專利名稱：透平機殼體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其用于蒸汽輪機的透平機殼體，它包括一個內(nèi)殼和一個外殼，其中，外殼包住內(nèi)殼并形成一個中間間隙。
例如蒸汽輪機的透平機殼體通常由一內(nèi)殼和一個包住內(nèi)殼從而形成一中間間隙或環(huán)狀間隙的外殼構(gòu)成。這兩個殼體部件又都分別具有一上半部分和一下半部分。尤其在透平機關(guān)停后，在所述內(nèi)、外殼上以及在它們之間會形成溫度差異，在殼體的下半部分和較熱的上半部分之間的溫度差可能會超過50K。
當(dāng)透平機關(guān)停時，外殼冷卻得比內(nèi)殼快一些。這樣，由于在內(nèi)、外殼之間的間隙內(nèi)發(fā)生的自由或自然對流(自然對流)，會引發(fā)將熱量傳輸?shù)酵鈿んw上半部分的上升氣流。這又會導(dǎo)致殼體彎曲，尤其是外殼體上半部分發(fā)生彎曲。在那兒，在殼體材料中和間隙橋接部位處會產(chǎn)生所不期望出現(xiàn)的應(yīng)力。在極為糟糕的情形下透平機葉片還會刮到殼體，內(nèi)殼體的彎曲也會導(dǎo)致所不期望的擦刮損傷。
由德國專利文獻(xiàn)DE 3420389A1已知一種具有一個內(nèi)殼體和一個包住該內(nèi)殼體的外殼體的汽輪機，通過這種雙層殼體結(jié)構(gòu)形成一中間間隙。內(nèi)殼體沿其軸向至少部分被一塊設(shè)置在中間間隙內(nèi)的襯板圍上。該襯板在流入側(cè)與活塞密封裝置連接，在流出側(cè)則具有多個沿周邊分布的孔。在蒸汽輪機工作時，所述襯板用于防止較冷的廢汽繞流內(nèi)殼體。為此，在襯板和內(nèi)殼體之間會有取自于活塞密封裝置的熱蒸汽流過。這樣，在襯板和內(nèi)殼體之間構(gòu)成的間隙內(nèi)會形成一種蓄熱效應(yīng)，從而能在很大程度上保護(hù)內(nèi)殼體免受冷廢汽的較大冷卻。這用于減免內(nèi)殼體承受的不同溫度負(fù)載，進(jìn)而尤其在透平機起動和負(fù)載變化運行時，減小內(nèi)殼體發(fā)生的熱變形。
本發(fā)明的目的在于阻止外殼體尤其在透平機冷卻下來時發(fā)生彎曲變形，或至少將這一彎曲變形保持在很微弱的程度。此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種避免透平機的殼體在關(guān)停透平機后發(fā)生彎曲變形的方法。
本發(fā)明的第一個目的是通過一種具有一內(nèi)殼體和一外殼體的透平機殼體來實現(xiàn)的，該外殼體包住內(nèi)殼體并在之間形成一個中間間隙，在此，存在于間隙內(nèi)的流體介質(zhì)會發(fā)生強制流動。本發(fā)明的第二個目的是通過一種避免透平機的殼體在關(guān)停透平機后發(fā)生彎曲變形的方法來實現(xiàn)的，在此，在內(nèi)殼體和包繞內(nèi)殼體的外殼體之間的間隙內(nèi)，會產(chǎn)生一股使透平機殼體內(nèi)的溫度均勻化的介質(zhì)流。存在于內(nèi)、外殼體之間的間隙內(nèi)的介質(zhì)、例如通常是空氣會形成強制流動。
本發(fā)明出于如下考慮，通過克服內(nèi)、外殼體之間的間隙內(nèi)形成的自然對流，可以實現(xiàn)外殼體內(nèi)溫度的均勻分布。這一對流(自然對流)一方面會導(dǎo)致殼體部件之間的溫度差，尤其是外殼體的上、下兩部分之間的溫度差，另一方面又會形成向上的對流。這又會導(dǎo)致熱量首先在中間間隙的垂直頂點部位傳入外殼體的上半部分。通過采用合適的方式積極地使流體介質(zhì)在中間間隙內(nèi)翻轉(zhuǎn)或形成渦旋，可克服這一效應(yīng)，從而不再會形成對流。
