專利名稱：控制汽輪機(jī)中泄漏的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制汽輪機(jī)中泄漏的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，用于驅(qū)動(dòng)裝置，例如發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)和泵。提供給汽輪機(jī)的熱能以高溫蒸汽的形式進(jìn)入汽輪機(jī)。汽輪機(jī)包括殼體或外殼，以及至少一個(gè)增壓部分，其中各增壓部分包括具有多個(gè)旋轉(zhuǎn)部分和多個(gè)固定部分的多個(gè)級(jí)。
旋轉(zhuǎn)部件包括轉(zhuǎn)子和多個(gè)動(dòng)葉。轉(zhuǎn)子延伸通過(guò)增壓部分，并可旋轉(zhuǎn)地支撐在增壓部分的殼元件附近。轉(zhuǎn)子的一部分可操作地連接到機(jī)械上以向其傳遞能量。所述多個(gè)動(dòng)葉固定到轉(zhuǎn)子上，與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。
高溫蒸汽通過(guò)至少一個(gè)流體入口通道進(jìn)入增壓部分。蒸汽高速引導(dǎo)到第一級(jí)的多個(gè)葉片上。當(dāng)高速蒸汽接觸多個(gè)葉片時(shí)，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)或持續(xù)旋轉(zhuǎn)。在汽輪機(jī)各連續(xù)的級(jí)，引起或繼續(xù)了相同形式的旋轉(zhuǎn)。通過(guò)汽輪機(jī)中多個(gè)級(jí)的蒸汽離開增壓部分，可重引導(dǎo)至汽輪機(jī)的另一個(gè)增壓部分。
盡管如上所述，汽輪機(jī)中，大多數(shù)蒸汽通過(guò)流過(guò)多個(gè)級(jí)以旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子而做功，但是還有一部分蒸汽——泄漏蒸汽，其在做功過(guò)程中損失。因?yàn)樾孤┱羝恍D(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，所以泄漏蒸汽在汽輪機(jī)中不做功。汽輪機(jī)中不旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的泄漏蒸汽表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的損失。
在汽輪機(jī)中使用密封元件以減少泄漏蒸汽的流動(dòng)。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩可通過(guò)減少泄漏蒸汽的量而增加。密封元件的實(shí)例為端密封蓋。一個(gè)端密封蓋通常位于汽輪機(jī)增壓部分的末端部分的附近。例如，一個(gè)端密封蓋在第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的上游側(cè)處布置轉(zhuǎn)子部分上。
端密封蓋構(gòu)造成減少端密封蓋與轉(zhuǎn)子之間沿著遠(yuǎn)離第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的方向的蒸汽流動(dòng)量。但是，在轉(zhuǎn)子與端密封蓋之間仍有可測(cè)的泄漏蒸汽量不合需要地通過(guò)。
因此，需要使用汽輪機(jī)中先前已做功的蒸汽來(lái)減少可在密封元件與轉(zhuǎn)子之間流動(dòng)的蒸汽量，以使更多的蒸汽可以用來(lái)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的用于引導(dǎo)汽輪機(jī)中流體的設(shè)備。所述汽輪機(jī)具有包括固定到轉(zhuǎn)子的多個(gè)動(dòng)葉的級(jí)。所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成響應(yīng)于從入口通道流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的第一流體量而旋轉(zhuǎn)。所述設(shè)備包括具有從其中延伸通過(guò)的流體通道的元件。所述流體通道包括與所述汽輪機(jī)的所述級(jí)的排出側(cè)流體連通的第一末端。包括一部分所述第一流體量的第二流體量在所述級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述流體通道，并從所述流體通道的出口排出。所述出口與區(qū)域流體連通，其中所述區(qū)域位于所述級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件之間。所述區(qū)域從所述級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量。從所述出口排出的所述第二流體量既減少了進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加了流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
提供了一種根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施例的用于引導(dǎo)汽輪機(jī)中流體的設(shè)備。所述汽輪機(jī)具有包括固定到轉(zhuǎn)子的多個(gè)動(dòng)葉的級(jí)，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成響應(yīng)于從入口通道流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的第一流體量而旋轉(zhuǎn)。所述設(shè)備包括第一元件和第二元件。所述第一元件包括從其中延伸通過(guò)的第一流體通道。所述第一流體通道與所述汽輪機(jī)的所述級(jí)的排出側(cè)流體連通。包括一部分所述第一流體量的第二流體量從所述級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述第一流體通道。所述第二元件包括從其中延伸通過(guò)的第二流體通道。所述第二流體通道與所述第一流體通道流體連通。引導(dǎo)所述第二流體量從所述第一流體通道進(jìn)入所述第二流體通道，并將所述第二流體量從所述第二流體通道的出口排出。所述出口與區(qū)域流體連通，其中所述區(qū)域位于所述級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件之間。所述區(qū)域從所述級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量。從所述出口排出的所述第二流體量既減少了進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加了流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
提供了一種根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施例的汽輪機(jī)。所述汽輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子、多個(gè)級(jí)、第一元件和第二元件。所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地接收在所述汽輪機(jī)中。所述多個(gè)級(jí)布置成彼此成面對(duì)間隔關(guān)系。所述多個(gè)級(jí)的每個(gè)級(jí)都包括固定到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)動(dòng)葉。所述多個(gè)動(dòng)葉的每個(gè)動(dòng)葉都具有至少一個(gè)固定到其上并與相鄰葉片間隔的葉片。當(dāng)來(lái)自入口通道的第一流體量接觸所述多個(gè)間隔開的葉片時(shí)，所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且所述第一流體量通過(guò)沿著下游方向經(jīng)過(guò)第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的所述多個(gè)間隔開葉片之間至所述第一級(jí)的排出側(cè)，而朝著第二級(jí)多個(gè)動(dòng)葉流過(guò)所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉。所述第一級(jí)的所述排出側(cè)限定出所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉與所述第二級(jí)多個(gè)動(dòng)葉之間的區(qū)域。