专利名称：汽轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的汽轮机，包括一个安装在汽轮机上的电子束装置。
背景技术：
在低压汽轮机中蒸汽的凝结一般延迟开始。这意味着，冷凝尤其在蒸汽压力明显高于对于凝结地点所存在温度而言的饱和蒸汽压力时开始。因此存在过饱和过冷却的蒸汽。由于蒸汽延迟凝结，导致汽轮机内热动力学损失，所谓松弛损失。除此之外，由于过饱和蒸汽形成比较大的液滴也导致损失。基于惯性，大液滴不能很好地跟随蒸汽流。这些运动损失导致在两相流内的内部摩擦损失(拖动损失)，以及大液滴冲击在快速旋转的叶片上。这些损失也称为制动损失。此外还导致冲蚀，这源于在透平叶片上形成水膜(在观察的透平叶片上游形成的液滴冲击)，水膜是在正常情况下非常主动淀积的很大液滴的源泉，这些液滴被蒸汽仅不充分地加速。因此这种有高相对速度的液滴以不利的角度冲击在后续的透平叶片上(水滴撞击)。在那里导致化学和机械冲蚀。为排除所述问题，在DE102005046721B3中已经建议，将电子束引入汽轮机的蒸汽路径中。电子束保证蒸汽均勻电离并因而促使凝结为最细小的液滴(与由饱和蒸汽凝结时形成大液滴相反)。这提高低压汽轮机的效率和防止液滴冲蚀。用电子束电离能效高。为产生电子束消耗的能量约为通过汽轮机提高效率可能的能量增益的1%。但为了能利用这一优点，需要尽可能无损失并与此同时少维护地将电子束耦合到汽轮机内。通过在 DE102005046721B3中建议的将电子束引入汽轮机中，虽然展示了一种能效高的蒸汽电离方法，但将电子束耦合到汽轮机内的问题还值得改进。在正常的工作条件下(例如大气压力的空气作为介质，电子束出口窗与之接触，以及电子能量从150k电子伏特起)，窗口的耐用性在有些情况下不足以连续工作超过3000小时。在与水蒸气接触的情况下应考虑到有腐蚀，它进一步缩短电子束出口窗的使用寿命。若应在通常由一个典型地仅10 μ m钛薄膜组成的窗口上进行水的凝结，则水在与电子束相互作用时会爆发式汽化。其结果是导致窗口立即破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，将电子束装置在汽轮机蒸汽腔上的连接设计为， 与现有技术相比能延长电子束装置的使用寿命。上述技术问题通过一种具有专利权利要求1特征的汽轮机得以解决，所述汽轮机具有安装在汽轮机上的电子束装置。本发明按专利权利要求所述1的汽轮机，具有安装在汽轮机上的电子束装置，它用于将电子束加入汽轮机的蒸汽腔内。此汽轮机的特征在于，在电子束装置在汽轮机上的连接区内，在透平壁上制孔，电子束可通过它进入蒸汽路径中。其中，电子束装置具有至少两个腔室，电子束延伸通过它们，以及所述至少两个腔室具有不同的压力水平。术语孔在这里理解为，蒸汽分子可通过这种孔进入电子束装置的第一腔室。因此， 所述的孔没有通过闭合的窗口，例如通过薄膜，蒸汽密封地封闭。由此也不存在完全封闭的电子束窗口，如前言已提及的那样，可有被蒸汽粒子破坏的危险。此外，在电子束装置内接着是一个包括至少两个腔室的差动式泵系统，其中每个腔室具有不同的朝电子束发生器方向降低的压力水平。由此保证，在电子束发生器的区域内为了产生电子束具有必要的真空度，通常为高真空度。按本发明一种有利的设计形式，电子束装置的第一腔室具有一个通向汽轮机出口区的连接管。这种与低压汽轮机低压区的连接起类似于喷水泵的作用，由此在第一腔室内的蒸汽压力已经降低到一个对于下游的泵建立更高真空度是有利的值。