為此，流體介質(zhì)優(yōu)選在一個循環(huán)內(nèi)流動。該循環(huán)相宜地通過一個設(shè)在透平機殼體之外的管道系統(tǒng)連通閉合。為了產(chǎn)生一種強制定向流，比較有利的是設(shè)置一個循環(huán)鼓風(fēng)機，它的吸入側(cè)和壓力側(cè)分別與外殼體上的一個孔連通。吸入側(cè)的孔構(gòu)成流體介質(zhì)的一個流出孔，而壓力側(cè)的孔則構(gòu)成一個流入孔。流入孔和流出孔分別設(shè)計成連通孔，一根流入管可連接在流入孔上，而一根流出管則可連接在流出孔上。
特別有利的是，在外殼體的下半部分設(shè)置一個孔，在外殼體的上半部分設(shè)置另一個孔。在一個與透平機殼體的中心軸線交會的坐標(biāo)系統(tǒng)中，這兩個孔例如位于第二和第四象限內(nèi)并徑向相對。也可以將第一個孔設(shè)置在第一象限內(nèi)，第二個孔設(shè)置在第三象限內(nèi)。在此，流入孔優(yōu)選設(shè)置在外殼體的上半部分，流出孔設(shè)置在外殼體的下半部分?？傮w上，由透平機殼體上的兩個連通孔以及相應(yīng)的帶有循環(huán)鼓風(fēng)機的導(dǎo)管引起的，只有很小的一筆附加設(shè)備費用。在一種優(yōu)選改進(jìn)結(jié)構(gòu)中，外殼體被分成兩部分，其中，上半部分由一個上部件構(gòu)成，下半部分由一個下部件構(gòu)成。上、下兩個部件通過一分型接縫相互連接。
所述透平機殼體優(yōu)選作為一個蒸汽輪機的殼體。在此，透平機殼體不但特別適合于用于高壓汽輪機，也適合于用于中壓汽輪機。在汽輪機中作為驅(qū)動介質(zhì)的熱蒸汽的溫度約在300℃至700℃之間。殼體，尤其是內(nèi)殼體的材料要承受很高的溫度。存儲在內(nèi)、外殼體中的熱量必須在關(guān)停汽輪機后、亦即在切斷進(jìn)入汽輪機的蒸汽流之后，盡可能均勻地從殼體內(nèi)排出。在高壓汽輪機中，由于通常十分緊湊的構(gòu)造方式和與之相關(guān)聯(lián)的流過內(nèi)殼體和外殼體的高熱流密度，可比較有利地采用所提供的上述透平機殼體。在一個中壓汽輪機中，由于較大的尺寸形成的相關(guān)長度變化首先對于關(guān)停汽輪機后產(chǎn)生殼體翹曲變形就是一個危險的誘導(dǎo)因素。采用所提供的上述透平機殼體，可有效避免危險的熱膨脹。除了應(yīng)用在高壓-和中壓-汽輪機上以外，上述殼體還可應(yīng)用在低壓-汽輪機上。
本發(fā)明的優(yōu)點主要在于，通過在由一個內(nèi)殼體和一個包住該內(nèi)殼體的外殼體構(gòu)成的透平機殼體的中間間隙內(nèi)形成一強制性流動、優(yōu)選是定向流動，可以特別簡便地使溫度均勻分布在外殼體內(nèi)。
在此，能夠可靠地阻止通常在關(guān)停汽輪機時產(chǎn)生的自然循環(huán)，在內(nèi)-外殼體之間的溫度差和外殼體上、下兩部分之間的溫度差至少可以保持得特別低，從而可靠地避免殼體翹曲，即所謂的向上拱曲(Katzbukkeln)。為形成流動所必需的附加設(shè)備投入也可以保持得特別低，尤其是為了使間隙內(nèi)的流體介質(zhì)，例如空氣積極地旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生旋流，只需一個循環(huán)鼓風(fēng)機(Umwaelzgeblaese)。它可以比較有利地設(shè)在透平機殼體之外的管路系統(tǒng)中。