所述第一元件包括從其中延伸通過(guò)的第一流體通道。所述第一流體通道與所述汽輪機(jī)的所述第一級(jí)的所述排出側(cè)流體連通。包括一部分所述第一流體量的第二流體量從所述第一級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述第一流體通道。所述第二元件繞著所述轉(zhuǎn)子一部分布置。所述第二元件包括從其延伸通過(guò)的第二流體通道。所述第二流體通道與所述第一流體通道流體連通。所述第二流體量被引導(dǎo)從所述第一流體通道進(jìn)入所述第二流體通道，并從所述第二流體通道的出口排出。所述出口與區(qū)域流體連通，其中所述區(qū)域位于所述第一級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件之間。所述區(qū)域從所述第一級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量。從所述出口排出的所述第二流體量既減少了進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加了流過(guò)所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。


圖1為汽輪機(jī)增壓部分的一部分的截面圖；圖2為圖1增壓部分的一部分的放大截面圖，示出了增壓部分之中的流體流動(dòng)通道；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的第一流體通道和第二流體通道的截面圖，其中第一流體通道和第二流體通道用于在圖1的增壓部分中引導(dǎo)一部分流體；圖4為在圖3的汽輪機(jī)中利用的過(guò)渡管道的放大圖；圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明可選具體實(shí)施例布置在殼元件外部的流體通道的截面圖，其中該流體通道用于在圖1的增壓部分中引導(dǎo)一部分流體；
圖6為在圖5的汽輪機(jī)中利用的過(guò)渡管道的放大圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明可選具體實(shí)施例的具有排出口的端密封蓋放大圖；以及圖8為示出了根據(jù)本發(fā)明可選具體實(shí)施例布置在固定導(dǎo)向元件中的流體通道的截面圖，其中該流體通道用于在圖1的增壓部分中引導(dǎo)一部分流體。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及引導(dǎo)流體通過(guò)汽輪機(jī)的一部分以提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。更具體地，本發(fā)明的具體實(shí)施例涉及引導(dǎo)已在汽輪機(jī)中做完功的一部分蒸汽，使得減少汽輪機(jī)中未做功的泄漏蒸汽，以便使更多的蒸汽變得可用于在汽輪機(jī)中做功，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
在本文描述的具體實(shí)施例中，大量蒸汽從汽輪機(jī)第一級(jí)的排出側(cè)被引導(dǎo)向第一級(jí)的上游位置。所述大量蒸汽在被引導(dǎo)之前已在第一級(jí)處做完了功。所述引導(dǎo)的大量蒸汽在上游位置排出，以減少在上游位置附近的蒸汽泄漏量，其中泄漏蒸汽未在汽輪機(jī)中做功。這種流動(dòng)線路的優(yōu)點(diǎn)時(shí)使用已經(jīng)在汽輪機(jī)中做完功、從而有助于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的大量蒸汽來(lái)減少泄漏蒸汽的量。泄漏蒸汽量的減少導(dǎo)致增加了汽輪機(jī)中通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子做功的蒸汽的量，從而提高了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
汽輪機(jī)包括多個(gè)增壓部分。例如，在一種結(jié)構(gòu)中，汽輪機(jī)可包括高壓(HP)部分、中間(IP)或再加熱(RH)部分、以及低壓(LP)部分。在另一種結(jié)構(gòu)中，汽輪機(jī)可包括HP部分、RH部分和LP部分。依據(jù)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和汽輪機(jī)供給機(jī)械能的設(shè)備，汽輪機(jī)可包括增壓部分的各種組合。
汽輪機(jī)的各增壓部分包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件和多個(gè)固定部件。各增壓部分還包括彼此成面對(duì)隔開關(guān)系的多個(gè)級(jí)。對(duì)于具有沖擊結(jié)構(gòu)(impulseconfiguration)的汽輪機(jī)，旋轉(zhuǎn)部件包括轉(zhuǎn)子、多個(gè)轉(zhuǎn)輪元件、以及多個(gè)動(dòng)葉。轉(zhuǎn)子延伸通過(guò)增壓部分，并可旋轉(zhuǎn)地支撐在至少一個(gè)固定殼體或殼元件的附近。增壓部件的多個(gè)級(jí)中的每個(gè)都包括一個(gè)固定到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)輪元件以及固定到轉(zhuǎn)輪元件的多個(gè)動(dòng)葉。當(dāng)連接到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)輪元件以及多個(gè)動(dòng)葉繞著轉(zhuǎn)子的一部分布置時(shí)，它們通常具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。在具有反作用(鼓-轉(zhuǎn)子)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中，多個(gè)動(dòng)葉固定到轉(zhuǎn)子上，而不是固定到轉(zhuǎn)輪元件上。動(dòng)葉和轉(zhuǎn)子構(gòu)造成在殼元件之中旋轉(zhuǎn)。各級(jí)的多個(gè)動(dòng)葉包括固定在其上的多個(gè)間隔開的葉片。
在具體實(shí)施例中，入口通道的高溫蒸汽或流體被引導(dǎo)與第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的多個(gè)葉片相接觸。當(dāng)流體與第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的多個(gè)葉片相接觸時(shí)，流體旋轉(zhuǎn)或持續(xù)旋轉(zhuǎn)多個(gè)動(dòng)葉、轉(zhuǎn)輪元件以及轉(zhuǎn)子。然后流體沿下游方向通過(guò)第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉至第二級(jí)。流體以基本上相似的方式沿下游方向通過(guò)連續(xù)的多個(gè)級(jí)，從而在各級(jí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子另外的量。上游方向與下游方向基本上相反。第一級(jí)的排出區(qū)域?yàn)榈谝患?jí)與第二級(jí)之間流體通過(guò)與第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的多個(gè)葉片相接觸而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子之后進(jìn)入的區(qū)域。通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，流體在汽輪機(jī)中做功。
固定部件包括至少一個(gè)殼體或殼元件以及多個(gè)密封元件。殼元件構(gòu)造成封裝其中的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪元件、動(dòng)葉以及密封元件。殼元件還構(gòu)造成引導(dǎo)高壓高溫流體通過(guò)其。殼元件可分為幾部分，將這幾部分拼接在一起以形成完整的增壓殼元件。例如，殼元件可包括固定到下半部的上半部。上半部殼與下半部殼固定在一起以形成增壓殼元件，在增壓殼元件之中布置其它部件。在可選構(gòu)造中，汽輪機(jī)可包括布置在外殼元件之中的內(nèi)殼元件。本文的圖中只示出了殼元件的一部分，以示出殼元件內(nèi)部的部件。
