专利名称：涡轮外壳及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于特别为蒸汽涡轮的大型涡轮的外壳设计。更具体地，本发明涉及用于电力输出超过1000MW的蒸汽涡轮的外壳和设计与制造这种外壳的相关方法。
背景技术：
在以下描述中，术语“涡轮”用于指示旋转式发动机，其具有通过诸如水或气体的流体介质进行力耦合的转动部分和定子部分。本发明特别感兴趣的是轴流式涡轮，其包括与移动转子叶片的径向布置相交替的径向布置的固定定子叶片或静叶(vane)。移动在此通常限定为相对外壳或壳体的移动。设计和制造大型涡轮的领域主要为对设计和制造的定做方法。这种方法使各涡轮作为为特定的发电厂或经营者定制的单项产品。为了减少使涡轮设计适应一套新规格所涉 及的努力和成本，过去已经尝试至少标准化涡轮的一些部分以获得更模块化的并且因此可更容易地改变的设计。德国公开的专利申请No. DE 44 25 352 Al例如描述了具有铸造壳体的蒸汽涡轮，该铸造壳体构造为标准外壳以覆盖多种不同变型。根据‘352专利申请的标准外壳具有数个抽吸端口，其可根据给定涡轮变型而选择性地打开。在该标准壳体的铸造后，所有的抽吸端口是关闭的。为了抽吸端口的选择性打开，壁的部分被钻出以形成所需的端口。大型涡轮的外壳典型地制造为两个分开部分，即底半部和顶半部。在将诸如转子、移动的和静止的叶片或隔板、密封件等的涡轮的内部部分放在适当位置后，这些半部在现场利用螺栓连接在一起。尽管分开了，但是外壳的各半部仍可重达100吨或更多。考虑到铸造用于涡轮特别地用于大型蒸汽涡轮的外壳所涉及的复杂性和成本，视为本发明的目的的是提供涡轮外壳、涡轮外壳的设计和制造外壳的方法，它们减少在从一套规格转移到另外的规格时所需的变化量。本发明解决的特定问题是，使给定型号的涡轮适应电力网的不同频率因此适应不同的旋转速度所需的改变。
发明内容
根据本发明的一方面，提供用于大型涡轮的外壳的设计，其中，该外壳至少包括以如下方式设计的前端区段、中间区段和末端区段，该方式使得提供用于旋转速度的改变以使涡轮适应不同电力网频率所需的、对外壳模具的改变限于用于外壳的中间区段的模具。在优选变型中，在用于前端区段和末端区段的模具保持不变的同时，中间区段在隔板支持数量、开口数量或两者的方面变化。在本发明的另外优选实施例中，大型涡轮外壳包括适合于接收高压涡轮的高压外壳部分和设计成接收中压涡轮的中压外壳部分，该中压涡轮接收通过高压涡轮的蒸汽。因此，外壳优选为组合的高压(HP)和中压(IP)外壳，用于在单个外壳内容纳HP和IP涡轮。平衡两个部分以减少当蒸汽通过涡轮时在涡轮转子的轴承上的所引起的力。在这个实施例中，中压部分集成到模具的后端并且因此当使设计适合于旋转速度或不同电力网频率的改变(特别地对于在50Hz电网频率和60Hz频率之间的改变)时保持不变。本发明的涡轮外壳优选地具有足以在低温低压下容纳大流量的(饱和的)湿蒸汽的尺寸。特别地，涡轮外壳具有足以在低于350摄氏度的低温或更优选地在低于300摄氏度的低温下、在低于100巴的压力下容纳超过5000吨/小时或更优选地超过8000吨/小时的(饱和的)湿蒸汽流的大小。在外壳的排气管道处的排气或排放压力优选低于10巴。对模具和模具的部分的任何改变通过对利用这种模具而生产的外壳的改变直接映射。因此对在此处的模具的特殊形式的任何要求延伸到利用这种模具制造的外壳和利用这种模具的外壳的制造或铸造的任何方法。本发明的这些和另外方面从以下详细描述和下列的附图中将显而易见。
本发明的示范性实施例现在通过参照附图而描述，其中
图IA和IB示出用于两种不同电网标准的两个外壳的竖直截面图，其示出上半部和下半部；和
