的方式展示了上面所提及的种种优点。
权利要求
1.一种用于流体机械(1)排气管(2)和设在排气管(2)内的流体机械(1)轴承(3)的构件(6、7、29)，该构件整体铸造并有一个接管部分(8、9)和/或一个用于安装轴承(3)的轴承部分(10、11)以及有一个至少包括一个支柱(12、21)的支柱装置(12、21)，支柱装置支承着轴承部分(10、11)和接管部分(8、9)并围绕着管道(13、16、17、22、23、24)，后者穿过接管部分(8、9)和轴承部分(10、11)以及支柱(12、21)。
2.按照权利要求1所述的构件(6、7、29)，其中，支柱装置(12、21)至少有两个支柱(12、21)。
3.按照权利要求1或2所述的构件(6、7、29)，其中，支柱装置(12、21)有一个支柱(12、21)，在这个支柱中铸入一根由唯一的一根管子(13、16、17)构成的单一管道(13、16、17)。
4.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，其中，支柱装置(12、21)有一个支柱(12、21)，它含有一根由铸入支柱(12、21)中的外管(23)和敷设在外管(23)内并相对于此外管(23)隔热的内管(24)组成的隔热管道(23、24)。
5.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，此构件有一个接管部分(8、9)和一个与接管部分连接的外壳部分(18)，后者与流体机械(1)的外壳(19)连接。
6.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，它有一个轴承部分(10、11)。
7.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，它由铸铁材料最好是球墨铸铁制成。
8.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，其中，管道(13、16、17、22、23、24)用钢制成。
9.按照上述任一项权利要求所述的构件(6、7、29)，它有一个接管部分(8、9)，接管部分有一平的侧面(26)，在此侧面上它可与另一个构件(6、7)的接管部分(8)组合，其中，此平的侧面(26)确定了一个平面，这一平面内含有此流体机械(1)的旋转轴线(5)。
10.一种具有至少两个按照权利要求所述1的构件(6、7、29)的构件组，两个构件互组连接以及它们各有一个接管部分(8、9)，在这种情况下接管部分(8、9)构成了一个围绕着流体机械(1)的旋转轴线(5)的封闭的排气管(2)。
11.按照权利要求10所述的构件组，其中，构件(6、7、29)包括一个下部构件(6)和一个垂直地设在下部构件(6)上方的上部构件(7)，前者有两个相对于一根垂直定向的垂直轴线(20)互相对称设置和相对于垂直线倾斜的支柱(21)，而后者有一个垂直定位的支柱(12)。
12.按照权利要求11所述的构件组，其中，下部构件(6)附加地还有一个垂直定位的支柱(12)。
13.按照权利要求11或12所述的构件组，其中，下部构件(6)有一个下部接管部分(8)和一个下部轴承部分(10)，以及上部构件(7)有一个上部接管部分(9)；此构件组包括一个中部构件(29)，它有一个上部轴承部分(11)，在这种情况下下部轴承部分(10)与上部轴承部分(11)连接，以及，中部构件(29)在一个处于支柱(12、21)内的分界点(28)与上部构件(7)连接。
14.按照权利要求10至13中任一项所述的构件组，它构成一个蒸汽轮机(1)的排气管(2)。
全文摘要
一种用于流体机械(1),尤其是汽轮机(1)的排气管(2)的和一个设在排气管(2)内的流体机械(1)轴承(3)的构件(6、7、29)。此构件(6、7)整体铸造并有一个接管部分(8、9)和/或一个用于安装轴承(3)的轴承部分(10、11)以及有一个至少包括一个支柱(12、21)的支柱装置(12、21)。此外,还有一根管道(13、16、17、22、23、24),它穿过接管部分(8、9)、支柱(12、21)和轴承部分(10、11)并铸入构件(6、7、29)中。本发明还涉及一种构件组,它至少有两个这样的构件(6、7、29),即,它们构成流体机械(1)的一个排气管(2)和一个轴承(3)的支架。
文档编号F01D25/30GK1191006SQ96195565
公开日1998年8月19日 申请日期1996年7月8日 优先权日1995年7月19日
发明者海因里希·奥因豪森 申请人:西门子公司