增壓部分可包括固定導(dǎo)向元件，其構(gòu)造成引導(dǎo)流體以預(yù)定的速度和方向與多個(gè)動(dòng)葉的多個(gè)葉片相接觸。在具有沖擊結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中，固定導(dǎo)向元件為具有多個(gè)葉片元件的隔膜元件(間壁)，其中葉片元件構(gòu)造成引導(dǎo)流體與多個(gè)葉片相接觸。隔膜元件通常為布置在多個(gè)動(dòng)葉上游側(cè)上接近所述多個(gè)動(dòng)葉的轉(zhuǎn)子部分上的大致環(huán)形元件。在具有反作用(鼓-轉(zhuǎn)子)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中，固定導(dǎo)向元件可為葉片環(huán)，其具有布置在葉片架中的多個(gè)葉片元件，其中葉片元件構(gòu)造成引導(dǎo)流體與多個(gè)葉片相接觸。
密封元件通常為固定元件，設(shè)置來(lái)充分地減少流體沿除了通過(guò)多個(gè)級(jí)以使流體在汽輪機(jī)中做功之外的方向上的游動(dòng)。端密封蓋為密封元件的實(shí)例。端密封蓋布置在轉(zhuǎn)子在第一級(jí)上游位置的部分上。端密封蓋包括至少一個(gè)構(gòu)造成充分減少流體在密封元件與轉(zhuǎn)子外周之間的流動(dòng)的密封元件。不通過(guò)流過(guò)多個(gè)動(dòng)葉和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子做功的流體被認(rèn)為是泄漏流體。汽輪機(jī)中不做功的泄漏流體為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩?fù)p失。因此，需要使泄漏流體量最小化，以使更多的流體通過(guò)旋轉(zhuǎn)汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子做功。
另外，在第一級(jí)上游位置使用各種密封元件以減少泄漏流體量。在汽輪機(jī)的一個(gè)結(jié)構(gòu)中，泄漏流體流過(guò)根部區(qū)域。根部區(qū)域在第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的一部分與隔膜元件的一部分之間。泄漏流體可流過(guò)隔膜元件的一部分與端密封蓋的一部分之間的碗狀槽區(qū)域。泄漏流體可流過(guò)第一級(jí)與端密封蓋之間沿著轉(zhuǎn)子的中間空間。密封元件可包括一種或多種密封結(jié)構(gòu)式樣，以減少泄漏流體的流動(dòng)。
因此，需要引導(dǎo)已在汽輪機(jī)中做功的一定量流體——再循環(huán)流體從級(jí)的排出側(cè)到該級(jí)的上游位置，其中再循環(huán)流體的量減少了上游位置處泄漏流體的量的流動(dòng)。該布置的結(jié)果是更多的流體變得可以用來(lái)通過(guò)旋轉(zhuǎn)汽輪機(jī)中的轉(zhuǎn)子做功，從而提高了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。盡管下面的引導(dǎo)通道的具體實(shí)施例為應(yīng)用在第一級(jí)，但是引導(dǎo)通道的相似結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于汽輪機(jī)的任一級(jí)。
現(xiàn)在參考圖1，示出了汽輪機(jī)增壓部分的一部分結(jié)構(gòu)的實(shí)例。汽輪機(jī)10包括外殼元件12、內(nèi)殼元件14、轉(zhuǎn)輪元件16、第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18、隔膜元件20或?qū)蛟?、端密封蓋22和轉(zhuǎn)子24。第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18包括多個(gè)間隔開的葉片26，其構(gòu)造成引導(dǎo)流體朝著第二級(jí)通過(guò)多個(gè)動(dòng)葉18。圖1為截面圖，因此只示出了一個(gè)動(dòng)葉的一部分以及固定到動(dòng)葉的葉片。內(nèi)殼元件14布置在外殼元件12之中。流體通過(guò)至少一個(gè)流體入口通道進(jìn)入外殼元件12。然后流體通過(guò)過(guò)渡管道28從外殼元件12進(jìn)入內(nèi)殼元件14，沿著流動(dòng)通道30朝著第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18流動(dòng)。流體在內(nèi)殼元件14與端密封蓋22之間沿著流動(dòng)通道30流動(dòng)。第一級(jí)區(qū)域32在第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18的緊前至緊后之間的區(qū)域延伸。
隔膜元件20或?qū)蛟椴贾迷诘谝患?jí)多個(gè)動(dòng)葉18上游側(cè)上的固定元件。隔膜元件20構(gòu)造成引導(dǎo)流體沿著流動(dòng)通道30朝著第一個(gè)多個(gè)動(dòng)葉18的多個(gè)相隔葉片26流動(dòng)。隔膜元件20包括外環(huán)34、內(nèi)環(huán)隔板36、以及在外環(huán)34與內(nèi)環(huán)隔板36之間繞著隔膜元件20圓周布置的多個(gè)相隔間壁38或葉片。圖1為截面圖，因此只示出了多個(gè)間壁中的一個(gè)間壁。多個(gè)間壁38構(gòu)造成引導(dǎo)流體在第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18的多個(gè)葉片26以預(yù)定速度和方向從其通過(guò)。
現(xiàn)在參考圖2，一部分流體——泄漏流體從流動(dòng)通道30流出，通過(guò)根部密封40，沿著流動(dòng)通道50朝中間空間44流動(dòng)。根部密封40布置在第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18的一部分與隔膜元件20的一部分之間。根部密封40構(gòu)造成充分地減少了泄漏流體從流動(dòng)通道30進(jìn)入中間空間44的流動(dòng)。泄漏流體的另一部分從流動(dòng)通道30通過(guò)碗狀槽密封42沿著流動(dòng)通道52流動(dòng)。碗狀槽密封42布置在隔膜元件20的一部分與端密封蓋22的一部分之間。碗狀槽密封42構(gòu)造成充分地減少了泄漏流體從流動(dòng)通道30進(jìn)入中間空間44的流動(dòng)。另外，為減少流體通過(guò)中間空間44沿著流動(dòng)通道54流動(dòng)，在隔膜元件20與轉(zhuǎn)子24的一部分之間布置有密封元件46。端密封蓋22包括多個(gè)密封元件48，其構(gòu)造成充分地減少流體在端密封蓋22與轉(zhuǎn)子24之間沿著流動(dòng)通道56的流動(dòng)。根部密封40、碗狀槽密封42以及密封元件46和48可包括一種或多種密封結(jié)構(gòu)樣式，用以減少泄漏流體通過(guò)其的流動(dòng)。泄漏流體為流體中流過(guò)上述密封位置離開流動(dòng)通道30而在汽輪機(jī)中未做功的部分。
現(xiàn)在參考圖3，示出了通過(guò)引導(dǎo)再循環(huán)流體通過(guò)元件(這里為殼元件和端密封蓋)而引導(dǎo)一定量再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)上游位置的具體實(shí)施例。因?yàn)樵傺h(huán)流體已經(jīng)接觸過(guò)第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18的葉片26從而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子24，所以第一級(jí)排出側(cè)的再循環(huán)流體已經(jīng)在汽輪機(jī)中做過(guò)功。其流動(dòng)路線構(gòu)造成使在上游位置排出的再循環(huán)流體量減少了沿著流動(dòng)通道50和52的泄漏流體量在端密封蓋64與轉(zhuǎn)子24之間沿著流動(dòng)通道56的流動(dòng)。在具體實(shí)施例中，其流動(dòng)路線構(gòu)造成再循環(huán)流體的量大于在上游位置的泄漏流體量，從而減少了通過(guò)端密封蓋的泄漏率。因此，當(dāng)來(lái)自流動(dòng)通道30的更少流體沿著流動(dòng)通道50和52流動(dòng)時(shí)，更多的流體繼續(xù)存在于流動(dòng)通道30中以在第一級(jí)與隨后的級(jí)中做功，從而提高了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。這里描述的引導(dǎo)再循環(huán)流體以減少泄漏流體的具體實(shí)施例以及原理可應(yīng)用于具有任意數(shù)量泄漏流動(dòng)通道的其它結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)。