图2A和2B示出从水平结合线观察的用于两种不同电网标准的外壳的下半部。部件列表 外壳 10a, IOb 分隔线101a, IOlb 前端区段11a，Ilb 中间区段12a，12b
用于涡轮级的支承结构121a，121b 蒸汽入口管道122a，122b 末端区段13a，13b 蒸汽抽吸端口 123a，123b。
具体实施例方式利用分别适合用于50Hz和60Hz电力网的涡轮的涡轮壳体或外壳的示例，本发明的示例的方面和细节在以下描述中更详细地描述。图IA和IB示出的是通过为两种不同标准设计的涡轮外壳的竖直截面。在图IA中，外壳适合于围绕HP和IP涡轮的组合并适合于联接至用于50Hz电力的发电机，图IB示出用于60Hz电力网的相应外壳。图IA的外壳IOa具有三个主要区段，它们的界限通过线IOla在图中指出。前端区段Ila覆盖于高压(HP)涡轮上并且包括管道以引导蒸汽从HP涡轮的末级到再热器或直接地进入中压(IP)涡轮。中间区段12a为用于HP涡轮的外壳并包括用于三个涡轮级的支承结构121a。它还包括用于新鲜蒸汽的入口管道122a的一部分。第三、末端区段13a包括用于新鲜蒸汽的入口管道122a的剩余部分、用于IP涡轮的支承结构(未全示出)、用于引导蒸汽进入IP涡轮的另外管道、和排气管道。排气管道引导蒸汽离开外壳到在更低蒸汽压下运行的另外涡轮。
该外壳建置为用于组合的HP和IP涡轮的单个外壳，该组合的HP和IP涡轮用于饱和(湿)蒸汽的高质量流。在正常运行条件下，该组合的HP/IP涡轮和它们的外壳允许在290摄氏温度下每小时超过9000吨湿蒸汽的通流，其中，在入口管道处75巴的压力并且在出口或排气管道处大约3巴的压力。图IB的外壳IOb同样具有三个主要区段，它们的界限通过线IOlb在图中指出。前端区段Ilb覆盖于高压(HP)涡轮并包括管道以引导蒸汽从HP涡轮的末级到再热器或直接地进入中压(IP)涡轮。中间区段12b为用于HP涡轮的外壳并包括用于四个涡轮级的支承结构121b。它还包括用于新鲜蒸汽的入口管道122b的一部分。第三、末端区段13b包括用于新鲜蒸汽的入口管道122b的剩余部分、用于IP涡轮的支承结构(未全示出)、用于引导蒸汽进入IP涡轮的另外管道、和排气管道。排气管道引导蒸汽离开外壳到在更低蒸汽压下运行的另外涡轮。图IA和IB的外壳分别在图2A和2B中以不同的视图示出。在图2A和2B中，夕卜壳示出为由从当完全装配时底半部和顶半部结合的平面对外壳的底半部的水平横截视图来表示。在此视图中，在中间区段12a，12b中用于蒸汽抽吸的孔123a，123b的相对位置更·清楚地可见。在图IA与2A的外壳和图IB与2B的外壳之间的差别分别限于中间区段12a，12b。特别地，图IB和2B的外壳具有用于第四级的额外支承121b。此外，蒸汽抽吸端口123a，123b的位置在外壳的两个变体之间改变。在本发明的其它示例中，当例如通过增加更多或减少蒸汽抽吸端口或排出孔的数量而在设计之间转移时，可存在更少的或更多的改变。但是，值得注意的是任何这种改变发生于中间区段，从而使得保持前端区段和末端区段以及它们各自的模具不变。在最终涡轮中，更多的改变可通过焊接或机械连接另外部分或者通过在外壳上钻出另外孔而引入。这种改变被认为是在铸造之后的改变并且因此不认为是在本发明的范围内的改变，其涉及在实际铸造之前外壳的设计和制造。本发明提供的改进促进当在适应于不同电网标准和诸如旋转速度的它们的运行参数的不同涡轮设计之间转移时涡轮壳体的铸造。通过将变化限制于模具的一个区段，所有其它区段可被重新利用并且因此新方法和外壳使用于铸件的快速模具构建成为可能并且这减少以不同标准制造涡轮的成本和时间。本发明纯粹经由示例而在上文中描述，并且可在本发明的范围内做出修改。