专利名称：轴流式涡轮机以及用于从轴流式涡轮机中排出流的方法
技术领域：
本发明涉及一种轴流式涡轮机以及一种用于从轴流式涡轮机中排出流的方法，其 中，该涡轮机是蒸汽轮机。特别地，本发明涉及用于末级导叶的设计和/或用于抽取缝口(extractionslit) 的上游和/或下游的级的设计，这有利地影响功抽取和排气扩压器(exhaustdiffuser)中 的流。
背景技术：
蒸汽轮机已知具有包括多个由定子/转子叶片组成的膨胀级的缸体。每个级的定子叶片是全部相同的，布置成带有相同的几何构造(即它们具有相同 的安装角(stagger angle)等)并且限定相同的导叶；同样地，每个级的转子叶片也是全部 相同的，布置成带有相同的几何构造(即它们具有相同的安装角等)并且限定相同的通道。蒸汽轮机在膨胀级的下游具有排气扩压器，该排气扩压器收集来自膨胀级的蒸汽 并且通常(对于功率产生设备)将该蒸汽排出到冷凝器中。排气扩压器由轴向对称部分组成，其聚集来自末膨胀级的蒸汽并且将该蒸汽供给 到非轴向对称的收集器，该收集器具有近似圆形上壳体部分和带有连接到冷凝器颈部的矩 形开口的下排出壳体部分。在运行期间，蒸汽经过膨胀级并且把机械功率传递给转子叶片(并且因此传递给 连接到转子叶片上的涡轮机轴)。随后，流出末膨胀级的蒸汽进入排气扩压器，在其中蒸汽被收集并且被排出到冷 凝器中。然而，因为涡轮机的膨胀级是轴向对称的，而排气扩压器的收集器既不轴向对称 也不在与膨胀级相同的方向上延伸，因此当蒸汽流经过排气扩压器时，蒸汽流经受较大的 周向变形(circumferential distortion)。这导致末膨胀级中的蒸汽的运行状态(特别在周向上)受到影响，从而在末膨胀 级中，蒸汽的运行状态在周向上是不均勻的。而且，流周向变形引起蒸汽流内的不均勻的混合损失和不同的压降，这些可使蒸 汽轮机的总效率恶化。通过涡轮机的非轴向对称部分(其例如由抽取缝口限定)造成同样的缺陷；在这 种情况下，流过抽取缝口上游和下游的级的蒸汽受到抽取缝口的影响。
发明内容
因此，本发明的技术目标是提供一种轴流式涡轮机和一种方法，其允许抵制由排 气扩压器的非轴向对称结构和/或设有抽取缝口的涡轮机部分所引起的流周向变形。在此技术目标的范围内，本发明的目的是提供一种轴流式涡轮机和一种方法，其 允许抵制运行状态的非均勻性。
本发明的另一目的是提供一种轴流式涡轮机和一种方法，通过它们，降低蒸汽流 的混合损耗(由上述非均勻性引起的)和压降并且提高蒸汽轮机的总效率。根据本发明，通过提供根据所附权利要求的轴流式涡轮机和方法获得此技术目标 以及这些和其它目的。
从对根据本发明的、参照附图描述的轴流式涡轮机和方法的优选但非唯一实施例 进行的描述中，本发明的其它特征和优点将更加显而易见，其中图1是蒸汽轮机的简图；图2部分地显示了靠近排气扩压器的膨胀级；图3是从排气扩压器侧看到的涡轮机的示意正视图；图4是线图，显示了限定在涡轮机轴线和垂直于导叶开口的轴线之间的定子叶片 的重新安装角度(re-stagering angle)；图5是线图，相对于与每个叶片的毂的距离(即相对于径向)显示图4的角度；以 及图6显示了带有连接到其上的扩压器的涡轮机的端部的侧视图。参考标号列表1蒸汽轮机2膨胀级3蒸汽发生器4排气扩压器5冷凝器7排气扩压器的轴向对称部分8非轴向对称收集器8a排气扩压器的非轴向对称收集器的上部8b排气扩压器的非轴向对称收集器的下排出部9末膨胀级10 孔口13定子叶片13a转子叶片14 前缘15 后缘16 导叶17 开口19排气扩压器的对称轴线20 周向21涡轮机轴线23垂直于开口的轴线25垂直于轴线19的水平轴线
26 基线28B的偏差28a B 的偏差30第一定子叶片组32第二定子叶片组34第三定子叶片组A水平轴线25和一般径向轴线(generic radial axis)之间的角度B涡轮机轴线和垂直于开口的轴线之间的角度F蒸汽流整体方向