在具體實(shí)施例中，內(nèi)殼元件60包括第一流體通道62，端密封蓋64包括第二流體通道66。再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)第一流體通道62而流過(guò)內(nèi)殼元件60。再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)第二流體通道66而流過(guò)端密封蓋64。流體通道62和66構(gòu)造成使再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)通過(guò)第一流體通道62進(jìn)入第二流體通道66。在具體實(shí)施例中，第二流體通道66包括排出口，其中再循環(huán)流體從端密封蓋通過(guò)排出口排出。排出口布置在第一級(jí)上游側(cè)與靠著轉(zhuǎn)子布置的密封元件之間的區(qū)域內(nèi)，其中該區(qū)域并不處于流體入口通道之中。在非限制性實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成將再循環(huán)流體從端密封蓋以沿著轉(zhuǎn)子24外周流動(dòng)的方式排出。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成引導(dǎo)再循環(huán)流體沿不朝著轉(zhuǎn)子24外周的方向排出端密封蓋。
在具體實(shí)施例中，第一流體通道62和第二流體通道66可為分別通過(guò)內(nèi)殼元件60和端密封蓋64的孔。在可選具體實(shí)施例中，第一流體通道62可包括布置在內(nèi)殼元件60中用于引導(dǎo)流體從其通過(guò)的管道部分，例如導(dǎo)管、套管等。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，第二流體通道66可包括布置在端密封蓋64中用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從其通過(guò)的管道部分，例如導(dǎo)管、套管等。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，第一流體管道62和第二流體管道66可各包括一部分過(guò)渡管道，例如導(dǎo)管、套管等，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一流體通道62進(jìn)入第二流體通道66。在其它具體實(shí)施例中，可使用孔、管道部分與過(guò)渡管道的組合來(lái)引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)通過(guò)第一和第二流體通道62、66流到第一級(jí)的上游位置。在可選具體實(shí)施例中，汽輪機(jī)增壓部分可包括單獨(dú)的殼元件，而沒(méi)有內(nèi)殼元件，其中單獨(dú)殼元件包括與第二流體通道流體連通的第一流體通道。
在具體實(shí)施例中，第一流體通道62延伸通過(guò)內(nèi)殼元件60，并由孔70、72和74限定?？?0從內(nèi)殼元件60的表面76延伸進(jìn)入內(nèi)殼元件60。表面76定位成使孔70接收來(lái)自第一級(jí)排出側(cè)的再循環(huán)流體。孔72從布置在第一級(jí)上游的表面78延伸進(jìn)入內(nèi)殼元件60。在孔72中接近表面78處布置有插塞元件80，以防止再循環(huán)流體在表面78流出孔72。孔74從表面82延伸進(jìn)入內(nèi)殼元件60。表面82定位成使再循環(huán)流體在第一級(jí)上游位置從第一流體通道62排出。再循環(huán)流體流過(guò)孔70、72和74，從而引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)排出側(cè)通過(guò)內(nèi)殼元件60流到第一級(jí)的上游位置。
在具體實(shí)施例中，第二流體通道66延伸通過(guò)端密封蓋64，并由孔90和92限定?？?0從表面94延伸進(jìn)入端密封蓋64?？?2從表面96延伸進(jìn)入端密封蓋64。表面96定位成使得再循環(huán)流體相對(duì)于流體通道56、在端密封蓋64的密封元件48上游側(cè)上從第二流體通道66排出。再循環(huán)流體從內(nèi)殼元件60的孔74流進(jìn)端密封蓋64的孔90。再循環(huán)流體通過(guò)流出第二流體通道的排出口67而排出端密封蓋64。這樣描述的第一流體通道62和第二流體通道66構(gòu)造成引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)通過(guò)內(nèi)殼元件60和端密封蓋64至第一級(jí)的上游位置。第一和第二流體通道62、66構(gòu)造成使從排出口67排出的再循環(huán)流體量減少了沿著流體通道50和52泄漏流體的流動(dòng)，并增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的流體量，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
當(dāng)然，第一和第二流體通道62、66的可選具體實(shí)施例包括用于引導(dǎo)再循環(huán)流體量至上游位置的其它結(jié)構(gòu)。例如，第一和第二流體通道62、66可形成有定向?yàn)榻嵌扰c示出的孔70、72、74、90和92不同的孔。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，第一和第二流體通道62、66可包括不同數(shù)量的用于引導(dǎo)再循環(huán)流體量至上游位置的孔。
現(xiàn)在參考圖3和圖4，在具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道100布置在流體通道62的一部分之中和第二流體通道66的一部分之中。設(shè)置過(guò)渡管道100以引導(dǎo)再循環(huán)流體62進(jìn)入第二流體通道66。過(guò)渡管道100包括構(gòu)造成防止流體通道30的流體流進(jìn)第一和第二流體通道62、66的密封部分。例如，在具體實(shí)施例中，至少一個(gè)密封部分構(gòu)造成在汽輪機(jī)的運(yùn)行期間，與第一或第二流體通道62、66的配合面具有無(wú)隙配合。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道100的至少一個(gè)密封部分包括表面處理，該表面處理構(gòu)造成可將過(guò)渡管道置于第一和第二流體通道62、66之中和從其中移除，同時(shí)減少過(guò)渡管道100與第一或第二流體管道62、66的配合面的磨損。
例如，在具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道100包括連接元件102、多個(gè)密封元件104、112以及保持元件106。連接元件102包括末端部分108和110以及從其中延伸通過(guò)的孔114。末端部分108構(gòu)造成接收在內(nèi)殼元件60的孔74中。末端部分110構(gòu)造成接收在端密封蓋64的孔90中。再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)連接元件102的孔114從孔74流進(jìn)孔90。多個(gè)密封元件104、112布置在鄰近連接元件102的末端部分108處。設(shè)置密封元件104、112以防止流動(dòng)通道30的流體流進(jìn)第一通道62。在具體實(shí)施例中，各密封元件112的內(nèi)表面密封連接元件102的外表面，而各密封元件104的外表面密封孔74的內(nèi)表面，并且密封元件104和102彼此密封。保持環(huán)106構(gòu)造成將多個(gè)密封元件104、112保持在孔74中基本固定的位置。在具體實(shí)施例中，密封元件104、112構(gòu)造成在汽輪機(jī)的運(yùn)行期間，與孔74的表面及連接元件102的表面具有無(wú)隙配合。
在具體實(shí)施例中，末端部分110包括構(gòu)造成接收在端密封蓋64的孔90的一部分之中的密封部分116。密封部分116為末端部分110的曲面，其中末端部分110的該曲面在汽輪機(jī)運(yùn)行期間與孔90的內(nèi)表面具有無(wú)隙配合，以防止流動(dòng)通道30的流體流進(jìn)第二流體通道66。在具體實(shí)施例中，密封部分116包括表面處理，例如，鎢鉻合金覆層，以在將密封部分116置于第二流體通道66之中和從其中移除時(shí)，減少連接元件102與孔90內(nèi)表面的配合面的磨損。當(dāng)然，在可選具體實(shí)施例中，末端部分108可包括處理表面，而末端部分110可包括密封元件。