下面借助一附圖
對本發(fā)明的一實施例予以詳細(xì)說明。圖中示出一個由一內(nèi)殼體和一外殼體構(gòu)成的透平機殼體的橫截面，該透平機殼體帶有用于在間隙內(nèi)產(chǎn)生流動的裝置。
附圖例如是一臺汽輪機2的一透平機殼體1的剖面示意圖。該汽輪機的其它部件，例如它的透平機軸和透平葉片為示圖清晰簡化起見，都沒有示出。透平機殼體1具有一個內(nèi)殼體3和一個外殼體4，該外殼體4優(yōu)選同心地包繞內(nèi)殼體。內(nèi)殼體3和外殼體4在此相互間隔，形成一中間間隙5。該中間間隙5用一種氣態(tài)介質(zhì)L，例如空氣充滿。該空氣能對流。內(nèi)殼體3和外殼體4能分別分成位于上部的第一部分區(qū)域、即上半部分6和位于下部的第二部分區(qū)域、即下半部分7。在此，內(nèi)殼體3和外殼體4能分別由兩部分構(gòu)造而成，其中，上半部分6由一上部件6A構(gòu)成，下半部分7由一下部件7A構(gòu)成。上部件6A和下部件7A通過一條圖中未示出的例如沿X軸線延伸的分接縫相互連接起來。
人們經(jīng)研究通過透平機殼體1的熱量流，可以看到有一穿過內(nèi)殼體3的內(nèi)部熱量流Qi以及另一穿過外殼體4的外部熱量流Qa。在內(nèi)、外殼體3和4之間除了有一從內(nèi)殼體3向外殼體4的熱輻射熱流QS外，還有一熱對流QK。
在關(guān)停汽輪機之后，將形成一個自由或自然對流(以下稱為自然循環(huán)QN)，它的流動線路用虛線和箭頭示出。這一自然對流QN尤其會在中間間隙5的拱頂區(qū)域內(nèi)構(gòu)成一個用箭頭8標(biāo)明的對流集中區(qū)，熱量會在外殼體4的上半部分6A的這一局部區(qū)域傳導(dǎo)入外殼體4中。由于這樣一種熱量的局部傳導(dǎo)所產(chǎn)生的高熱負(fù)荷會導(dǎo)致所不期望出現(xiàn)的殼體翹曲變形。
這樣一種導(dǎo)致上半部分6和下半部分7之間存在溫差△TAG的自然循環(huán)QN可以通過如下手段來防止，即，在間隙5內(nèi)，積極地亦即強制性地產(chǎn)生一個用實心線S表征的流動。為此外殼體4具有兩個優(yōu)選徑向相互對置的開孔9,10。這兩個孔通過一個設(shè)置在一個管道系統(tǒng)11中的循環(huán)鼓風(fēng)機12相互連通。
在圖示實施例中，第一接通孔或流入孔9設(shè)置在一個與透平機縱向軸線13垂直的(虛擬)XY坐標(biāo)系統(tǒng)的第二象限內(nèi)。第二接通孔或流出孔10位于該XY坐標(biāo)系統(tǒng)的第四象限內(nèi)。流出孔10也可位于第三象限內(nèi)。還可以設(shè)置多個孔9,10。例如一個流入孔9可設(shè)在第二象限內(nèi)，兩個流出孔10則設(shè)在第一和第三象限內(nèi)。也可以設(shè)置多個孔9，用作流體介質(zhì)L的流入孔9。這些流入孔9優(yōu)選設(shè)置在外殼體4的上半部分6上。
在此，循環(huán)鼓風(fēng)機12的吸入側(cè)通過管道系統(tǒng)11與設(shè)在外殼體4的下半部分7中的接通孔10相連通。循環(huán)鼓風(fēng)機12的壓力側(cè)則通過管路系統(tǒng)11與設(shè)在外殼體4的上半部分6內(nèi)的接通孔9連通。