例如，在外壳的区段之间的分区的精确位置受设计考虑支配并且可改变以促进例如模具构建或铸造工艺。本发明还在于，在本文中描述的或隐含的任何单独特征，或在附图中示出的或隐含的任何单独特征，或任何这些特征的任何组合，或任何这些特征或组合的任何概括，这延伸到它们的等同物。因而，本发明的广度和范围不应该被任何上述示范性实施例所限制。在包括附图的本说明书中公开的各特征可被具有相同的、等同的或类似的目的的可选择的特征所替换，除非另外明确地声明。除非在此明确地声明，贯穿本说明书的现有技术的任何讨论不是承认这种现有技术被广泛认知或形成本领域公知常识的一部分。
权利要求
1.一种用于大型涡轮的外壳，所述大型涡轮设计成提供电力到公共电力网，其中，所述外壳至少包括以如下方式设计的前端区段、中间区段和末端区段，所述方式使得提供旋转速度的改变以使所述涡轮适应不同电力网频率所需的、对所述外壳的模具的改变限于用于所述外壳的中间区段的模具。
2.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，所述涡轮是在单个外壳内的组合的高压涡轮和中压涡轮，其中，容纳所述中压涡轮的所述外壳的部分为所述末端区段。
3.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，对所述中间区段的改变包括对用于级的支承结构的数量的改变。
4.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，对所述中间区段的改变包括对用于蒸汽抽吸或排出的管道的位置或数量的改变。
5.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，具有容纳超过5000吨/小时的蒸汽流的入口管道和出口管道。
6.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，具有在低于100巴的压力下接收湿蒸汽的入口管道和在低于10巴的压力下排放蒸汽的出口管道。
7.根据权利要求I所述的外壳，其特征在于，具有在低于350摄氏度的温度下接收湿蒸汽的入口管道。
8.一种用于大型涡轮的外壳的模具，所述大型涡轮设计成提供电力到公共电力网，所述模具至少包括在铸造工艺前组装的前端区段、中间区段和末端区段，其中，所述前端区段、所述中间区段和所述末端区段设计成使得提供旋转速度的改变以使所述涡轮适应不同电力网频率所需的、对所述外壳的模具的改变限于用于所述外壳的中间区段的模具。
9.一种制造用于大型涡轮的外壳的方法，所述大型涡轮设计成提供电力到公共电力网，所述方法包括如下步骤设计所述涡轮外壳以至少包括前端区段、中间区段和末端区段，并且将提供旋转速度的改变以使所述涡轮适应不同电力网频率所需的、对所述外壳的模具的改变限于用于所述外壳的中间区段的模具。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤组合所述前端区段、所述中间区段和所述末端区段的模具以制备用于所述涡轮外壳的铸造的模具。
全文摘要
本发明涉及涡轮外壳及其制造方法。描述用于大型涡轮的外壳的设计，其中，该外壳至少包括以如下方式设计的前端区段、中间区段和末端区段，该方式使得提供旋转速度的改变以使涡轮适应不同电力网频率所需的、对外壳模具的改变限于用于外壳的中间区段的模具。
文档编号F01D25/24GK102889100SQ20121025079
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者E.奥利沃 申请人:阿尔斯通技术有限公司