按本发明另一种有利的设计形式，电子束装置的第二腔室与多级式蒸汽射流真空泵连接。按有利的设计形式，蒸汽射流真空泵又可以从汽轮机蒸汽路径获得供汽管。此外， 多级式蒸汽射流真空泵具有来自汽轮机冷却水回路的冷却水进水管。这些措施可以称为蒸汽射流真空泵在低压汽轮机供汽装置内，或在其冷却水回路内的一种集成组合。除了初真空腔室(已说明的第一和第二腔室)外，可以设电子束装置的第三腔室， 在第三腔室上设置高真空泵。为了更好地达到高真空度，按本发明另一种设计，可以设封闭的电子出口窗，不过它不是如现有技术中介绍的那样处于面朝汽轮机蒸汽腔的壁内，而是布置在电子束装置的第一腔室与第二腔室之间，或电子束装置的第二腔室与第三腔室之间。在电子束装置的第一腔室后，在那里存在的真空度已经能足够低，使窗口的破坏已无可能性并因而同样延长了电子束装置的使用寿命。通过如此设计的窗口，在后续的腔室内更加容易进一步造成真空。此外可恰当的是，进入蒸汽腔的电子束相对于汽轮机转子轴线的角度小于90°。 以此方式也可以减少蒸汽通过所述的孔进入电子束装置的第一腔室。此外减少电子束装置的第一腔室中的蒸汽，也可以通过电子束在电子束装置内转向达到。
下面借助附图详细说明本发明其他有利的设计和其他特征。在这里，有同样名称但不同设计形式的特征，总是采用相同的附图标记。其中图1表示通过低压汽轮机和电子束装置剖开示出的横截面；图2表示电子束装置和进入汽轮机蒸汽路径内的电子束的放大图；图3表示电子束装置和进入汽轮机蒸汽路径内的电子束的另一种设计形式；图4示意性地表示包括高压透平和低压汽轮机的电厂结构以及利用电厂的蒸汽发生在电子束装置中产生真空；图5表示图4中的电子束装置和低压汽轮机的局部放大图； 以及图6示意性地表示蒸汽射流真空泵，尤其表示低压汽轮机。
具体实施例方式图1表示通过包括转子3的低压汽轮机2的横截面，其中，在转子3上安装透平叶片9。汽轮机2具有以透平壁14为界的蒸汽腔8。用蒸汽路径观示意形表示的蒸汽通过蒸汽腔8流动。在透平壁14上安装电子束装置4，其中，在电子束装置4在汽轮机2上的连接区10内，在透平壁14上制孔12，电子束6通过它进入蒸汽腔8。电子束装置4安装在汽轮机2的一个位置上，在此位置蒸汽腔8内存在约SOOhI^a 与1200hl^之间的蒸汽压力。在这种蒸汽压力下恰当的是，如已详细说明的那样，通过电子束6将蒸汽粒子电离为，使水蒸气的凝结在电离的粒子上发生，在这种情况下凝结以小液滴的形式出现。通过电子束6电离避免发生如在由过饱和蒸汽凝结时发生的那种大液滴生长。通过相宜地将水蒸汽凝结为最细小的液滴，使所谓的热动力学松弛损失降到最低程度。 此外，前言已说明的由于大的液滴从不利的方向进入而引起的透平叶片制动损失，同样降到最低程度。第三，可导致减轻透平叶片上通过所谓液滴冲击造成的冲蚀问题。为了将电子束6尽可能不需要维护地引入汽轮机2蒸汽腔8内，在汽轮机2的壁 14上制孔12，孔处于电子束装置4在汽轮机2上的连接区10内(图幻。所述孔12设计为缝隙状光闸的形式(孔的宽度优选地在0. Imm与3mm之间)，在这里，电子束6通过由电磁透镜52组成的电子镜片，在一个沿孔12缝隙纵向的平面内展开。通过电子束6的扇展，以有利的方式促进蒸汽粒子电离。孔12的特征在于，与在现有技术中设计的不同，它被一个保护膜或另一个封闭的窗口覆盖。