[发明专利]透平机及其冷却方法

说明书

本发明涉及一种透平机，特别是一种蒸汽透平机，它具有一外壳和至少部分利用外壳构成的工作流体入流区，本发明还涉及一种冷却方法，冷却至少一个属于透平入流区的部件。

采用高压、高温蒸汽，特别是采用例如温度超过550℃的具有所谓超临界蒸汽参数的蒸汽，有助于提高透平效率。采用具有这类蒸汽参数的蒸汽，对相应负荷的蒸汽透平，特别是对于与工作流体的入流区相毗邻的透平部件，如壳壁和透平轴，提出了更高的要求。

在D.Bergmann、A.Drosdziok和H.Oeynhausen发表于西门子动力杂志93年第1期第5～10页的论文“适用于先进的电厂方案的具有高蒸汽参数的蒸汽透平”中，描述了一种利用旋流冷却的转子屏蔽装置。在旋流冷却中，蒸汽穿过转子屏蔽装置内的四个切向孔，沿透平轴转动方向流入转子屏蔽装置与转子之间的区域。此处，蒸汽膨胀，温度降低，从而冷却了转子。转子屏蔽装置与导向叶栅气密性连接。利用旋流冷却，转子屏蔽装置周围的转子的温度下降可达约15K。对转子屏蔽装置进一步的说明在EP 0088 944 B1中已有描述，该转子屏蔽装置以一定间距包围住透平轴，并与一级导向叶片栅的导向叶片的径向内端相连。在转子屏蔽装置中装有喷嘴，沿透平轴转向看过去，喷嘴切向通入在转轴与转轴屏蔽装置之间构成的环形通道内。转子屏蔽装置的其它实施例可从DE 32 09 506 A1中获悉。

在瑞士专利文献430 757中，记载了一种在蒸汽透平入流区内的屏蔽元件。该屏蔽元件与一位于入流区中央的，即位于热工作蒸汽流内的输送管相连，该输送管用于支撑屏蔽元件。

在DE 34 06 071A1中，记载了一种双流道蒸汽透平，该蒸汽透平在热蒸汽的入流区内具有一用于透平轴的屏蔽元件。该屏蔽元件经第一级导向叶片栅与外壳相连。在屏蔽元件和透平轴之间形成一间隙。该屏蔽元件在其中心具有一热蒸汽入口，其中，流入间隙内的热蒸汽在第一级动叶片栅之前又流回到热蒸汽主流中。

本发明的目的在于，提供一种透平，它在热负荷很高的区域，特别是在工作流体的入流区是可冷却的。本发明的另一目的在于，提供一种冷却至少一个与入流区相毗邻的透平部件的方法。

本发明有关透平、特别是蒸汽透平方面的目的通过这样一种透平来实现，该透平具有一外壳，该外壳带有一至少部分利用外壳构成的工作流体入流区，其中，冷却流体的输送管设在外壳内，利用它可冷却外壳，特别是冷却与入流区毗邻的壳壁。利用带有这类冷却流体输送管的外壳制式，即使在工作流体以高于550℃的温度进入入流区时，也可显著地降低外壳的温度，由此，能够采用公知材料，特别是马氏体铬钢，或者有可能使用不耐高温的新材料。此处的冷却流体涉及带有多个透平机段的蒸汽透平设备的过程蒸汽、单独的冷却蒸汽或冷却空气。

透平机优选二者择一地具有或另外具有一个与入流区相毗邻的屏蔽元件，该屏蔽元件相对于工作流体来屏蔽一沿主轴在外壳内伸展的动叶片托架。并利用一支架固定在外壳上，在此，输送管穿过支架进入屏蔽元件内。屏蔽元件可在多处经一个或多个支架与外壳相联结。能够同时达到多种冷却效果，即对与入流区毗邻的壳壁的冷却、对支架的冷却、对屏蔽元件的冷却，进而还有对动叶片托架的冷却。利用一由多个分段构成的穿过工作流体的流动路径的输送管，可用一种冷却流体实现对透平多个组件的有效冷却。

支架优选组装在至少沿工作流体方向看过去的第一级导向叶片栅中。为了提高对第一级导向叶片栅，亦即支架的冷却(效果)，设有一根，优选为许多根支管，该支管与输送管相连，并与入流区和/或背向入流区的一侧相通。因此，可另外实现对第一级导向叶片栅的薄膜式冷却。

屏蔽元件优选同样具有至少一个与输送管相连且通向入流区的支管，这导致对屏蔽元件的薄膜式冷却，并因而间接导致动叶片托架热负荷的进一步降低。屏蔽元件可另外具有一与输送管相连的空腔，由此可避免在屏蔽元件内向动叶片托架方向的传热量增大。