在圖5和6中所示的可選具體實(shí)施例中，殼元件包括位于殼元件外部區(qū)域的外部管道，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置。例如，在具體實(shí)施例中，殼元件的第一通道包括第一通道部分、第二通道部分和第三通道部分，其中第二通道部分由外部管道確定，例如導(dǎo)管、套管等，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一通道部分進(jìn)入第三通道部分。當(dāng)然，在可選實(shí)施例中，在殼元件中可布置任意數(shù)量的孔與布置在殼元件外部區(qū)域的外部管道流體連通。
例如，在具體實(shí)施例中，內(nèi)殼元件124包括孔126和128，每個(gè)孔都延伸通過(guò)內(nèi)殼元件124。外部管道130布置在內(nèi)殼元件124的外部區(qū)域?？?26、128和外部管道130確定了通過(guò)內(nèi)殼元件124的第一流體通道132。第一流體通道132構(gòu)造成與布置在端密封蓋125中的第二流體通道流體連通。外部管道130構(gòu)造成引導(dǎo)再循環(huán)流體從孔126進(jìn)入孔128。例如，在具體實(shí)施例中，外部管道130為固定到內(nèi)殼元件124的導(dǎo)管，以使再循環(huán)流體從孔126流進(jìn)孔128。
在具體實(shí)施例中，孔126從內(nèi)表面134延伸通過(guò)內(nèi)殼元件124至外表面136。表面134定位為使孔126從第一級(jí)排出側(cè)接收再循環(huán)流體?？?28從內(nèi)表面138延伸通過(guò)內(nèi)殼元件124至外表面140。
在具體實(shí)施例中，外部管道130在表面136、140處固定到內(nèi)殼元件124上，使得再循環(huán)流體不從第一通道132或從孔128排到內(nèi)殼元件124的外部區(qū)域。在一個(gè)具體實(shí)施例中，使用凸緣構(gòu)件142和144將外部管道130部分固定到內(nèi)殼元件124上。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，外部管道130部分可通過(guò)螺栓或焊接固定到內(nèi)殼元件124上。在再一個(gè)具體實(shí)施例中，外部管道130可固定到布置于第一或第二流體通道至少一部分中的過(guò)渡管道上。在具體實(shí)施例中，外部管道130可以用包括密封元件(例如墊圈或O形圈)的方式固定到內(nèi)殼元件124上，其中密封元件用于防止再循環(huán)流體從第一流體通道132排到內(nèi)殼元件124的外部區(qū)域。
在圖5和6所示的具體實(shí)施例中，外部管道130包括末端部分146和148。外部管道130的末端部分146固定到凸緣構(gòu)件142上。外部管道130的末端部分148焊接到過(guò)渡管道160上。在具體實(shí)施例中，凸緣構(gòu)件142、144通過(guò)螺栓150固定到內(nèi)殼元件124上。在可選具體實(shí)施例中，凸緣構(gòu)件142、144可通過(guò)螺紋固定到內(nèi)殼元件124或外部管道130上。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，凸緣構(gòu)件142、144可焊接到內(nèi)殼元件124或外部管道130上。描述的第一流體通道132和第二流體通道133構(gòu)造成引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)通過(guò)內(nèi)殼124和通過(guò)端密封蓋125至第一級(jí)的上游位置。第一和第二流體通道132、133構(gòu)造成使從排出口67排出的再循環(huán)流體量減少了沿著流動(dòng)通道50和52的泄漏流體流動(dòng)，并增加了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的流體量，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
在可選具體實(shí)施例中，第一和第二流體通道132、133可包括布置在內(nèi)殼元件124的一部分或端密封蓋125內(nèi)的任意數(shù)量的孔和管道部分，例如導(dǎo)管、套管等，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置。當(dāng)然，在另一個(gè)具體實(shí)施例中，外部管道130對(duì)于引導(dǎo)再循環(huán)流體從內(nèi)殼元件的一個(gè)部分進(jìn)入內(nèi)殼元件的另一個(gè)部分可具有不同的結(jié)構(gòu)。
在具體實(shí)施例中，如圖6中所示，設(shè)置過(guò)渡管道160以引導(dǎo)再循環(huán)流體從外部管道130通過(guò)內(nèi)殼元件124的孔128進(jìn)入端密封蓋125中的第二流體通道133。過(guò)渡管道160包括構(gòu)造成防止再循環(huán)流體從第一流體通道132排到內(nèi)殼元件124外部區(qū)域的密封部分。過(guò)渡管道160還包括構(gòu)造成防止流動(dòng)通道130的流體流進(jìn)第一或第二流體通道132、133的密封部分。例如，在具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道160的密封部分構(gòu)造成在汽輪機(jī)的運(yùn)行期間與第一或第二流體通道132、133的配合面具有無(wú)隙配合。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道160的密封部分包括表面處理，該表面處理構(gòu)造成可將過(guò)渡管道置于第一和第二流體通道132、133之中和從其中移除，同時(shí)減少過(guò)渡管道160與第一或第二流體通道132、133的配合面的磨損。
例如，在具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道160包括具有末端部分166和168的管狀部分164。管道部分164從外部管道130的末端部分148延伸通過(guò)孔128進(jìn)入第二流體通道133的孔162。再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)管道部分164的孔而從外部管道130流進(jìn)孔162。末端部分166的一部分固定在凸緣構(gòu)件144的凹槽部分170與內(nèi)殼元件124的表面140之間，末端部分166的另一部分焊接到外部管道130上。在可選具體實(shí)施例中，輸入管道160的一部分，例如末端部分166，可焊接或螺紋連接到凸緣構(gòu)件144上。另外，在外部管道130、過(guò)渡管道160和內(nèi)殼元件124各部分之間可使用密封元件，例如墊圈或O形圈，以防止再循環(huán)流體從第一流體通道132排到內(nèi)殼元件124的外部區(qū)域。
在具體實(shí)施例中，末端部分168包括構(gòu)造成接收在端密封蓋125的孔162的一部分之中的密封部分169。密封部分169為在汽輪機(jī)運(yùn)行期間與孔162的內(nèi)表面具有無(wú)隙配合的曲面。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，密封部分169包括表面處理，例如，鎢鉻合金覆層，用于在將過(guò)渡管道160置于第二管道133中和從其移除時(shí)，減少過(guò)渡管道160與孔162內(nèi)表面的配合面的磨損。當(dāng)然，在可選具體實(shí)施例中，過(guò)渡管道160可構(gòu)造成使得末端部分168包括密封元件，末端部分166包括表面處理。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，一個(gè)過(guò)渡管道可從外部管道的一部分延伸進(jìn)入第一流體通道的第三通道部分，而另一個(gè)過(guò)渡管道從第一流體通道的第三通道部分延伸進(jìn)入第二流體通道。
現(xiàn)在參考圖7，示出了包括排出口182的端密封蓋180的具體實(shí)施例。設(shè)置排出口182以引導(dǎo)再循環(huán)流體沿不直接在轉(zhuǎn)子24外周的方向排出端密封蓋180。在可選具體實(shí)施例中，使用排出口182替代圖3和5中示出的排出口67。引導(dǎo)再循環(huán)流體從端密封蓋流出使得不在轉(zhuǎn)子外周引導(dǎo)再循環(huán)流體，對(duì)將可由再循環(huán)流體引起的轉(zhuǎn)子的惡化影響最小化是理想的。例如，在一些情形中，在轉(zhuǎn)子處引導(dǎo)的再循環(huán)流體可引起轉(zhuǎn)子的不對(duì)稱加熱或冷卻、變形、振動(dòng)等。