用于在透平機殼體1的間隙5內(nèi)產(chǎn)生強制流動S的循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)選在透平機2關(guān)停后投入運行。在循環(huán)鼓風(fēng)機12持續(xù)運行時，位于中間間隙5內(nèi)的流體介質(zhì)L可通過接通孔10從中間間隙5內(nèi)流出，流經(jīng)管路系統(tǒng)11和循環(huán)鼓風(fēng)機12之后到達(dá)接通孔9，重新回到中間間隙內(nèi)?？傊?，通過中間間隙5和管路系統(tǒng)11可形成一封閉的循環(huán)回路14。
通過使流體介質(zhì)L強制流入S中間間隙5內(nèi)，可阻止自由對流或自然對流QN形成，這樣可在很大程度上避免在外殼體4的上半部分6和下半部分7之間形成溫差△TAG或至少盡可能地使這一溫差很小。但強制流動S的最初作用卻是使溫度在外殼體4上的分布更均勻。
由此可在很大程度上阻止大的溫度梯度，進(jìn)而尤其可用于限制在殼體的上半部分6和下半部分7之間的相對熱膨脹及熱應(yīng)力。
通過強制氣體流動S使得外殼體4上的溫度分布更均勻，自然循環(huán)QN的作用也被抵消了。這樣，在關(guān)停透平機2，例如一汽輪機2之后，當(dāng)其冷卻時，能可靠地阻止殼體彎曲變形。
權(quán)利要求
1．一種透平機殼體，它包括一個內(nèi)殼體(3)和一個外殼體(4)，其中，外殼體(4)包住內(nèi)殼體(3)并在它們之間形成一個中間間隙(5)，其特征在于，存在于中間間隙(5)之內(nèi)的流體介質(zhì)(L)會發(fā)生強制流動(S)。
2．如權(quán)利要求1所述的透平機殼體，其特征在于，流體介質(zhì)(L)在一個封閉的循環(huán)回路(14)中流動。
3．如權(quán)利要求1或2所述的透平機殼體，其特征在于，在外殼體(4)上設(shè)有第一個孔(9)和一個通過一個鼓風(fēng)機(12)與之相連通的第二個孔(10)。
4．如權(quán)利要求3所述的透平機殼體，其特征在于，在外殼體(4)的上半部分(6)和下半部分(7)中分別設(shè)有所述兩個孔(9,10)中的一個。
5．如權(quán)利要求4所述的透平機殼體，其特征在于，外殼體(4)分成兩部分，其上半部分(6)由一個上部件(6A)構(gòu)成，其下半部分(7)由一個下部件(7A)構(gòu)成，其中，上部件(6A)和下部件(7A)通過一分接縫相互連接在一起。
6．如權(quán)利要求3、4或5所述的透平機殼體，其特征在于，所述兩個孔(9,10)沿徑向相互對置。
7．如上述任一項權(quán)利要求所述的透平機殼體，其特征在于，其被用作一個蒸汽輪機的殼體。
8．一種避免透平機的殼體(1)在關(guān)停透平機(2)后發(fā)生彎曲變形的方法，其特征在于，在一個外殼體(4)和一個被其包繞的內(nèi)殼體(3)之間的中間間隙(5)內(nèi)，產(chǎn)生流動(S)，使透平機殼體(1)上的溫度均勻分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種透平機殼體(1),它包括一內(nèi)殼體(3)和一個外殼體(4),其中,外殼體(4)包住內(nèi)殼體(3)并在它們之間形成一個中間間隙(5)。為了避免殼體發(fā)生彎曲變形,使中間間隙(5)內(nèi)的流體介質(zhì)(L)形成強制流動(S)。本發(fā)明還涉及一種避免透平機(2)的殼體在關(guān)停透平機后發(fā)生彎曲變形的方法。
文檔編號F01D25/26GK1312883SQ99809737
公開日2001年9月12日 申請日期1999年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月18日
發(fā)明者諾伯特·亨克爾, 尤維·贊德, 埃德溫·戈布里克特, 博里斯·班格特 申請人:西門子公司