专利名称：带有转子处的释放槽的蒸汽轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有转子处的用于释放(Entlastimg)热应力的释放槽的蒸汽轮 机。
背景技术：
在涡轮起动(Anfahren)和减速(Herunterfahren)期间，在蒸汽轮机的转子中，产 生了由于热的蒸汽流的快速改变而引起的局部的热应力。这样的应力尤其在高压蒸汽轮 机和中压蒸汽轮机的蒸汽入口的范围中产生并且往往导致在叶片槽(尤其在第一叶片排 (Schaufelreihe))的范围中形成裂纹。这些应力可限制转子的运行寿命，并且尤其可限制 涡轮的无风险加速(Hochfahren)的次数。
文件DE 2423036公开了一种带有缝口的涡轮转子盘，这些缝口在相邻的叶片之 间径向向内延伸。这些缝口用作避免在转子盘边缘处的周向应力，这些周向应力可由于转 子的热膨胀而产生。在每个缝口的基底处分别存在钻孔(Bohrloch)，铆钉插入到该钻孔中。
文件EP 1724437公开了一种带有用于涡轮转子处的转子叶片(Laufschaufel)的 固定范围的蒸汽轮机，该固定范围与转子轴线的径向距离在轴向转子叶片推力的方向上减 小。转子在转子叶片的固定范围和推力平衡活塞(Schubausgleichskolben)之间具有在转 子周缘上连续的凹口(观)，该凹口确保蒸汽从内壳体中的流入腔朝向推力平衡活塞进入并 且同时作为用于起始(erst)转子叶片推力的释放缺口(Entlastungskerbe)起作用。发明内容
本发明的目的为，创造一种蒸汽轮机，尤其是一种高压蒸汽轮机或中压蒸汽轮机， 该蒸汽轮机的涡轮转子具有用于释放热应力的装置。
用于以高压或中压蒸汽运行的蒸汽轮机具有转子、定子及用于新鲜蒸汽的进口通 道，新鲜蒸汽在进口通道之后在工作蒸汽流的下流方向上流动通过涡轮的叶片通道。此外， 涡轮在转子和定子之间还具有活塞密封件以及具有推力平衡活塞。按照本发明，蒸汽轮机 在其转子处具有释放槽(Entlastimgsnut)以为了释放热应力，该释放槽布置在转子的推 力平衡活塞的范围中并且在转子的周向上伸延。因此，释放槽位于这样的部位处，即，该部 位远离新鲜蒸汽进口通道并且此外相对于进口通道在与通过叶片通道的工作蒸汽流的方 向相反的轴向方向中。
释放槽相对于叶片通道中的第一叶片排布置在这样的范围中，S卩，在该范围中通 常在涡轮转子中，尤其是在涡轮加速和减速期间或在负荷变化期间出现最大的热应力。此 外，释放槽在涡轮转子处布置在这样的范围之外，即，在该范围中蒸汽流经过进口通道进入 到涡轮的叶片通道中。槽的这种布置有效地减小热应力，其中，同时不影响蒸汽进入流并且 因此机器功率得以保持。
带有按照本发明的在转子处的释放槽的蒸汽轮机，与现有技术的蒸汽轮机相 比，引起延长的运行寿命。因为，释放槽允许提高蒸汽轮机无风险的加速和减速的次数而不损失涡轮功率。此外，按照本发明的释放槽的定位使得利用少量的冷却质量流 (Kuhlmassentrom)冷却缝成为可能。最后，按照本发明的蒸汽轮机也允许通过以下方式更 容易地检查转子，即，单单对释放槽中裂纹形成进行检查同样得出对第一叶片排的槽的状 态的可靠提示。尤其地，降低在槽范围中的传热并且因此引起较小的热负荷。
优选地，释放槽以相同的形状在转子的整个周缘上延伸。在此，释放槽的截面形状 可实施成对称的或也可实施成非对称的。在非对称的实施方案中，槽随着增大的径向深度 槽向新鲜蒸汽进口通道延伸
在一个实施方案中，释放槽布置在活塞密封件的范围中。在本发明的另一个实施 方案中，释放槽在其开口中具有遮盖物。该遮盖物造成，降低或甚至完全避免可由活塞密封 件中的泄漏流产生的槽内的涡流。在本发明的另一个实施方案中，将释放槽在活塞密封件 的范围中与槽开口的遮盖物一起布置允许在遮盖物上布置附加的密封条，这些密封条在不 带有遮盖物的释放槽的情况下是不可能的。通过这个措施，尽管有释放槽但是使得最优化 的密封效果成为可能。