具体实施例方式参照这些图(特别是图1)，它们示意性地显示了整体由参考标号1表示的轴流式 涡轮机。涡轮机1是蒸汽轮机并且包括多个膨胀级2，在该膨胀级2中，由蒸汽发生器3所 产生的高压、高温蒸汽流进行膨胀以抽取机械功率。蒸汽轮机1在膨胀级2的下游包括排气扩压器4，该排气扩压器4收集经过膨胀 级2的蒸汽流并且沿着不同于涡轮机轴线的方向将该蒸汽流排出到外部(排出到冷凝器5 中)。图3显示了涡轮机的涡轮机轴线21和轴线19，其中，蒸汽流沿着涡轮机轴线21在 膨胀级2中扩散，蒸汽流沿着轴线19在排气扩压器4中转向以排出到冷凝器5中。每个膨胀级由定子叶片和转子叶片限定。定子叶片固定在叶片承载件(blade carrier)上并且限定多个叶片流导叶，蒸汽 流经过这些叶片流导叶。转子叶片装配在转子芯上并且限定多个通道(各通道限定在两个相邻转子叶片 之间)。扩压器4(图6)包括轴向对称部分7和非轴向对称收集器8，其中，轴向对称部分 7聚集来自末膨胀级9的蒸汽，非轴向对称收集器8连接到冷凝器5的颈部。非轴向对称收集器8包括上部8a和下排出部8b，其中，上部8a由近似圆形或弯曲 的壳体组成，下排出部8b具有平壁部并且设有与冷凝器5相连通的孔口 10。图2显示了末膨胀级9 (即靠近扩压器4的膨级胀)，其包括定子叶片13 (在该图 中仅仅示出两个定子叶片13)以及在定子叶片13下游的转子叶片13a(在该图中仅仅示出 两个转子叶片)；箭头F表示蒸汽流的整体方向(glcAaldirection)。定子叶片13具有前缘14和后缘15 ；而且每对两个相邻定子叶片13限定具有开 口 17的导叶16，该开口 17限定导叶的最小通过截面。有利地，膨胀级中的一个的定子叶片13沿着涡轮机的周缘(circumference)限定 不同开口 17。特别地，如这些图中所示，限定不同开口 17的定子叶片13是靠近扩压器4的级的 那些定子叶片。因此，根据本发明，蒸汽轮机具有这样的定子叶片13 ；S卩，这些定子叶片13的后面为全部相同的转子叶片13a(像传统涡轮机中一样)并且蒸汽轮机在转子叶片13a的下游 具有扩压器4。在图2中，参考标号20表示周向，参考标号21表示涡轮机轴线。由于定子叶片13都是相同的，为了限定不同开口 17，定子叶片13具有限定在涡轮 机轴线21和垂直于开口 17的轴线23之间的不同的计量角度(gauge angle)B0在一种优选实施例中，靠近排气扩压器4的级包括具有在涡轮机轴线21和轴线23 之间的第一计量角度Bl的第一定子叶片组30，以及具有在涡轮机轴线21和轴线23之间的 第二计量角度B2的第二定子叶片组32，第一角度Bl不同于第二角度B2。特别地，第一组30定子叶片13处于排气扩压器4的上区，而第二组32定子叶片 处于排气扩压器4的下区，并且第一角度Bl小于第二角度B2，从而使得第一组30的定子叶 片13之间的开口 17大于第二组32的定子叶片13之间的那些开口 17。同样，根据具体设计和为涡轮机所预想的运行状态，不同实施例也是可行的，例 如，第一角度Bl也可大于第二角度B2，从而使得处于上区的第一组30的定子叶片13之间 的开口 17小于第二组32(下区)的定子叶片13之间的那些开口 17。而且，第一组30的定子叶片13围绕轴线19 (也就是排气扩压器4的对称轴线) 对称布置，并且第二组32的定子叶片13也围绕相同的轴线19对称布置。在一种优选布置中，本发明的涡轮机还包括具有在涡轮机轴线21和轴线23之间 的角度B3、B4...的第三定子叶片组34，这些角度B3、B4...不同于第一和第二角度Bi，B2 并且包含在第一和第二角度Bi，B2之间。第三组34的叶片放置在第一和第二组30，32的 叶片之间并且允许调节流以避免状态的急变。