[发明专利]轴流式蒸汽涡轮

说明书

技术领域

本发明涉及轴流式蒸汽涡轮，并且更具体而言，涉及对由于固体颗粒冲蚀(SPE)造成的损害具有减小的敏感度的轴流式蒸汽涡轮。为了实现蒸汽涡轮对固体颗粒冲蚀的减小的敏感度，本发明的实施例涉及在蒸汽流膨胀通过涡轮时从蒸汽流中抽取固体颗粒。

背景技术

与蒸汽涡轮且特别是中压蒸汽涡轮相关联的普遍问题是固体颗粒冲蚀(SPE)。当流过涡轮的蒸汽内的固体颗粒冲击旋转的和固定的涡轮构件部件时会发生固体颗粒冲蚀。蒸汽内的固体颗粒具有导致静叶片(或喷嘴)、旋转叶片(或轮叶(bucket))和在旋转叶片的顶端处与护罩处于密封关系的顶端密封装置被冲蚀的倾向。尽管固体颗粒冲蚀可发生在沿着通过蒸汽涡轮的蒸汽流径的任何点处，但是这在中压(IP)蒸汽涡轮的初始的涡轮级中特别普遍。

涡轮级的静叶片的后缘区域的冲蚀可为特别的问题，并且已知这是由于固体颗粒沿与通过涡轮的蒸汽流方向相反的方向从该特定涡轮级的旋转叶片回弹而造成的。用于减小这种特定类型的固体颗粒冲蚀的已知解决方案在文件US 4,776,765中有所描述。一个解决方案是在涡轮级的静叶片的后缘上提供保护材料的涂层或覆层(sheet)，以最大程度地减小那些叶片对由于从涡轮级的相邻的旋转叶片回弹而造成的固体颗粒冲蚀的敏感度。另一个解决方案(其可单独使用或者与前述保护材料结合起来使用)是增大涡轮级的静叶片和旋转叶片之间的间隔，从而降低任何回弹固体颗粒的冲量。

在文件US 4,776,765中提出的解决方案仅设法处理对涡轮级的旋转叶片的后缘的冲蚀问题，然后，如上所述，固体颗粒冲蚀可发生在沿着通过涡轮的蒸汽流径的任何点处。可是，对于减小通过蒸汽涡轮的蒸汽流径中的任何点处的固体颗粒冲蚀的问题的理想解决方案将要在蒸汽到达涡轮之前从蒸汽流中去除固体颗粒，这是不切实际的。因此，已经提出了其它解决方案。

在文件US 4,726,813中描述的一个解决方案利用布置在将锅炉连接到涡轮上的管道系统上的电磁体来产生磁场，从而使蒸汽流内的固体金属颗粒偏转到它们被收集的期望位置。然后蒸汽前进到蒸汽涡轮，以膨胀通过涡轮级。

在文件US 7,296,964中描述的另一个解决方案使流过蒸汽涡轮的含有固体颗粒的蒸汽的一部分离开主蒸汽流径转移到涡轮的给水加热器。因此，转移蒸汽绕过下游旋转构件。一般在蒸汽涡轮的构件部件中提供孔和通道，以容许含有固体颗粒的蒸汽的一部分进行必要的转移，而且在一个实施例中，在第一涡轮级的径向外部静环中提供孔和通道。这些孔和通道与第二(下游)涡轮级的径向外部静环中的通道连通，以使蒸汽的一部分离开第一涡轮级的旋转叶片和叶片顶端密封装置而转移到通往给水加热器的蒸汽抽取通道中。

在文件US 4,726,813和US 7,296,964两者中描述的解决方案是复杂的，并且可能不能一直足够地降低包含在蒸汽流内的固体颗粒的水平。在文件US 7,296,964中提出的解决方案的复杂性部分起因于这样的事实，即，孔和通道需要形成通过蒸汽涡轮的多个级的径向外部静环和顶端密封装置。此外，因为孔和通道仅在预定的周向位置处设置在径向外部静环中，所以转移含有固体颗粒的蒸汽的能力受到限制，因此限制了所提出的解决方案的有效性。

因此，仍然需要改进从轴流式蒸汽涡轮中抽取固体颗粒，以使它们更不易受由固体颗粒冲蚀(SPE)引起的损害的影响。

发明内容

概括地说，本发明的概念提供具有容纳涡轮级的涡轮壳体的轴流式蒸汽涡轮，涡轮级包括静叶片排和在静叶片的下游的动叶片排，动叶片具有以密封的方式与涡轮通道的外壁部分协作的径向外部护罩，其中，在动叶片排的上游的外壁部分中设置周向延伸的通道，从而在蒸汽涡轮的操作期间从蒸汽流中转移出固体颗粒。

在一方面，设置了一种轴流式蒸汽涡轮，包括：

转子、涡轮壳体及多个涡轮级，各个涡轮级包括：

安装在涡轮壳体内部的径向外部静隔膜环(diaphragm ring)、径向内部静隔膜环，以及在径向外部静隔膜环和径向内部静隔膜环之间延伸的静叶片周向排；以及

定位在静叶片周向排的附近和下游的动叶片周向排，各个动叶片包括由转子保持的根部分和包括护罩的顶端部分；