专利名称：用于控制蒸汽涡轮机操作的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及蒸汽涡轮机，且更一般地涉及用于低流量叶片尖 端冷却和水分去除的方法和i殳备。
背景技术：
在已知蒸汽涡轮机中，低流量条件(低VAN)有时在启动时和高背 压操作期间发生。在低VAN操作期间，蒸汽涡轮机的最后级(L-0级) 中的流动结构显著地改变。这种改变由于作用在叶片上的离心力，其能 够发送蒸汽向上，且能够连同主蒸汽流生成尖端和根部再循环区。在叶 片根部区中，流动是向后方向的，从冷凝器携带冷的和湿的蒸汽进入蒸 汽路径。在尖端(外部流动路径)，由于风阻(windage)，蒸汽再循 环在叶片尖端部分提供显著的加热影响。在低流量、高速操作期间，叶 片尖端附近的流动能够被截流且随后由于叶片尖端在截流的蒸汽上做 功，蒸汽被加热。"风阻"加热主要在启动低VAN条件下发生。当低VAN操作是高背压的结果时，在该尖端区中的流动也能够遭受 流动不稳定(非稳态)和压力脉动，其导致L-O叶片动态应力增加。在 稳态操作时，水分能够在L-O喷嘴外部侧壁处积聚。这些水分的去除能 够减少最后级叶片(LSB)腐蚀。上述的低VAN条件在最后级叶片上具有有害的效果。叶片尖端区域 的加热能够减少叶片寿命和可靠性。其也能够减少使用混合叶片结构 (外部叶片区域中的聚合物填充物)的能力。同样，从低VAN条件的不 稳定性能够导致影响叶片可靠性的压力脉动。此外，在最后级中过多的 水分有时尤其在最后级喷嘴的外部侧壁上积聚，其能够导致喷嘴的腐蚀。发明内容一方面，提供包括转子和联接到转子的多个叶片级的蒸汽涡轮机。 每个叶片级包括联接到转子的多个周向间隔的叶片，每个叶片具有基部 部分和尖端部分。该蒸汽涡轮机也包括环绕转子和叶片级的隔板组件、和围绕转子和隔板组件布置的外部壳体。该隔板组件包括定位于叶片级 之间的多个喷嘴级、定位于叶片级的 一个的上游和该叶片级和相邻的喷 嘴级之间的周向延伸的凹槽、周向延伸的抽气室、和从凹槽延伸到抽气 室的至少 一个第 一孔。该至少 一个第 一孔提供凹槽和抽气室之间的流体 连通。该隔板组件也包括从抽气室延伸通过隔4反组件的外部表面的至少 一个第二孔，该至少一个第二孔在抽气室和隔板组件的外部表面和外部 壳体之间的区域之间提供流体连通。另一方面，提供用于蒸汽涡轮机的隔板组件。蒸汽涡轮机包括转子 和联接到转子的多个叶片级。隔板组件包括构造成安放在叶片级之间的 多个喷嘴级、定位于 一个叶片级和邻近该叶片级安放的喷嘴级之间的周 向延伸的凹槽、周向延伸的抽气室、和从凹槽延伸到抽气室的至少一个 第一孔。该至少一个第一孔提供凹槽和抽气室之间的流体连通。该隔板 组件也包括从抽气室延伸通过隔板组件的外部表面的至少一个第二 孔。该至少 一个第二孔在抽气室和所述的隔板组件外部的区域之间提供 流体连通。另一方面，提供控制蒸汽涡轮机操作的方法。汽涡轮机包括转子、 联接到转子的多个叶片级、和围绕转子布置的外部壳体。每个叶片级包 括联接到转子的多个周向间隔的叶片，每个叶片具有基部部分和尖端部 分。该方法包括提供隔板组件以环绕转子和叶片级。该隔板组件包括定 位于叶片级之间的多个喷嘴级、定位于叶片级的一个的上游和该叶片级 和相邻的喷嘴级之间的周向延伸的凹槽、周向延伸的抽气室、和从凹槽 延伸到抽气室的至少一个第一孔。该至少一个第一孔提供凹槽和抽气室 之间的流体连通。该隔板组件也包括从抽气室延伸通过隔板组件的外部 表面的至少 一个第二孔，该至少 一个第二孔在抽气室和隔才反组件的外部 表面和外部壳体之间的区域之间提供流体连通。
图1为示范性的相对流蒸汽涡轮机的截面示意性图示。图2为根据本发明的实施例的图1中显示的蒸汽涡轮机的最后级的 截面示意性图示。图3为图2中显示的隔板组件的放大的示意性图示。图4为图3中显示的最后级的截面示意性图示，其显示冷却蒸汽喷
射流动i 各径。图5为根据本发明的另一实施例的图1中显示的蒸汽涡轮机的最后 级的截面示意性图示。图6为根据本发明的另一实施例的图1中显示的蒸汽涡轮机的最后级的截面示意性图示。
具体实施方式
