專利名稱：關于蒸汽渦輪機排氣擴散器的方法、系統(tǒng)和/或設備的制作方法
技術領域：
本申請主要涉及用于改善渦輪發(fā)動機的效率和/或工作的方法、系統(tǒng)和/或設備。更具體地講而非以限制的方式，本申請涉及關于改進蒸汽渦輪機擴散器及相關構件的方法、系統(tǒng)和/或設備。
背景技術：
在常規(guī)的蒸汽渦輪機設計中，蒸汽渦輪機的內殼體，例如可以是雙流向下排氣單元，其具有沿渦輪機的對置兩側和兩端垂直地分開和延伸的包繞式排氣罩。該大型箱狀結構收容渦輪機的整個低壓區(qū)段。來自于渦輪機的排出蒸汽大致在軸向上向下游流動。然后，蒸汽排氣從軸向流動方向重新引導至相對于軸向流動方向成90。的流動方向。該90°的流動方向可向下、向上或橫向地位于任何平面中。 —般而言，用于蒸汽渦輪機的常規(guī)排氣罩在圓錐形區(qū)段的出口端處構成大型直線型結構，用于使蒸汽流以直角地轉向和擴散。蒸汽流動通路因而略微曲折，造成損失和不利的壓降。還將認識到的是，為了維護目的而接近渦輪機的各種零件如軸承很困難，因為需要移除排氣罩的上半部。此外，將會認識到，常規(guī)蒸汽渦輪機中的排氣罩通常支承渦輪機的內殼體以及相關的蒸汽通路零件如隔板(di即hragm)等。因此，已發(fā)現(xiàn)需要提供一種新的幾何形狀來改善排出蒸汽的壓力恢復和渦輪機的總體性能。

發(fā)明內容
因此，本申請描述了一種軸向流動式蒸汽渦輪機流動通路，其包括限定了軸向蒸汽流動通路的轉子和殼體；以及環(huán)形擴散器，用于使排出蒸汽擴散和使排出蒸汽從大致為軸向的流動方向轉向至大致為橫向或豎向和切向方向。在一些實施例中，環(huán)形擴散器包括至少部分地結合環(huán)形體或一段環(huán)形體的形狀的擴散器。 在一些實施例中，其中，環(huán)形擴散器包括圓錐形引導件，其用作蒸汽在其流出最后的渦輪區(qū)段時的初始引導件；環(huán)形區(qū)段，其限定環(huán)形擴散器主室的上半部；以及直線區(qū)段，其限定擴散器主室的下半部，且提供通向出口的流動通路。在一些實施例中，環(huán)形區(qū)段包括環(huán)形體形狀的大致一半。 在一些實施例中，環(huán)形區(qū)段在大致與轉子成水平的周向位置處接合直線區(qū)段；其中，形成環(huán)形區(qū)段的環(huán)形體41的軸線由渦輪機的轉子構成；其中，圓錐形引導件的上游端通過柔性接頭聯(lián)接到殼體上；其中，圓錐形引導件包括用于流出渦輪機末級的蒸汽的外部徑向邊界；以及其中，圓錐形引導件包括擴張的圓錐形形狀，使得圓錐形引導件的截面直徑隨著向下游距柔性接頭的距離的增大而增大。 在一些實施例中，圓錐形引導件的下游端包括展開的唇部；圓錐形引導件延伸到環(huán)形區(qū)段和直線區(qū)段中；以及圓錐形引導件大致延伸穿過環(huán)形區(qū)段和直線區(qū)段軸向寬度的一半。在一些實施例中，用于移動穿過圓錐形引導件的蒸汽的內邊界包括圓柱形轉子板，其設置成圍繞渦輪機的轉子，該圓柱形轉子板包括平滑的圓柱形狀，其大致圍起轉子，且從渦輪機的最后一級軸向地延伸至環(huán)形擴散器的下游壁。 在一些實施例中，殼體和環(huán)形擴散器相對于彼此獨立地安裝在底座(foundation)上。在一些實施例中，柔性連接件連接殼體和環(huán)形擴散器；柔性連接件包括膨脹式波紋管，其構造成容許有差別的熱膨脹。在一些實施例中，用于轉子的軸承支承在一個或多個支柱上，該支柱直接由渦輪機的底座支承。 通過對優(yōu)選實施例的如下詳細描述并結合附圖和所附權利要求，本申請的這些及其它特征將變得明顯。