例如，在具體實(shí)施例中，端密封蓋180包括由孔186、188和190限定的第二流體通道184。在該實(shí)施例中，孔186和188可與圖5中第二流體通道133的孔162和92基本上類似地定位和構(gòu)造。在具體實(shí)施例中，排出口182包括至少一個(gè)孔190和插塞元件192。孔190從表面194延伸進(jìn)入端密封蓋180。孔190延伸進(jìn)端密封蓋180與孔188相交，使得再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)孔186、188和190而流過(guò)端密封蓋180。在可選具體實(shí)施例中，孔190為當(dāng)面對(duì)表面194時(shí)，從表面194延伸進(jìn)端密封蓋180的圓周槽。
插塞元件196布置在孔188中鄰近端密封蓋180的表面198處。插塞元件196構(gòu)造成防止再循環(huán)流體在表面198處通過(guò)孔188流出端密封蓋180，使得流體從孔188流進(jìn)孔190。插塞元件192布置在孔190中鄰近表面194。在具體實(shí)施例中，插塞元件192包括至少一個(gè)從其延伸通過(guò)的孔200，使得再循環(huán)流體通過(guò)從孔190流過(guò)孔200而從端密封蓋180排出?？?00定位與構(gòu)造成使得通過(guò)孔200從端密封蓋180排出的再循環(huán)流體不直接在轉(zhuǎn)子24的外周流動(dòng)。
在可選具體實(shí)施例中，延伸通過(guò)布置在圓槽狀孔190之中的環(huán)形插塞元件192的多個(gè)孔200繞著環(huán)形插塞元件192的圓周間隔開。例如，當(dāng)再循環(huán)流體可使轉(zhuǎn)子24劣化時(shí)，可能希望和可使用多個(gè)間隔開的孔200以提供再循環(huán)流體繞著轉(zhuǎn)子24的外周更均勻的分配。在可選具體實(shí)施例中，可使用與圖7的排出口182基本上類似的排出口替代排出口67來(lái)修改圖3的端密封蓋64和圖5的端密封蓋125。
通過(guò)使用上述具體實(shí)施例，引導(dǎo)一定量再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置，減少了泄漏流體量，并使更多的流體可用于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。由于再循環(huán)流體已經(jīng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子做功而有助于汽輪機(jī)的輸出，所以使用再循環(huán)流體是有利的。
上述具體實(shí)施例中，殼元件具有一個(gè)流體通道，端密封蓋具有一個(gè)流體通道，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置。應(yīng)當(dāng)注意，可選具體實(shí)施例包括下述結(jié)構(gòu)殼元件和端密封蓋各具有多個(gè)在圓周方向間隔的流體通道，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一側(cè)的上游位置。殼元件中與端密封蓋中多個(gè)間隔的流體通道可給第一級(jí)上游位置提供更大容量的再循環(huán)流體。另外，殼元件與端密封蓋中多個(gè)間隔的流體通道給通過(guò)殼元件和端密封蓋的再循環(huán)流體提供了更均勻的分配。
可能期望元件中多個(gè)間隔的流體通道以便使再循環(huán)流體當(dāng)引導(dǎo)再循環(huán)流體通過(guò)單獨(dú)流體通道穿過(guò)該元件時(shí)，帶給該元件的劣化最小。例如，具有高溫、高壓和/或流率的再循環(huán)流體可能對(duì)引導(dǎo)再循環(huán)流體從其通過(guò)的元件具有不良的效果，例如不均勻加熱或冷卻、變形、振動(dòng)等。因此，例如，在非限制性可選實(shí)施例中，在殼元件和端密封蓋中每個(gè)上都圓周間隔180°地布置兩組流體通道。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，在殼元件和端密封蓋中每個(gè)上都圓周間隔90°地布置四組流體通道。
另外，基于與再循環(huán)流體在汽輪機(jī)中的做功量相對(duì)應(yīng)的再循環(huán)流體狀態(tài)，可選擇汽輪機(jī)中特定位置的再循環(huán)流體用于引導(dǎo)。例如，可從再循環(huán)流體在汽輪機(jī)中特定級(jí)的狀態(tài)確定再循環(huán)流體的做功量。再循環(huán)流體的狀態(tài)可根據(jù)其能量水平、焓(BTU/lbm)、溫度(°F)和壓力(PSI)定義。應(yīng)當(dāng)注意，在緊靠第一級(jí)之前流動(dòng)通道30中提供給汽輪機(jī)的流體的壓力和溫度高于再循環(huán)流體，因此與再循環(huán)流體相比，流動(dòng)通道30中的流體處于更高的能量水平。已經(jīng)通過(guò)第一級(jí)并做功的再循環(huán)流體已經(jīng)膨脹至較低的壓力和溫度，因此其處于較低的能量水平?？苫谠傺h(huán)流體的狀態(tài)選擇任一特定級(jí)排出側(cè)的再循環(huán)流體，并將其引導(dǎo)至該特定級(jí)的上游位置，以使汽輪機(jī)中的泄漏流體量最小化，并增加汽輪機(jī)中的做功流體量，從而提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
現(xiàn)在參考圖8，在可選具體實(shí)施例中，可構(gòu)造固定導(dǎo)向元件或構(gòu)件，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一側(cè)的上游位置。在具體實(shí)施例中，固定元件為隔膜元件210，其包括從其延伸通過(guò)的流體通道212，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置。在具體實(shí)施例中，隔膜元件210包括外環(huán)214、內(nèi)環(huán)隔板216及多個(gè)間壁218或葉片元件。由于圖8為隔膜元件210的截面圖，所以只示出了一個(gè)間壁。
在具體實(shí)施例中，由孔220、222、224和226限定流體通道212。孔220從表面228延伸通過(guò)外環(huán)214至表面230。表面228位于隔膜元件210的外環(huán)214的一部分之上，使得孔220可接收來(lái)自第一級(jí)排出側(cè)的再循環(huán)流體?？?22從表面232延伸進(jìn)內(nèi)環(huán)隔板216，延伸通過(guò)多個(gè)間壁218中的一個(gè)，然后與外環(huán)214中的孔220相交。在可選實(shí)施例中，流體通道212可延伸通過(guò)多個(gè)間壁中的超過(guò)一個(gè)的間壁。孔224從表面234延伸進(jìn)內(nèi)環(huán)隔板216，并與孔222相交。孔226在表面236延伸進(jìn)內(nèi)環(huán)隔板216，并與孔224相交。表面236定位成使得再循環(huán)流體在第一級(jí)上游位置通過(guò)孔226的排出口從隔膜元件216排出。通道212構(gòu)造成使得從排出口排出的再循環(huán)流體量減少了泄漏流體沿著流動(dòng)通道50和52的流動(dòng)，并增加旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的流體量，從而提高了汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。
孔220之中鄰近表面230處布置有插塞元件238，以防止流動(dòng)通道30的流體在表面230流進(jìn)孔220。在孔222中鄰近表面232處布置有插塞元件240，以防止流動(dòng)通道50的流體在表面232流進(jìn)孔222。在孔224中鄰近表面234處布置有插塞元件242，以防止流動(dòng)通道30的流體在表面234流進(jìn)孔224。再循環(huán)流體通過(guò)流過(guò)孔220、222、224和226而流過(guò)隔膜元件210。
在可選具體實(shí)施例中，流體通道212可包括管道部分，例如導(dǎo)管，用于引導(dǎo)再循環(huán)流體通過(guò)隔膜元件210。在另一個(gè)可選實(shí)施例中，流體通道212可包括孔、導(dǎo)管、套管或它們的組合，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一側(cè)的上游位置。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成使得再循環(huán)流體以不直接在轉(zhuǎn)子外周的方向從流體通道排出，與圖7中端密封蓋180的排出口182相類似。在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，固定導(dǎo)向元件可包括與布置在另一個(gè)元件中的第二流體通道相流體連通的第一流體通道，以引導(dǎo)再循環(huán)流體至上游位置。當(dāng)然，在具有反作用(鼓-轉(zhuǎn)子)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)中，固定導(dǎo)向元件可為具有多個(gè)葉片元件的葉片架，其中導(dǎo)向元件包括用于引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)排出側(cè)至第一級(jí)上游位置的流體通道。