例如，第一叶片组30包括全部具有相同角度Bl的叶片，第二叶片组32包括全部 具有相同角度B2的叶片，而第三叶片组34包括全部具有角度B3，B4，B5的叶片；第三叶片 组34布置在第一和第二叶片组30，32之间的两个过渡区处。图4示意性地显示了角度B在由相对于水平轴线25 (还参见图3)画出的角度A 所限定的周向中的变化。特别地，0-180之间限定的区域是涡轮机的上部，180-360之间限定的区域是涡轮 机的下部。此线图是相对于基线沈画出的，该基线沈限定涡轮机轴线21和开口 17的法线 23之间的、以传统方式(即对于这样的定子，在其中所有开口 17为相同的)计算的最佳计 量角度B。pt ；图4的曲线观和28a描述了角度B与此最佳角度B。pt的偏差。曲线观显示了角度Bl大于B2(因此上部中的开口 17小于下部的中开口)的实 施例，曲线28a显示了角度Bl小于B2(因此上部中的开口 17大于下部中的开口)的实施 例。角度Bl和B2的偏差优选为相同的。角度Bl和B2的偏差优选包含在2-5°之间。如所示，角度B与B。pt的总偏差为零。此外，因为上部和下部中的角度B不同，因此在其之间的区域具有相互匹配的角 度B。在这方面，在跨越圆周角度0(和360)与180的区域中，曲线观和28a显示了角6度B不同于第一角度Bi，B2，但是具有包含在它们之间的数值(这是第三定子叶片组34)。图5显示了指出每个叶片的角度B的线图；特别地，图5显示了基线沈和对应于 角度Bl和B2的两条线。角度B3，B4, B5包含在Bl和B2之间。已经特别参照排气扩压器描述了本发明，但是无论如何，放置在抽取缝口上游和/ 或下游的定子叶片还可如所述的那样重新交错排列(re-staggered)(抽取缝口用于从级 中抽取蒸洋)。从所描述和图示的内容中本发明的轴流式涡轮机的运行是显而易见的，并且大致 如下。由蒸汽发生器3所产生的蒸汽流进入膨胀级2并且把机械功率传递给转子。在下文中，参考优选实施例，其中，上部处的开口 17大于下部处的那些开口。在末级9 (排气扩压器4的上游的级)处，蒸汽流转向，从而较大量的流被驱向扩 压器4的上部(即靠近扩压器4的孔口 10)并且较小量的蒸汽流被驱向扩压器的下部(即 靠近扩压器4的收集区7)。这种蒸汽流分布允许实现更均勻的运行状态并且降低扩压器处的混合损耗和压 降，从而获得效率的整体提高。本发明还涉及一种用于从轴流式涡轮机中排出流的方法，该涡轮机具有多个膨胀 级，该膨胀级的后面为用于收集和排出经过该膨胀级的流的扩压器，其中，膨胀级2和/或 排气扩压器4具有至少一个非轴向对称部分。该方法在于根据沿着涡轮机周缘的角位置不同地驱动膨胀级内的流。特别地，根据本发明，仅仅扩压器4的上游和/或抽取缝口的上游和/或下游的膨 胀级中的流被不同地驱动，并且仅仅定子叶片(即，不是转子叶片)不同地驱动流。在实践中，可以根据需求和现有技术随意选择所用材料和尺寸。
权利要求
1.一种轴流式涡轮机(1)，包括多个膨胀级O)，各膨胀级O)由定子叶片(1 和转子 叶片(13a)限定，所述膨胀级(2)的后面为用于收集经过所述膨胀级O)的流和排出所述 流的扩压器G)，其中，所述膨胀级( 和/或所述扩压器具有至少一个非轴向对称部分，其 特征在于，所述膨胀级中的至少一个的定子叶片(13)沿着所述涡轮机的周缘限定不同开 口(17)。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，限定不同开口(17)的定子 叶片(1 是靠近所述扩压器(4)的级的和/或抽取缝口上游和/或下游的级的定子叶片。
3.根据权利要求2所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，为了限定不同开口(17)，所 述定子叶片(13)具有限定在轴向方向和垂直于所述开口(17)的轴线03)之间的不 同角度⑶。