通過仔細研究本發(fā)明示例性實施例的如下更為詳細的描述并結合附圖，可更為完全地理解和認識本發(fā)明的這些及其它目的和優(yōu)點，在附圖中 圖1為根據常規(guī)設計的雙流向下排氣式蒸汽渦輪機的大致一半的示意性截面 圖2為示出具有根據本申請的示例性實施例的環(huán)形構造的排氣擴散器的蒸汽渦輪機的大致一半的示意性側截面視圖； 圖3為具有根據本申請的示例性實施例的環(huán)形構造的排氣擴散器的下游視角的示意性截面圖；以及 圖4為可形成根據本申請的擴散器的示例性環(huán)形體形狀。零件清單10蒸汽渦輪機12轉子14渦輪輪葉16內殼體18定子葉片20蒸汽入口 22外部排氣罩24蒸汽引導件26出口 40環(huán)形擴散器41環(huán)形體45圓錐形引導件42環(huán)形區(qū)段43直線區(qū)段46出口 112轉子116內殼體44柔性接頭47展開的唇部49轉子板54軸承56支柱
具體實施例方式
現(xiàn)參看附圖，尤其是圖l，示出了蒸汽渦輪機的一部分，該蒸汽渦輪機大體上以10標示，包括安裝了多個渦輪輪葉14的轉子12。還示出了內殼體16，其安裝了多個隔板或定子葉片18。設置在中央的大致為徑向的蒸汽入口 20將蒸汽施加到位于渦輪機的對置軸向兩側上的渦輪輪葉14和定子葉片18中的各者上，以驅動轉子12。隔板18的定子導葉和軸向相鄰的輪葉14形成渦輪機10的各級，以及穿過其間的流動通路。將會認識到，蒸汽從渦輪機的末級排出，以便流過擴散器且進入冷凝器(未示出)中。 圖1中還示出了外部排氣罩22，其圍繞和支承渦輪機10的內殼體16以及諸如軸承的其它零件。在圖1的示圖中，渦輪機10包括蒸汽引導件24，用于引導從渦輪機10排出的蒸汽進入出口 26中，以便流向一個或多個冷凝器(未示出)。由于使用排氣罩22來支承渦輪機10、軸承及輔助零件，故如圖所示，排出蒸汽通路是曲折的且經受壓力損失。本領域普通技術人員將認識到，這會導致性能和效率的下降。 現(xiàn)參看圖2和圖3，示出了本發(fā)明的一個方面，其中，圖1中的相似參考標號前面加上數(shù)字"l"用來指代相似的零件。如圖所示，完全除去了現(xiàn)有技術的排氣罩22，這有利于根據本發(fā)明的示例性環(huán)形擴散器40。如本文所用以及下文更為詳細的描述，環(huán)形擴散器為至少部分地結合環(huán)形體或一段環(huán)形體的形狀的擴散器。圖4中示出了示例性的環(huán)形體，即環(huán)形體41。如圖所示，環(huán)形體是通過在三維空間中使圓圍繞軸線旋轉而產生，該軸線與該圓共面，但并不接觸該圓。 一般而言，環(huán)形體包括回轉的圓形形狀；然而，如本文所用，環(huán)形體可
4包括近似圓形的形狀，例如橢圓。 根據一個優(yōu)選的實施例，環(huán)形擴散器40大體上包括圓錐形引導件45，其用作蒸汽在其流出最后渦輪區(qū)段時的初始引導件；環(huán)形區(qū)段42，如圖所示，其限定擴散器主體或主室的上半部；以及直線區(qū)段43，其限定擴散器主體或主室的下半部，且提供通向出口 46的流動通路。環(huán)形區(qū)段42可包括環(huán)形體形狀的大致一半，但其它構造也是可行的。環(huán)形區(qū)段42在大致與轉子112成水平的周向位置處接合和過渡到直線區(qū)段43。形成環(huán)形區(qū)段42的環(huán)形體的軸線大致為轉子112。 環(huán)形擴散器40可包括容許其以更有效且成本效益合算的方式運行的其它構件。在一些優(yōu)選的實施例中，如已經描述的那樣，環(huán)形擴散器40可包括圓錐形引導件45。如圖所示，圓錐形引導件45的上游端可通過柔性接頭44聯(lián)接到內殼體116上。圓錐形引導件45大體上提供用于流出渦輪機末級的蒸汽的外部徑向邊界。如圖所示，圓錐形引導件45大體上包括具有沿轉子112的軸線的擴張的圓錐形形狀。