下文详细描述用于蒸汽涡轮机的隔板，其具有周向延伸的凹槽、抽 气室、连接凹槽与抽气室的至少一个孔、和连接抽气室到隔板和涡轮机 外部壳体之间的区域的至少一个孔。在启动操作期间，隔板允许冷蒸汽传输到最后级叶片的尖端再循环区内，以减少风阻加热条件。同样，在 高背压操作期间，隔板允许外侧区域中的蒸汽从尖端再循环区排出，以 减少尖端附近流动不稳定性，以减少最后级叶片动态应力。此外，在稳 态操作期间，隔板允许从最后级叶片区域水分去除，以减少最后级叶片 的腐蚀。参见附图，图1为示范性的相对流、低压(LP)蒸汽涡轮机10的 示意性图示。涡轮机10包括第一和第二低压段12和14。本领域中已经 知道，每个涡轮机段12和14包括喷嘴和叶片(图1中未显示)的多个 级。转子轴16延伸通过段12和14。每个LP段12和14分别包括输入 喷嘴18和20。单个外部壳体或者外壳22沿着水平面且轴向地分别分成 上和下半段24和26,且横跨LP段12和14。壳体22的中心段28包括 低压蒸汽进口 30。在外部壳体或者外壳22内，LP段12和14排列在由 轴颈轴承32和34支撑的单个轴承跨距中。流动分离器40在第一和第 二涡4仑才几，歐12和14之间延伸。图2为根据本发明的示范性的实施例的蒸汽涡轮机10的最后级42 的截面示意性图示。级42包括静止喷嘴级44和相邻的旋转叶片级46。 喷嘴级44包括接附到隔板组件50的多个周向间隔的喷嘴48。叶片级46 包括联接到转子轴16的多个周向间隔的叶片52。隔板组件50环绕喷嘴 级44和叶片级46。也参见图3，隔板组件50包括定位于叶片级46的上游和叶片级46 和相邻的喷嘴级44之间的周向延伸的凹槽54,和周向延伸的抽气室 56。至少一个第一孔58从凹槽54延伸到抽气室56。第一孔58提供凹 槽54和抽气室56之间的流体连通。至少一个第二孔60从抽气室56延 伸通过隔板组件50的外部表面62。第二孔60在抽气室56和隔板组件 50的外部表面66和外部外壳22 (图1中显示)之间的区域64之间提 供流体连通。在该示范性的实施例中，凹槽54具有勺形的截面。在启动操作期间，凹槽54与抽气室56和第一和第二孔58和60组 合便于冷蒸汽传输到最后级叶片52的尖端再循环区68内，以减少"风 阻，，加热条件。图4图示从隔^反组件50和外部外壳22之间的区域64 到尖端再循环区68内以减少"风阻，，加热的冷蒸汽流70。同样，在高 背压操作期间，凹槽54与抽气室56和第一和第二孔58和60组合便于 蒸汽从尖端再循环区68排出以减少叶片52的尖端72附近的流动不稳 定性，其能够减少最后级叶片动态应力。此外，在稳态涡轮机操作期间， 凹槽54与抽气室56和第一和第二孔58和60组合便于从最后级叶片区 域水分去除，以减少最后级叶片52的腐蚀。可以相信，凹槽54的勺形 截面提高从隔板组件50的水分去除。在图5中显示的另一示范性的实施例中，凹槽54具有围绕隔板组 件50周向延伸的狭槽形状。如上文所述，至少一个第一孔58从狭槽形 凹槽54延伸到抽气室56,且至少一个第二孔60 A人抽气室56延伸通过 隔^反组件50的外部表面62。在图6中显示的另一示范性的实施例中，凹槽54包括连接到外部 凹穴(pocket) 76的狹槽部分74,外部凹穴76的宽度大于狭槽部分74 的宽度。第一孔58从外部凹穴76延伸到抽气室56,第二孔60/人抽气 室56延伸通过隔板组件50的外部表面62。在低VAN启动条件期间的涡轮机10的操作中，"冷，，蒸汽从隔板 组件50和外部外壳22之间的区域64流动通过第二孔60进入抽气室 56，然后通过第一孔58进入凹槽54，且然后进入尖端再循环区68。"冷" 蒸汽减少在低VAN启动条件期间的"风阻"加热条件。在涡轮机10的高背压操作期间，来自主蒸汽流的蒸汽排出到冷凝 器以减轻背压条件。蒸汽流动进入凹槽54且通过第一孔58进入抽气室 56,然后通过第二孔60进入隔^反组件50和外部外壳22之间的区域64， 排出的蒸汽在此引至冷凝器。在稳态操作条件，积聚的水分从最后级42排出到冷凝器，以从最 后级42去除积聚的水分。水分流动进入凹槽54且通过通过第一孔58
进入抽气室56，然后通过第二孔60进入隔板组件50和外部外壳22之 间的区域64，排出的水分在此引至冷凝器。尽管本发明已经关于不同的特定实施例描述，本领域的技术人员将 认识到本发明能够与在权利要求书的精神和范围内的修改实施。