释放槽的遮盖物可实现作为定子的整体组成部分或可作为单独的部件制造并且 可例如通过挂住(Einhangen)而固定在定子处。
在本发明的另一个实施方案中，释放槽还具有用于降低传热和控制转子振动的装 置。因为释放槽位于热的新鲜蒸汽入流的附近，这可导致，转子在内部通过高的传热以不期 望的程度被加热。此外，在释放槽的范围中可激发转子振动。为了避免或至少减少这些问 题，释放槽的遮盖物具有通道，该通道轴向上在转子表面的高度上伸延。这保证，热的泄漏 流自活塞密封件可流动通过该通道而不到达释放槽中。
在本发明的另一个实施方案中，蒸汽轮机在定子中具有冷却流通道，该冷却流通 道在泄漏流的方向上在释放槽之前通向活塞密封件的范围中。释放槽具有带有在转子表面 高度上的通道的遮盖物。
在本发明的另一个实施方案中，蒸汽轮机具有通过定子的冷却流通道，该冷却流 通道通向不带有遮盖物的释放槽。形成新鲜蒸汽进口通道的壁部的定子的部件径向向内延 伸至进口通道的弯曲部的范围中，在该处通道通到涡轮的叶片通道中。定子和转子之间的 空隙从进口通道部分径向上部分轴向上延伸至释放槽。经过冷却流通道到达槽中的冷却蒸 汽从释放槽通过定子和转子之间的通道流动到新鲜蒸汽进口通道中。这种冷却措施使降低 或甚至避免转子的过度加热成为可能。
在本发明的另一个实施方案中，转子尤其是焊接的转子。
其中
图1显示了蒸汽轮机沿着转子轴线的截面图，该蒸汽轮机带有布置在推力平衡活 塞和活塞密封件的范围中的根据本发明的释放槽，
图2显示了根据本发明的释放槽的按照图1中的区段11的更详细的视图，
图加显示了带有具有布置在活塞密封件中的遮盖物的释放槽的本发明的详细视 图，
图3显示了带有具有实施成叶片根部的遮盖物的释放槽的本发明的另一个实施方案，
图4显示了带有具有用于泄漏流的通道的释放槽的本发明的另一个实施方案，
图5显示了带有释放槽和在蒸汽轮机定子中的附加冷却装置的本发明的另-实施方案，图6显示了带有由附加冷却通道冷却释放槽的本发明的另一个实施方案，
图7显示了带有非对称截面形状和径向受限的遮盖物的释放槽的另一个实施方案，
图7a显示了带有径向延长遮盖物的非对称的释放槽的另一个实施方案，
图7b显示了沿着具有按照图7和7a沿着线□ b-Vnb的遮盖物的释放槽的转子轴线的截面的视图，尤其是用于通过遮盖物的泄漏流的通道的内部范围的截面形状的视图。
不同图中的相同参考标号分别表示:
参考标号列表
1蒸汽轮机
1，叶片通道
1，，外壳体
2转子
2'转子叶片
3转子轴线
4定子，内壳体
4'导叶
5进□通道
6推力平衡活塞
7活塞密封件
8释放槽，对称的
8，释放槽，非对称的
9进口蜗形件(Einlassspirale)
10引导轮(Leitrad)
11进口通道中的蒸汽流
12第一转子叶片
13密封条
14泄漏流
15遮盖物
15'‘“短”遮盖物
15'’’ “长”遮盖物
16间隙
17以叶片槽形状的槽
18叶片根部形状的遮盖物
19密封条
20内壳体的部件
21铣削部，泄漏流通道
21，铣削部，泄漏流通道
22第一扩大部
23第二扩大部
24密封条
25冷却流通道
26冷却流通道
27转子和定子之间的空隙
28定子部件，径向向内延伸具体实施方式
图1以子午线截面显示了蒸汽轮机1、例如高压蒸汽轮机，该蒸汽轮机1的转子 2 (带有转子轴线3)和定子或内壳体4形成叶片通道1’，其中，转子叶片3’和导叶4’分别 固定在转子和定子处。蒸汽轮机1由外壳体1”包围。用于工作蒸汽的进口通道5从进口 蜗形件9通到轴向伸延的叶片通道1’，其中，该叶片通道1’通过定子4和推力平衡活塞6 形成。工作蒸汽在轴向下流方向上从进口通道的端部流动通过叶片通道，其中，工作蒸汽在 该处膨胀(entsparmen)。在进口通道5的轴向上流方向上，也就是在与下流方向相反的方 向上，活塞密封件7在定子4和转子2之间延伸。同样，以在轴向上流方向上远离进口通道 且在活塞密封件7中的方式在转子2中布置有环绕的释放槽8。