4.根据权利要求3所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，所述轴流式涡轮机(1)包括 具有在所述涡轮机的轴向方向和垂直于所述开口(17)的轴线03)之间的第一角度 (Bi)的第一定子叶片组(30)，以及具有在所述涡轮机的轴向方向和垂直于所述开口 (17)的轴线03)之间的第二角度(B2)的第二定子叶片组(32)，所述第一角度(Bi)不同 于所述第二角度(B2)。
5.根据权利要求4所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，所述第一定子叶片组(30) 处于所述排气扩压器(4)的上区，而所述第二定子叶片组(3 处于所述排气扩压器(4)的 下区，并且所述第一角度(Bi)小于所述第二角度(B2)，从而所述第一组(30)的定子叶片之 间的开口(17)大于所述第二组(32)的定子叶片之间的开口 (17)。
6.根据权利要求5所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，所述第一组(30)的定子叶 片(1 围绕所述扩压器(4)的对称轴线(19)对称布置，并且所述第二组(3 的定子叶片 (13)围绕所述扩压器(4)的相同对称轴线(19)对称布置。
7.根据权利要求4所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，所述轴流式涡轮机(1)包括 第三组(34)定子叶片(13)，所述第三组(34)定子叶片(1 具有在所述涡轮机的轴向方 向和所述开口(17)的法线03)之间的不同于所述第一和第二角度(Bi，B2)且包含 在所述第一和第二角度(B1，B2)之间的角度(B3，B4)。
8.根据权利要求1所述的轴流式涡轮机(1)，其特征在于，所述涡轮机是蒸汽轮机，所 述流是蒸汽流。
9.一种用于从轴流式涡轮机(1)中排出流的方法，该轴流式涡轮机(1)具有多个膨胀 级O)，该膨胀级O)的后面为用于收集和排出经过所述膨胀级O)的流的扩压器，其 中，所述膨胀级( 和/或扩压器具有至少一个非轴向对称部分，其特征在于，所述定子叶 片(1 根据沿着所述涡轮机周缘的角位置不同地驱动所述膨胀级O)内的流。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，不同地驱动仅仅在靠近所述扩压器(4) 的膨胀级和/或抽取缝口的上游和/或下游的级中的流。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述排气扩压器(4)的上区中与在相 同排气扩压器⑷的下区中相比，更多的流被驱动。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述涡轮机是蒸汽轮机，所述流是蒸汽流。
全文摘要
本发明涉及轴流式涡轮机以及用于从轴流式涡轮机中排出流的方法，具体而言，一种轴流式涡轮机(1)，包括多个膨胀级(2)，各膨胀级由定子叶片(13)和转子叶片限定。膨胀级(2)的后面为用于收集经过膨胀级(2)的流和排出该流的排气扩压器(4)。膨胀级(2)和/或扩压器(4)具有至少一个非轴向对称部分。定子叶片(13)沿着涡轮机的周缘限定不同开口(17)。本发明还涉及一种用于从轴流式涡轮机中排出流的方法。
文档编号F01D1/04GK102052090SQ20101053001
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者P·维, S·哈瓦克奇安, T·莫库利斯, V·博里卡 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司