[发明专利]汽轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有壳体的汽轮机，其中具有推力平衡活塞的涡轮机轴旋转支承地布置在所述壳体内部并且沿旋转轴线定向，其中在所述壳体和涡轮机轴之间构造流动通道，其中所述涡轮机轴在其内部具有用于沿所述旋转轴线的方向导送冷却蒸气的冷却管道，并且所述冷却管道与至少一条流入管道相连接，用于使冷却蒸汽从所述流动通道流入所述冷却管道中。 

背景技术

具有较高压力及温度的蒸汽的使用有助于提高汽轮机的效率。具有一种这样的蒸汽状态的蒸汽的使用向相应的汽轮机提出提高的要求。 

按本申请的汽轮机，是指每种涡轮机或部分进汽汽轮机，蒸汽形式的工作介质从其当中流过。与此不同的是，燃气轮机用作为工作介质的气体和/或空气流过，但是这种工作介质经受和汽轮机中的蒸汽完全不同的温度和压力条件。与燃气轮机相反，在汽轮机中比如所述流入部分进汽汽轮机的工作介质在具有极高温度的同时也具有极高的压力。因此，如在燃气轮机中一样的敞开式的冷却系统在没有外部供给的情况是无法实现的。 

汽轮机通常包括配有叶片的、可转动地支承的转子，该转子布置在壳体套内部。在经过加热的且处于压力之下的蒸汽流经由所述壳体套形成的流动空间时，所述蒸汽通过叶片将所述转子置于旋转之中。安装在转子上的叶片也称为工作叶片。除此以外，在所述壳体套上通常安装静止的、啮合在所述工作叶片的中间空隙中的导向叶片。导向叶片通常保持在沿所述汽轮机壳体的内侧的第一位置上。在此，该导向叶片通常是导向叶片环的一部分，所述导向叶片环包括多个沿内圆周布置在所述汽轮机壳体的内侧上的导向叶片。在这种情况下，每个导向叶片以其叶身在径向向内指向。设在沿着轴向伸长的位置上的导向叶片环也称为导向叶片级。通常先后布置多个导向叶片级。 

在提高效率方面，冷却起着重要作用。在迄今公开的、用于对汽 轮机壳体进行冷却的冷却剂方法中，可以分为主动式冷却和被动式冷却。在主动式冷却中，通过单独地也就是作为工作介质的补充输送给汽轮机壳体的冷却介质来致冷。与此相反，被动式冷却则仅仅通过工作介质的合适的导送或运用来实现。汽轮机壳体的通常的冷却局限于被动式冷却。比如已知，使较冷的已膨胀的蒸汽围绕汽轮机的内部壳体流动。但这样做的缺点是，必须有限制地保持在内部壳体壁体上的温度差，因为否则在温度差太大的情况下所述内部壳体会发生太大的热变形。虽然在围绕所述内部壳体流动时散出热量，但是散热距离热量输入位置较远地进行。迄今为止还没有在足够的程度上紧靠热量输入位置附近进行散热。通过恰当地设计工作介质在所谓的斜流级(Diagonalstufe)中的膨胀可以进行进一步的被动冷却。不过，在这方面对所述壳体仅仅可以获得十分有限的冷却作用。 

可转动地支承在所述汽轮机中的涡轮机轴在运行中经受很大的热负荷。涡轮机轴的开发及制造同时十分昂贵并且很费时间。所述涡轮机轴被视为汽轮机的经受最高负荷的并且最为昂贵的部件。这一点愈加适用于高的蒸汽温度。 

有时由于涡轮机轴的高质量，这些涡轮机轴在热方面具有惰性，这就在涡轮机组的热负荷变换时产生负面影响。这意味着，整个汽轮机对负荷变换的反应在很大程度上依赖于涡轮机轴能够对改变的热条件作出反应的速度。为了对涡轮机轴进行监控，按标准对温度进行监控，这一点十分麻烦并且成本很高。 

涡轮机轴的性能在于，这些涡轮机轴不具有重要的散热片。因此布置在涡轮机轴上的工作叶片的冷却变得十分困难。 

为了改善涡轮机轴和热负荷的匹配，已知在入流区域中掏空涡轮机轴或者将其构造为空心轴。这些空腔通常要封闭并且填充空气。 

不过，在运行中出现的很高的、大部分由来自离心力的切向应力构成的应力对前述汽轮机空心轴产生负面影响。这些应力大概双倍于在相应的实心轴上可能出现的应力。这对空心轴的材料选择具有极大影响，从而可能导致所述空心轴不适合于高的蒸汽状态或者说无法实现。 

在燃气轮机制造中已知，将空气冷却的空心轴构造为薄壁的焊接结构。此外还已知，通过所谓的具有盘片的切端面齿 (Hirth-Verzahnung)来构造所述燃气轮机轴。这些燃气轮机轴为此具有中央的拉杆。 

不过，在燃气轮机上的冷却原理通常不能直接套用到汽轮机制造上，因为与燃气轮机相反，汽轮机作为封闭的系统来运行。在此指的是，工作介质处于循环中并且没有排放到环境中。在燃气轮机上所使用的、其实由空气和废气组成的工作介质则在从燃气轮机的涡轮机单元中流过之后排放到环境中。 

除此以外，与燃气轮机相反，汽轮机没有任何压缩机单元，并且此外通常仅仅在径向上才可接触到汽轮机的轴。