孔12设计为，使蒸汽粒子可以从蒸汽腔8进入电子束装置4的第一腔室16。这第一腔室16设有连接管20，它从腔室16 —直通到汽轮机2的出口区22 (参见图1)。按喷水泵的原理，通过在汽轮机2出口区22中存在的以及大约在30hPa 与50hl^a之间的负压，在腔室1内造成负压。因此，在腔室1内的这一压力也大约为30hPa 至50hPa。从而存在所谓的大真空度。按图2的电子束装置4的结构，随第一腔室16之后是一个光闸50，它通向第二腔室18，其中存在优选地小于IhI^a的高真空度。按一种优选的设计形式，第二腔室18与多级式蒸汽射流真空泵连接。多级蒸汽射流真空泵可有利地组合在汽轮机2冷凝器的冷却水回路中。这种组合参见图4更详细地说明。现在，在按图2的电子束装置4内还加入另一个第三腔室34，它又与高真空泵36 连接。高真空泵36可以或是旋转滑阀式真空泵，或是涡轮分子泵。在此区域内造成高真空度(l(T3hPa至I(ThPa)。腔室34又与电子束发生器43连接，在其中通过阴极46和通过电磁透镜52，朝阳极48的方向产生电子束6。电子束6进一步通过多个电磁透镜52和光闸 50进入蒸汽腔8。按图2的设计，没有一个光闸50上设置电子束必须通过它延伸的封闭的窗口。因此涉及一种差动式泵系统，其中从一个真空室到下一个存在越来越小的压力。通过在第一腔室16内抽吸，与蒸汽腔在SOOhI^a与1200hl^之间的压力相比，压力已经减小到 (约30hl^与50hPa)对于那些与后续的另一些腔室18和34连接的泵，无需再提出特别的前提条件。此外，多级式蒸汽射流真空泵M (图4)同样在无需运动部分的情况下工作，从而即使在这里也不必担心泵油被水滴污染。在按图3的本发明另一种设计形式中取消第二腔室18，因为在第一腔室16内已经存在如此低的压力，以致在第一腔室16与直接安放在第一腔室上的电子束发生器43之间的光闸50上可以安置一个窗口 49。在本实施例中，电子束发生器43相当于具有与第一腔室16相比压力水平不同的第二腔室。当在本实施例中的第一腔室16内存在约30hl^的压力时，尤其设计为钛薄膜形式的窗口 49被破坏的概率很低。电子束发生器43的区域直接与图3中没有详细表示的高真空泵连接。因此在电子束发生器43内产生电子束的空间与汽轮机2的蒸汽腔8完全隔离。此外还应考虑将第一腔室16和第二腔室18的真空设备组合在汽轮机2冷凝器57 的冷却水回路中(图4和图幻。图4示意性地表示电厂53，它尤其具有高压透平M和低压汽轮机2。这两个透平讨和2共同驱动一台发电机59。此外按图4的电厂53还包括给水箱阳、低压水预热器56、冷凝器57、冷凝器泵58和已提及的发电机59。此外还设有从冷凝器57到多级式蒸汽射流真空泵M的冷却水供水管60。蒸汽射流真空泵M通过供汽管 61供应蒸汽。在按图4的例子中和在按图5的放大图中仅示意性地表示的以及在图6中详细表示的蒸汽射流真空泵M，在多个分级中有多个容器(冷凝器63)，在其中进行冷凝。它有一个从要抽吸的腔室18吸出分子的抽吸接头64，此抽吸接头64与供汽管61连接。在多个分级中来自腔室18的蒸汽在冷凝器63中冷凝，以及冷凝水经冷凝水排出管62排入电厂的冷凝器57内。此外，为了在蒸汽射流真空泵M内实现冷凝，通过冷却水供水管60进行泵M 中各冷凝器63的冷却。不仅第一腔室16的抽真空设备，它通过负压管(连接管20)利用汽轮机2内不同的压力比，而且蒸汽射流真空泵M，它组合在汽轮机2冷却水回路内，均利用汽轮机2存在的压力和冷却水的基础结构。