[发明专利]涡轮机装置的优化的涡轮机级以及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮机装置的涡轮机，尤其是一种蒸汽涡轮机装置的蒸汽涡轮机。另外本发明还涉及一种设计涡轮机的方法以及一种运行配有这种涡轮机的涡轮机装置的方法。

背景技术

由于不断的努力以提高现代涡轮机装置的效率，尤其是提高现代蒸汽涡轮机装的效率，提高涡轮机装置的过程温度是值得追求的。过程温度的提高一方面尤其是影响到涡轮机装置的高压涡轮机，另一方面又影响到涡轮机装置的中压涡轮机。由此涡轮机装置被加载更高的温度。这就导致了如今即使在蒸汽涡轮机中也已经达到了不能在没有温度降低措施的情况下使用传统的尤其用于涡轮机叶片组、流动通道壁以及涡轮机轴的材料的温度了。

这样的温度降低措施例如可以是借助冷却液冷却涡轮机的叶片。燃气涡轮机中叶片的冷却长久以来已经众所周知。但是对此一方面要以合适的方式提供冷却液，不管是通过外部的提供或者通过从涡轮机装置的压缩机级中的其中一级抽取出来。这就导致了涡轮机装置的总效率降低。同样在通过冷却液流入到涡轮机的主流中来对叶片进行薄膜冷却或者扩散式冷却的情况下也会造成空气动力学的损失。

作为替代方案，叶片和一部分涡轮机轴可以使用高耐热性的材料来制造，但这样一来涡轮机的生产非常昂贵。

除了提高过程温度外，主要还要力求提高过程压力。通过提高过程参数，尤其是在高压涡轮机的第一涡轮机级内部会出现流过涡轮机的流体、通常是空气或者说燃气涡轮机里的废气或者蒸汽涡轮机里的蒸汽的只是相对较小的体积流量。

小的体积流量又以在小的叶片长宽比情况下的涡轮叶片的小的叶片高度为前提条件。因此要将这样的涡轮机叶片组以高空气动力学效率进行设计常常是很难的。

发明内容

本发明设法解决这一问题。因此本发明的任务是说明一种开头所述类型的涡轮机和一种设计涡轮机的方法。通过这种涡轮机和方法减少或者避免现有技术的缺点。

本发明尤其有助于提高涡轮机装置的涡轮机的效率，尤其是提高蒸汽涡轮机装置的蒸汽涡轮机的效率。根据另一方面，通过本发明提供了一种生产成本低且效率得到优化的涡轮机，该涡轮机可以加载高的入口温度。

这一任务按本发明将通过按权利要求1的涡轮机以及通过按其它装置独立权利要求的涡轮机装置、通过按第一方法独立权利要求的用于设计涡轮机的方法以及通过按其它方法独立权利要求的用于运行按本发明构造的涡轮机装置的方法来解决。本发明其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

按本发明构造的涡轮机包括至少一个径向的或者对角线的涡轮机级，该涡轮机级具有一个径向或者说对角线的入口和一个轴向的出口。轴向的出口也可以理解为这样的出口，其中在从有关涡轮机级的叶轮中出来时的流动在流入后面的涡轮机级中前还具有对角线的流动方向，但在该对角线的流动方向中流动从流动通道转向轴向方向。另外按本发明构造的涡轮机包括至少一个轴向涡轮机级，该轴线涡轮机级具有一个轴向的入口和一个轴向的出口。

每个涡轮机级包括至少一个叶轮。通常一个涡轮机级包括一个导轮和一个在流动方向上后置于导轮的叶轮。

在本发明的框架中，入口方向和出口方向也可以与径向或者说对角线的和轴向的方向偏离一个容差角度。但其中主要的流动方向还是要保持。

所述至少一个径向的或者对角线的涡轮机级是作为涡轮机的第一级设置的，并且所述至少一个轴向涡轮机级在所述至少一个径向的或者对角线的涡轮机级下游是作为涡轮机的其它级设置的。其中所述至少一个径向的或者对角线的涡轮机级如此构造，使得它比所述至少一个轴向涡轮机级具有更高的耐热性。

按本发明的涡轮机优选为高压涡轮机，该高压涡轮机在涡轮机装置中直接设置在涡轮机装置的燃烧室或者蒸汽发生器的下游。但按本发明构造的涡轮机也可以是中压涡轮机或者低压涡轮机，其中在中压涡轮机或者低压涡轮机的上游常常会设置一个中间过热器。在按本发明构造的涡轮机下游还可以设置一个或多个其它的以常规方式构造的涡轮机。