图2显示了进口蜗形件9的细节，从该进口蜗形件9起新鲜蒸汽流11经过引导排 (Leitreihe) 10流过进口通道5并且从该处撞击第一转子叶片排12。泄漏流14离开新鲜 蒸汽流11而达到通过带有密封条13的活塞密封件7。释放槽8布置成轴向远离进口通道 5且布置在推力平衡活塞6的范围中。在该范围中，释放槽8可布置成尽可能靠近受热应力 影响最大的第一转子叶片排12并且同时远离热的进口蒸汽流11。因此，进口和工作流可尽 可能在无障碍的情况下流动通过释放槽且在无损失的情况下流动到叶片通道1’中。
槽8在转子2的整个周缘上伸延并且从其在转子表面处的开口基本上径向向内延 伸。例如，槽8径向延伸直到转子叶片12的叶片槽深度的范围中。释放槽在其径向内端部 处与其在转子表面处的开口相比是扩大的。在径向内端部处的扩大主要用于，尽可能降低 缺口效应(Kertwiriomg)。转子表面处相对窄的开口的目的在于，尽可能使得没有热蒸汽可 从泄漏流14到达槽8中并且因此可在该处尽可能使得没有涡流产生，否则这种涡流导致转 子的局部加热。
图加显示了根据本发明的释放槽8的一种实施方案，其中，该释放槽8在其开口 处具有遮盖物15，以便进一步阻止涡流。遮盖物在槽8的一侧上通过焊缝与转子2相连接。 例如，槽8在其开口的范围中具有凸肩部17，遮盖物15布置在该凸肩部17上。遮盖物在槽 开口的大部分上延伸，其中，在遮盖物15和开口的边缘之间保留敞开的间隙16，该间隙16 允许自由的热膨胀。
此外，遮盖物15使得如下成为可能，即，固定在内壳体4处的密封条13可伸展到 遮盖物15并且因此使活塞密封件7的密封效果最优化。此外，可在遮盖物15处固定另外 的密封条13’，以便进一步完善密封效果。尤其地，遮盖物在其径向和轴向尺寸方面如此构造，即，使得遮盖物可经受可能的振动。例如，遮盖物可具有径向的深度，该深度为释放槽整 个径向深度的四分之三。尤其地，遮盖物的径向深度可为释放槽整个径向深度的一半至四 分之三之间。
在按照图3的本发明的另一个实施方案中，释放槽8至少在转子表面范围中以叶 片槽17的形状实现成带有径向向内扩大范围。此外，释放槽8所属的遮盖物18以匹配于 槽的叶片根部的形状来实现。在此，遮盖物18实施成比槽稍小，从而此外可自由允许由于 热膨胀造成的运动。
此外，在该实施方案中，叶片根部形状的遮盖物18还可具有一个或多个密封条 19，密封条19朝向内壳体4延伸。
在按照图4的本发明的一个实施方案中，蒸汽轮机又具有释放槽8以及在转子表 面高度上的槽开口的遮盖物。在此，遮盖物通过内壳体4的部件20实现，该部件20径向向 内延伸到槽中。在转子表面的高度上，部件20具有通道21，该通道21用作引导泄漏流14 通过遮盖物并且阻止热的流到达槽中。
在一个特殊的实施方案中，通道21在穿孔的流入口处具有第一扩大部22。可选 地，通道21也可在流出口处具有第二扩大部23，以便更有利于流通过通道。通道21例如可 借助于穿孔实现带有圆形截面。备选地，通道21也可以通过铣削实现，其中，也可实现其它 的在流动动力特性方面有利的截面。此外，这样的通道因此也可以更低的成本制造。
在根据图4的实施方案中，遮盖物可示出为定子的整体组成部分。对于这种实现 方案的备选方案，也可考虑将遮盖物作为单独制造的部件，该部件可通过挂住或插入闭合 的环而固定到定子处的槽中，这在制造技术方面是更简单且成本更低的。
图5显示了带有释放槽8的蒸汽轮机，该释放槽8带有如在图4中示出的类型的 遮盖物20。此外，蒸汽轮机具有冷却流通道25，该冷却流通道25例如从未示出的过热器通 过内壳体4通到活塞密封件的范围中的空间中并且通到遮盖物20之前。泄漏流14流过活 塞密封件并流过遮盖物20的通道21。来自通道25的冷却流可到达释放槽中并且围绕遮盖 物流动，由此冷却遮盖物。