因此，为了第一腔室16和第二腔室18抽真空，不必为这些基础结构设置其他设备。因此电子束装置4的多级式差动真空泵系统动用在电厂的范围内已存在的基础结构，并因而完全组合在此范围内。由此将电子束装置4泵系统的能耗和维护费用降到最低水平。因此至少直至第二腔室18的区域，动用没有运动部分并因而在维护技术上可易于操作的泵。此外也可以恰当的是，将电子束装置安置为，使进入的电子束6不垂直于转子3的旋转轴线，亦即旋转轴线与电子束之间的角度小于90°。采取此措施使蒸汽分子更难以通过孔12进入第一腔室16内，从而更容易在第一腔室16内造成负压或真空。另一个取得同样效果的措施在于，电子束及其射线轨迹一次或多次转向。为此可使用按恰当角度布置的不同的金属板。适用的金属，如金、银、铜或铝，对于规定的角度有电子束相应的反射，从而它们可用作电子束的反射镜和转向件。
权利要求
1.一种汽轮机O)，包括电子束装置G)，它用于将电子束(6)加入汽轮机O)的蒸汽腔⑶内，其特征为在电子束装置⑷在汽轮机⑵上的连接区(10)内，在透平壁(14) 上制孔(12)，电子束(6)可通过所述孔加入蒸汽腔(8)内，其中，电子束装置(4)具有至少两个腔室，电子束(6)通过它们延伸，以及这两个腔室(16、18)具有不同的压力水平。
2.按照权利要求1所述的汽轮机，其特征为，电子束装置的第一腔室(16)具有通向汽轮机O)出口区02)的连接管00)。
3.按照权利要求1或2所述的汽轮机，其特征为，在电子束装置(4)的第二腔室(1)上设置蒸汽射流真空泵04)。
4.按照权利要求3所述的汽轮机，其特征为，蒸汽射流真空泵04)从汽轮机(2)蒸汽路径(28)获得供汽管(61)。
5.按照权利要求3或4所述的汽轮机，其特征为，多级式蒸汽射流真空泵04)从汽轮机(2)冷却水回路(3 获得冷却水供水管(30)。
6.按照权利要求1至5之一所述的汽轮机，其特征为，在电子束装置的第三腔室 (34)上设置高真空泵(36)。
7.按照前列诸权利要求之一所述的汽轮机，其特征为，在第一腔室(16)与第二腔室 (18)之间，或在第二腔室(18)与第三腔室(34)之间，设封闭的电子出口窗(38)。
8.按照前列诸权利要求之一所述的汽轮机，其特征为，在进入蒸汽腔(8)的电子束(6) 与汽轮机(2)转子轴线(42)之间的角度(40)小于90°。
9.按照前列诸权利要求之一所述的汽轮机，其特征为，在电子束装置内的电子束 (6)通过转向装置G4) —次或多次改变运动方向。
10.按照权利要求9所述的汽轮机，其特征为，转向装置04)设计为尤其以金、银、铜或铝为基的金属反射镜G5)的形式。
全文摘要
本发明涉及一种汽轮机(2)，包括一个安装在汽轮机(2)上的电子束装置(4)，它用于将电子束(6)加入汽轮机(2)的蒸汽腔(8)内。本发明的特征在于，在电子束装置(4)在汽轮机(2)上的连接区(10)内，在透平壁(14)上制孔，电子束(6)可通过它进入蒸汽腔(8)内，其中，电子射线装置(4)有至少两个腔室，电子束(6)延伸通过所述腔室，以及这两个腔室(16、18)有不同的压力水平。
文档编号F01D25/32GK102575528SQ201080046766
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月17日
发明者N.温泽尔, N.瑟肯, T.哈默 申请人:西门子公司