在可選具體實(shí)施例中，在固定導(dǎo)向元件(例如，隔膜元件)中繞著導(dǎo)向元件圓周方向布置有多個(gè)間隔開的流體通道，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置。導(dǎo)向元件中具有多個(gè)間隔開的流體通道有助于流過(guò)導(dǎo)向元件的再循環(huán)流體的更均勻分配。導(dǎo)向元件中多個(gè)間隔開的流體通道有助于使再循環(huán)流體通過(guò)單獨(dú)通道流過(guò)導(dǎo)向元件時(shí)對(duì)導(dǎo)向元件的不良效果最小化。
在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，固定導(dǎo)向元件中集成有端密封蓋或密封元件，其中端密封蓋繞著轉(zhuǎn)子的一部分布置。導(dǎo)向元件包括用于引導(dǎo)從其通過(guò)的再循環(huán)流體從第一級(jí)排出側(cè)至第一級(jí)上游位置的流體通道。再循環(huán)流體在上游位置通過(guò)流體通道的排出口從導(dǎo)向元件排出。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成使得再循環(huán)流體沿著不直接在轉(zhuǎn)子外周的方向從流體通道排出，與圖7中端密封蓋180的排出口182相類似。
在另一個(gè)可選具體實(shí)施例中，可構(gòu)造殼元件，以引導(dǎo)再循環(huán)流體從第一級(jí)的排出側(cè)至第一級(jí)的上游位置，替代通過(guò)導(dǎo)向元件引導(dǎo)再循環(huán)流體。殼元件包括用于引導(dǎo)從其通過(guò)的再循環(huán)流體從第一級(jí)排出側(cè)至第一級(jí)上游位置的流體通道。再循環(huán)流體在上游位置通過(guò)流體通道的排出口從殼元件排出。在再一個(gè)可選具體實(shí)施例中，流體通道可包括布置在殼元件外部區(qū)域的通道部分。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成使得再循環(huán)流體沿著不直接在轉(zhuǎn)子外周的方向從流體通道排出，與圖7中密封蓋180的排出口182相類似。
在另一個(gè)具體實(shí)施例中，端密封蓋或密封元件與殼元件集成為一體，其中端密封蓋繞著轉(zhuǎn)子的一部分布置。殼元件包括用于將再循環(huán)流體通過(guò)其從第一級(jí)排出側(cè)引導(dǎo)到第一級(jí)上游位置的流體通道。再循環(huán)流體在上游位置通過(guò)流體通道的排出口從導(dǎo)向元件排出。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，排出口構(gòu)造成使得再循環(huán)流體沿著不直接在轉(zhuǎn)子外周的方向從流體通道排出，與圖7中端密封蓋180的排出口182相類似。
本文公開的用于引導(dǎo)再循環(huán)流體的具體實(shí)施例，既減少了泄漏蒸汽的量，又增加了可用于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的蒸汽量，對(duì)于提高汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩提供了超越其它方法的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)。由于再循環(huán)蒸汽之前已經(jīng)在汽輪機(jī)中通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子作過(guò)功，因此與蒸汽(例如，在汽輪機(jī)中未做過(guò)功的泄漏蒸汽)相比，使用再循環(huán)蒸汽以提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩是有利的。
盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，各種變化可以做為用于替代其元件的等效方案。另外，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明的教導(dǎo)做出許多改進(jìn)以適于特定情形。因此，本發(fā)明不限于為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而公開的實(shí)施例，而是本發(fā)明包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。此外，術(shù)語(yǔ)第一、第二等的使用不表示任何重要性的順序，而是使用第一、第二等將元件彼此區(qū)分開。
附圖標(biāo)記汽輪機(jī)10外殼元件12內(nèi)殼元件14轉(zhuǎn)輪元件16第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉18隔膜元件20端密封蓋22轉(zhuǎn)子24多個(gè)間隔開的葉片26過(guò)渡管道28流動(dòng)通道30第一級(jí)區(qū)域32外環(huán)34內(nèi)環(huán)隔板3636多個(gè)間隔開的間壁38根部密封40碗狀槽密封42中間空間44多個(gè)密封元件46流動(dòng)通道50流動(dòng)通道52流動(dòng)通道54流動(dòng)通道56內(nèi)殼元件60第一流體通道62端密封蓋64第二流體通道66排出口67孔70、72和74表面76
表面78插塞元件80表面82孔90和92表面94表面96過(guò)渡管道100連接元件102多個(gè)密封元件104、112保持元件106末端部分108和110孔114密封部分116內(nèi)殼元件124端密封蓋125孔126和128外部管道130第一流體通道132第二流體通道133內(nèi)表面134外表面136內(nèi)表面138外表面140凸緣構(gòu)件142和144末端部分146和148螺栓150過(guò)渡管道160管狀部分164末端部分166和168孔162末端部分的部分166凹槽部分170
密封部分169端密封蓋180第二流體通道184由孔186、188和190確定排出口182插塞元件192表面194插塞元件196表面198孔200隔膜元件210流體通道212外環(huán)214內(nèi)環(huán)隔板216多個(gè)間壁218孔220、222、224和226表面228表面230表面232表面234表面236插塞元件238插塞元件240插塞元件24權(quán)利要求
1.一種用于引導(dǎo)汽輪機(jī)(10)中流體的設(shè)備，所述汽輪機(jī)具有包括固定到轉(zhuǎn)子(24)的多個(gè)動(dòng)葉(18)的級(jí)，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成響應(yīng)于從入口通道流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的第一流體量而旋轉(zhuǎn)，所述設(shè)備包括具有從其中延伸通過(guò)的流體通道(212)的元件(210)，所述流體通道的第一末端與所述汽輪機(jī)的所述級(jí)的排出側(cè)流體連通，其中包括一部分所述第一流體量的第二流體量在所述級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述流體通道中，并從所述流體通道的出口(226)排出，所述出口與區(qū)域(44)流體連通，其中所述區(qū)域位于所述級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件(48)之間，所述區(qū)域從所述級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量；并且其中從所述出口排出的所述第二流體量既減少進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述出口構(gòu)造成將所述第二流體量沿著不朝著所述轉(zhuǎn)子外周的方向引導(dǎo)，并且所述第二流體量為蒸汽。