图6显示了带有释放槽8和用于主动(aktiv)冷却槽的装置的蒸汽轮机的另一个 实施方案。释放槽8为如在图1中示出的类型，其中，然而槽不具有遮盖物。尤其地，蒸汽 轮机具有活塞密封件13，该活塞密封件13自释放槽8起才开始延伸并且在与通过蒸汽轮机 的叶片通道1’的蒸汽流方向相反的轴向方向上延伸。在新鲜蒸汽入流通道和释放槽8之 间不存在活塞密封件。相反地，定子在凸肩部观中径向向内延伸至进口通道5的弯曲部的 范围。冷却流通道沈从适当的冷却蒸汽源通过内壳体4朝向转子表面处的释放槽开口伸 延。冷却流从释放槽到达到新鲜蒸汽进口通道5中，其中，冷却流通过推力平衡活塞6和定 子部件28之间的空隙27流到进口通道5中。适宜的是，冷却蒸汽流具有比进口通道中蒸 汽流11的蒸汽压力高的蒸汽压力。
图7显示了了释放槽8，的实例，该释放槽8，在其截面轮廓方面构造成非对称的。 尤其地，该释放槽8’在朝向转子轴线的方向上以增大的方式还朝向进口通道5延伸。这种 轮廓通过以下方式是有利的，即，一方面轮廓具有曲率半径，该曲率半径产生较小的应力。 另外，通过释放槽的这种形状，释放槽和第一转子叶片排之间的距离较小，这附加地改进释 放。释放槽8’可实施成带有遮盖物或不带有遮盖物。遮盖物15’例如在径向上仅仅在释放槽的径向深度的一部分上延伸。图7a显示了带有遮盖物15”的这种非对称释放槽的一 种变型方案，该遮盖物15”在槽的大部分上延伸。遮盖物的径向和轴向的尺寸相应地影响 释放槽中的传热以及质量流阻力(Massenstromwiderstand)。
此外，图7和7a中的遮盖物15’或15”具有通道21’，该通道21’带有按照图7b 的截面形状。通道21’的内壁凸起的轮廓一方面可通过铣削低成本地制造，并且此外造成， 有利地影响转子动态特性和释放槽中的传热。
权利要求
1.一种蒸汽轮机(1)带有转子O)、定子G)、用于新鲜蒸汽流(11)的进口通道(5)， 所述新鲜蒸汽流(11)在所述进口通道( 之后流动通过所述蒸汽轮机(1)的叶片通道 (1’ )；以及带有在所述转子( 和所述定子(4)之间的活塞密封件(7)、和推力平衡活塞 (6)，其特征在于，所述蒸汽轮机(1)在其转子( 处具有释放槽(8，8’)，所述释放槽(8， 8，)布置在所述推力平衡活塞(6)的范围中并且在所述转子O)的周向上伸延。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8，8’)相对于所述 叶片通道(1’)中的第一叶片排(12)布置在这样的范围中，即，在该范围中在所述转子(2) 中可出现最大的热应力，其中，所述释放槽(8，8’ )在转子( 处布置在这样的范围之外， 即，在该范围中蒸汽流(11)经过所述进口通道进入到所述叶片通道(1’)。
3.根据权利要求1所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8，8’)布置在所述 活塞密封件(7)的范围中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8)在 穿过所述蒸汽轮机(1)的转子轴线(3)的截面中具有对称的形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8’) 在穿过所述蒸汽轮机(1)的转子轴线(3)的截面中具有非对称的形状，其中，所述释放槽 (8’ )随着增大的径向深度在朝向新鲜蒸汽进口通道(5)的方向上延伸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8，8’) 在其开口中具有遮盖物(15，15，，15”，18，20)。
7.根据权利要求4和6所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8)具有叶片槽 (17)的形状，并且所述遮盖物(18)拥有叶片根部的形状。
