[发明专利]汽轮机和汽轮机运行方法

说明书

本发明涉及一种汽轮机，包括一个外缸和一个内缸，其中外缸和内缸有 一个新汽输入通道，一个具有推力平衡活塞并包括多个工作叶片的转子旋转 支承地装在内缸的内部，以及内缸有多个导向叶片，它们排列为沿流动方向 构成一个包括多个叶片级的流动通道，这些叶片级分别有一排工作叶片和一 排导向叶片。

此外，本发明还涉及一种汽轮机的运行方法，汽轮机包括一个外缸和一 个内缸，其中外缸和内缸有一个新汽输入通道，一个具有推力平衡活塞并包 括多个工作叶片的转子旋转支承地装在内缸的内部，以及在内缸上以这样的 方式设置多个导向叶片，即，使得沿流动方向构成一个包括多个叶片级的流 动通道，这些叶片级分别有一排工作叶片和一排导向叶片，运行时蒸汽通过 流动通道流动。

在本申请的范围内汽轮机指任何透平或汽轮机段，它们被一种形式上为 蒸汽的工质流过。与之不同，燃气轮机作为工质流过燃气和/或空气，但与汽 轮机中的蒸汽相比，燃气处于完全不同的温度和压力条件下。与燃气轮机不 同，在汽轮机中例如流入其中一个汽轮机段的工质在有最高温度的同时有最 大压力。在燃气轮机中即使没有涡轮段外部的冷却剂供给装置，也能实现一 种开式的相对于流动通道开放的冷却系统。对于汽轮机则应设一个外部的冷 却剂供给装置。因此先有技术涉及的燃气轮机已经不能用来评价本申请的技 术主题。

汽轮机通常包括一个装有叶片并可旋转地支承的转子，它装在汽缸或汽 缸罩壳内部。在用已加热和处于压力下的蒸汽流过由汽缸罩壳构成的流动通 道内腔时，蒸汽通过叶片使转子旋转。转子的叶片也称为工作叶片。此外在 内缸上通常悬挂固定的导向叶片，它们沿叶片的轴向长度插入转子叶片的空 隙内。导向叶片通常沿汽轮机汽缸内侧固定在第一位置。在这里叶片通常是 一个包括许多导向叶片的导向叶片排的组成部分，这些导向叶片沿内圆周装 在汽轮机汽缸内侧上。每个导向叶片将其叶身沿径向朝里。在上述沿轴向长 度第一位置的一个导向叶片排也称为导向叶片叶栅或导向叶片环。通常一些 导向叶片排前后串联。相应地沿轴向长度在第一位置后的第二位置上，沿汽 轮机汽缸内侧固定另一个第二叶片。一对导向叶片排和工作叶片排也称为一 个叶片级。

此类汽轮机的汽缸罩壳可以由一些汽缸段组成。汽轮机的汽缸罩壳尤其 指汽轮机或汽轮机段固定的汽缸构件，它沿汽轮机纵向有一个形式上为流动 通道并规定用于流过形式上为蒸汽的工质的内腔。取决于汽轮机类型，它可 以是内缸和/或导向叶片支架。但也可以采用没有内缸或没有导向叶片支架的 透平汽缸。

出自于效率的原因，这种汽轮机的设计可以针对追求所谓的“高蒸汽参 数”，亦即尤其高蒸汽压力和/或高蒸汽温度。当然，尤其提高温度由于材料 技术方面的原因不可能是无限制的。因此，为了即使在特别高温度的情况下 汽轮机仍能可靠运行，希望能冷却各构件或部件。也就是说这些构件的耐热 强度都是有限的。在温度提高时没有有效的冷却需要非常昂贵的材料(例如 镍基合金)。

按迄今已知的尤其用于形式上为汽轮机汽缸或转子的汽轮机构件的冷 却方法，可分为主动冷却和被动冷却。按主动冷却，冷却通过一种独立于汽 轮机构件，亦即除工质之外附加输入的冷却剂实现。反之，被动冷却仅通过 恰当导引或利用工质进行。迄今汽轮机构件优选被动冷却。

例如由DE3421067C2已知，汽轮机内缸用已膨胀的冷的蒸汽绕流。然 而其缺点是，必须保持沿内缸壁有限的温差，因为要不然在温差过大时内缸 会产生过大的热变形。尽管在绕流内缸时实施散热，然而这种散热离供热的 地点距离比较远。在供热地点邻近的散热迄今不能充分实现。另一种被动冷 却可以在一个所谓的混流级中借助恰当设计工质的膨胀达到。由此当然只能 达到汽缸非常有限的冷却效果。

在US6102654中介绍了汽轮机汽缸内部各构件的主动冷却，其中冷却 限于热工质的流入区。冷却剂的一部分与工质混合。在这里冷却应通过绕流 要冷却的构件达到。

由WO97/49901和WO97/49900已知，一个用于屏蔽各转子区的单个导 向叶片环，按选择通过转子内一个从中央空腔供给的独立径向通道加入一种 介质。为此，所述的介质经此通道与工质混合并按选择绕流此导向叶片环。 然而，在转子为此所设的中央孔只好忍受高的离心应力，这意味着是设计及 运行中的一个严重的缺点。