3.一種用于引導(dǎo)汽輪機(jī)(10)中流體的設(shè)備，所述汽輪機(jī)具有包括固定到轉(zhuǎn)子(24)的多個(gè)動(dòng)葉(18)的級(jí)，所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成響應(yīng)于從入口通道流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的第一流體量而旋轉(zhuǎn)，所述設(shè)備包括具有從其中延伸通過(guò)的第一流體通道(62)的第一元件(60)，所述第一流體通道與所述汽輪機(jī)的所述級(jí)的排出側(cè)流體連通，其中包括一部分所述第一流體量的第二流體量從所述級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述第一流體通道中；具有從其中延伸通過(guò)的第二流體通道(66)的第二元件(64)，所述第二流體通道與所述第一流體通道流體連通，其中所述第二流體量被引導(dǎo)從所述第一流體通道進(jìn)入所述第二流體通道并從所述第二流體通道的出口排出，所述出口與區(qū)域(44)流體連通，其中所述區(qū)域位于所述級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件(48)之間，所述區(qū)域從所述級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量；并且其中從所述出口排出的所述第二流體量既減少進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述出口構(gòu)造成將所述第二流體量沿著不朝著所述轉(zhuǎn)子外周的方向引導(dǎo)，并且所述第二流體量為蒸汽。
5.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，還包括過(guò)渡管道(100)，所述過(guò)渡管道構(gòu)造成引導(dǎo)所述第二流體量從所述第一流體通道(62)進(jìn)入所述第二流體通道(66)，所述過(guò)渡管道具有第一和第二末端部分(108，110)，所述第一末端部分布置在所述第一流體通道中，所述第二末端部分布置在所述第二流體通道中，所述第一末端部分具有構(gòu)造成防止流體在所述第一末端部分外表面與所述第一流體通道內(nèi)表面之間流動(dòng)的密封部分(104，112)，所述第二末端部分具有構(gòu)造成防止流體在所述第二末端部分外表面與所述第二流體通道內(nèi)表面之間流動(dòng)的密封部分(116)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述密封部分中的至少一個(gè)還構(gòu)造成在所述汽輪機(jī)的運(yùn)行期間，在所述第一末端部分外表面與所述第一流體通道內(nèi)表面之間或所述第二末端部分外表面與所述第二流體通道內(nèi)表面之間提供無(wú)隙配合。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述密封部分中的至少一個(gè)還包括表面處理，所述表面處理構(gòu)造成使得所述過(guò)渡管道置于所述第一和第二流體通道之中和從其中移除時(shí)，減少所述第一末端部分外表面與所述第一流體通道內(nèi)表面或所述第二末端部分外表面與所述第二流體通道內(nèi)表面之間的磨損。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一流體通道包括第一通道部分(126)、第二通道部分(130)和第三通道部分(128)，所述第一通道部分延伸通過(guò)所述第一元件，所述第一通道部分的第一端與所述級(jí)的所述排出側(cè)流體連通，所述第一通道部分的第二端布置在所述第一元件的外表面(136)處，所述第二通道部分由構(gòu)造成提供所述第一通道部分與所述第三通道部分之間流體連通的外部管道限定，所述第三通道部分從所述外表面延伸通過(guò)所第一元件并且與所述第二流體通道流體連通。
9.一種汽輪機(jī)(10)，包括轉(zhuǎn)子(24)，可旋轉(zhuǎn)地接收在所述汽輪機(jī)中；彼此成面對(duì)隔開關(guān)系布置的多個(gè)級(jí)，所述多個(gè)級(jí)的每個(gè)級(jí)都包括固定到所述轉(zhuǎn)子的多個(gè)動(dòng)葉(18)，其中所述多個(gè)動(dòng)葉的每個(gè)動(dòng)葉都具有至少一個(gè)固定到其上并與相鄰葉片間隔的葉片(26)，其中當(dāng)來(lái)自入口通道的第一流體量接觸所述多個(gè)間隔開的葉片時(shí)，所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且所述第一流體量通過(guò)沿著下游方向經(jīng)過(guò)第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的所述多個(gè)間隔開葉片之間至所述第一級(jí)的排出側(cè)，而朝著第二級(jí)多個(gè)動(dòng)葉流過(guò)所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉，所述第一級(jí)的所述排出側(cè)限定出所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉與所述第二級(jí)多個(gè)動(dòng)葉之間的區(qū)域；具有從其中延伸通過(guò)的第一流體通道(62)的第一元件(60)，所述第一流體通道與所述汽輪機(jī)的所述第一級(jí)的所述排出側(cè)流體連通，其中包括一部分所述第一流體量的第二流體量從所述第一級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述第一流體通道中；繞著所述轉(zhuǎn)子一部分布置的第二元件(64)，所述第二元件包括從其延伸通過(guò)的第二流體通道，所述第二流體通道與所述第一流體通道流體連通，其中所述第二流體量被引導(dǎo)從所述第一流體通道進(jìn)入所述第二流體通道并從所述第二流體通道的出口(67)排出，所述出口與位于所述第一級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件(48)之間的區(qū)域流體連通，所述區(qū)域從所述第一級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量；并且其中從所述出口排出的所述第二流體量既減少進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加流過(guò)所述第一級(jí)多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
10.如權(quán)利要求9所述的汽輪機(jī)，其中所述第一流體通道包括第一通道部分(126)、第二通道部分(130)和第三通道部分(128)，所述第一通道部分延伸通過(guò)所述第一元件，所述第一通道部分的第一端與所述級(jí)的所述排出側(cè)流體連通，所述第一通道部分的第二端布置在所述第一元件的外表面(136)處，所述第二通道部分由構(gòu)造成提供所述第一通道部分與所述第三通道部分之間流體連通的外部管道限定，所述第三通道部分從所述外表面延伸通過(guò)所第一元件，并且與所述第二流體通道流體連通。
全文摘要
提供了一種引導(dǎo)汽輪機(jī)中流體的設(shè)備。所述汽輪機(jī)具有包括固定到轉(zhuǎn)子(24)的多個(gè)動(dòng)葉(18)的級(jí)。所述轉(zhuǎn)子構(gòu)造成響應(yīng)于從入口通道流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的第一流體量而旋轉(zhuǎn)。所述設(shè)備包括具有從其中延伸通過(guò)的流體通道(212)的元件(210)。所述流體通道包括與所述汽輪機(jī)的所述級(jí)的排出側(cè)流體連通的第一末端。包括一部分所述第一流體量的第二流體量在所述級(jí)的所述排出側(cè)接收進(jìn)所述流體通道，并從所述流體通道的出口(226)排出。所述出口與區(qū)域(44)流體連通，其中所述區(qū)域位于所述級(jí)的上游側(cè)與靠著所述轉(zhuǎn)子布置的密封元件(48)之間。所述區(qū)域從所述級(jí)的所述上游側(cè)接收第三泄漏流體量。從所述出口排出的所述第二流體量既減少了進(jìn)入所述區(qū)域的第三泄漏流體量，又增加了流過(guò)所述多個(gè)動(dòng)葉的所述第一流體量，以提高所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩量。
文檔編號(hào)F01D1/02GK101042057SQ200710088759
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者M·E·蒙特戈梅里, R·W·豪斯勒, P·A·小拉扎諾, J·M·斯塔尼蒂, M·T·漢林 申請(qǐng)人:通用電氣公司