8.根据权利要求6或7所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，在所述遮盖物(15，15’，15”， 18)处布置有密封条(13' ) ο
9.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8，8’) 具有遮盖物(15’，15”，20)，所述遮盖物(15’，15”，20)通过所述定子(4)的部件(20)形成。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述释放槽(8， 8，)具有遮盖物，所述遮盖物通过单独的部件形成，该部件固定在所述定子(4)处。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述遮盖物00) 在所述转子O)的表面的高度上具有通道01，21’)。
12.根据权利要求11所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述通道(21，21’)在其流入 口处具有第一扩大部02)。
13.根据权利要求12所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述通道(21，21’)在其流出 口处具有第二扩大部03)。
14.根据上述权利要求1至13中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述蒸汽轮 机(1)具有用于冷却所述释放槽(8)的装置。
15.根据权利要求14所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述蒸汽轮机(1)具有冷却通 道05二6)，所述冷却通道05，26)从冷却蒸汽源通过所述定子(4)通向所述释放槽(8)。
16.根据权利要求14所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述定子(4)径向向内延伸至 所述新鲜蒸汽进口通道(5)的弯曲部，所述定子⑷和所述转子(2)之间的空隙(XT)从所 述新鲜蒸汽进口通道( 部分地在轴向上在与所述叶片通道(1’ )中的工作蒸汽流的方向相反的方向上且部分地在径向上向外延伸直到所述释放槽(8)中。
17.根据权利要求6-12中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述遮盖物(15， 15’，15”)拥有径向深度，该深度可为所述释放槽(8，8’ )的整个径向深度的四分之三。
18.根据上述权利要求中任一项所述的蒸汽轮机(1)，其特征在于，所述转子( 是焊 接的转子。
全文摘要
本发明涉及一种带有转子处的释放槽的蒸汽轮机，具体而言，蒸汽轮机(1)具有释放槽(8)，该释放槽布置在推力平衡活塞(6)的范围中并且在转子(2)的周向上伸延。尤其地，释放槽相对于进口通道(5)布置在轴向上流方向上，从而释放槽在转子处布置在这样的范围之外，即，在该范围中蒸汽流(11)经过进口通道进入到叶片通道(1’)。此外，释放槽相对于第一叶片排(12)布置在这样的范围中，即，在该范围中在转子中可出现最大的热应力。可选地，释放槽具有遮盖物以用于减少涡流，以及还具有用于减小的槽的加热的装置或用于主动冷却的装置。按照本发明的蒸汽轮机允许以最小的涡轮功率损失提高蒸汽轮机的无风险的加速和减速的次数。
文档编号F01D9/02GK102031996SQ20101054917
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者A·埃尔萨姆, D·克里茨, G·扎纳兹, J·德尔米克, J·陈, L·里帕蒙蒂, M·赫尔佐格, M·雷格尔, P·布鲁纳, R·德布勒, R·贝克伊吉特, T·施赖尔, T·莫库利斯 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司