零件列表涡轮机10涡轮机段12涡轮机段12转子轴16输入喷嘴18输入喷嘴20外部壳体或者外壳22下半段24上半段26中心段28低压蒸汽进口 30轴颈轴寿(32轴颈轴岸义34流动分离器40最后级42喷嘴级44叶片级46喷嘴48隔板组件50叶片52凹槽54抽气室56第一孔58第二孔60外部表面62区域64外部表面66尖端再循环区68冷蒸汽流70尖端72狭槽部分74夕卜部凹穴7权利要求
1.一种蒸汽涡轮机(10)，其包括转子；联接到所述转子的多个叶片级(46)，每个所述叶片级包括联接到所述转子的多个周向间隔的叶片，每个所述叶片包括基部部分和尖端部分(72)；环绕所述转子和所述叶片级的隔板组件(50)；和围绕所述转子和隔板组件布置的外部外壳(22)；所述隔板组件包括定位于所述叶片级之间的多个喷嘴级(44)；周向延伸的凹槽(54)，所述凹槽定位于所述叶片级的一个的上游和所述叶片级和相邻的喷嘴级之间；周向延伸的抽气室(56)；从所述凹槽延伸到所述抽气室的至少一个第一孔(58)，所述至少一个第一孔提供所述凹槽和所述抽气室之间的流体连通；和从所述抽气室延伸通过所述隔板组件的外部表面(62)的至少一个第二孔(60)，所述至少一个第二孔在所述抽气室和所述隔板组件的所述外部表面和所述外部外壳之间的区域之间提供流体连通。
2. 根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10 ),其中所述凹槽(54 ) 包括狭槽(74 )。
3. 根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10 ),其中所述凹槽(54 ) 包括大致地勺形。
4. 根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10 ),其中所述凹槽(54 ) 包括联接到外部凹穴(76)的狭槽(74),所述至少一个第一孔(58) 从所述外部凹穴延伸到所述抽气室(56)。
5. 根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10 )，其中所述凹槽(54 ) 定位于最后叶片级(46)上游。
6. 根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机(10 )，其中在隔板组件(50 ) 的外部表面之间的区域与冷凝器流动连通。
7. —种用于蒸汽涡轮机(10)的隔板组件(50)，该蒸汽涡轮机 包括转子(16)和联接到转子的多个叶片级(46),所述隔板组件包括构造成安放在叶片级之间的多个喷嘴级(44);周向延伸的凹槽(54)，所述凹槽在一个叶片级和邻近该叶片级安 放的喷嘴级之间；周向延伸的抽气室(56);从所述凹槽延伸到所述抽气室的至少一个第一孔(58 )，所述至少 一个第一孔提供所述凹槽和所述抽气室之间的流体连通；和从所述抽气室延伸通过所述隔板组件的外部表面(62)的至少一个 第二孔(60)，所述至少一个第二孔在所述抽气室和所述隔板组件的外 侧区域之间提供流体连通。
8. 根据权利要求7所述的隔板组件(50),其中所述凹槽(54) 包括狹槽(74 )。
9. 根据权利要求7所述的隔板组件(50),其中所述凹槽(54) 包括大致地勺形。
10. 根据权利要求7所述的隔板组件(50)，其中所述凹槽(54) 包括联接到外部凹穴(76)的狭槽(74)，所述至少一个第一孔(58) 从所述外部凹穴延伸到所述抽气室(56)。
全文摘要
提供用于控制蒸汽涡轮机操作的方法和设备。提供蒸汽涡轮机。其包括转子和联接到转子的多个叶片级，每个叶片级包括联接到转子的多个周向间隔的叶片且每个叶片包括基部部分和尖端部分。蒸汽涡轮机还包括环绕转子和叶片级的隔板组件和围绕转子和隔板组件布置的外部壳体。隔板组件包括定位于叶片级和周向延伸的凹槽之间的多个喷嘴级，凹槽定位于叶片级之一的上游和叶片级和相邻的喷嘴级之间。隔板组件还包括周向延伸的抽气室和从凹槽延伸到抽气室的至少一个第一孔，其在凹槽和抽气室间提供流体连通。隔板组件进一步包括从抽气室延伸通过隔板组件的外部表面的至少一个第二孔，其在抽气室和隔板组件的外部表面和外部壳体间的区域间提供流体连通。
文档编号F01D9/00GK101148995SQ20071015433
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者B·I·弗罗洛夫, S·S·伯奇克 申请人:通用电气公司