因此，圓錐形引導件45具有增大的截面面積，這容許流出的蒸汽膨脹，且因此減小其壓力。具體而言，圓錐形引導件45具有隨著距柔性接頭44的距離增大而增大的截面直徑。圓錐形引導件45向下游延伸，且終止于展開的唇部47處。展開的唇部47有助于使流動平穩(wěn)順暢，以及幫助減小進入環(huán)形區(qū)段42的蒸汽的壓力。如圖所示，圓錐形引導件45可延伸到環(huán)形區(qū)段42和/或直線區(qū)段43中。更具體而言，圓錐形引導件45可延伸穿過環(huán)形區(qū)段42和/或直線區(qū)段43軸向寬度的大致一半。根據優(yōu)選的實施例，用于移動穿過圓錐形引導件45的蒸汽的內邊界可由形成圓柱形的轉子板49提供。圓柱形轉子板49大體上形成平滑的圓柱形狀，其圍起轉子，且從渦輪機的最后一級沿軸向延伸至環(huán)形擴散器40的下游壁。轉子板49的軸線也可為轉子112。
已經發(fā)現(xiàn)，根據本發(fā)明的環(huán)形區(qū)段42的幾何形狀可有效地容許流出的蒸汽膨脹和使其壓力減小。通過組合環(huán)形區(qū)段42和圓錐形引導件45，可進一步增強這些益處。具有環(huán)形區(qū)段42和/或圓錐形引導件45的環(huán)形擴散器40還可以最小的壓力損失，有效地將擴散的蒸汽引導至出口 46。將會認識到，出口 46不必為向下的排氣口，而是可為引向側面的排氣口或向上引向的排氣口。 除了因渦輪機蒸汽排氣側上的環(huán)形體中的蒸汽擴散而引起性能提高外，還存在其它的優(yōu)點。例如，除去了現(xiàn)有常規(guī)蒸汽渦輪機中的排氣罩，并且不再需要支承內殼體及相關的蒸汽通路零件，如排氣罩上的隔板。由于不再使用排氣罩來圍起內殼體，故還實現(xiàn)了成本的降低。還完全除去了以前需要的蒸汽引導件。重要的是，渦輪機的內殼體和環(huán)形擴散器分別由渦輪機的底座直接支承。為了有助于此，在內殼體與環(huán)形擴散器40之間提供了柔性連接件44(圖2)。柔性連接件可為許多不同的類型，如膨脹式波紋管，以容許有差別的熱膨脹。此外，對于支承渦輪機軸承而言，不再需要以前所使用的排氣罩。如圖2中所示，軸承54支承在支柱56上，支柱56繼而由渦輪機的底座直接支承。因此，支柱為軸承提供了剛性支承，結果在于改善了渦輪機的可靠性。環(huán)形擴散器40可由復合材料、鋼板或管子、結構鋼、纖維增強塑料或這些材料的任意組合形成，以獲得所需的結構完整性，以及所期望的蒸汽流擴散特性。
本領域技術人員根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的上述說明，將會構思出改進方案、變化以及修改。本領域技術人員能力范圍內的這些改進方案、變化和修改視作為由所附權利要求覆蓋。此外，應當清楚的是，上文僅涉及本發(fā)明所描述的實施例，并且在本申請不脫離由所附權利要求及其等同方案所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多變化和修改。
權利要求
一種軸向流動式蒸汽渦輪機流動通路，包括轉子(112)和殼體(116)，限定了軸向蒸汽流動通路；以及環(huán)形擴散器(40)，用于使排出蒸汽擴散和使排出蒸汽從大致為軸向的流動方向轉向至大致為橫向或豎向和切向的方向。
2. 根據權利要求l所述的流動通路，其特征在于，所述環(huán)形擴散器(40)包括擴散器，所述擴散器至少部分地結合環(huán)形體(41)或一段環(huán)形體(41)的形狀。
3. 根據權利要求1所述的流動通路，其特征在于，環(huán)形擴散器(40)包括圓錐形引導件(45)，其用作所述蒸汽在其流出最后的渦輪區(qū)段時的初始引導件；環(huán)形區(qū)段(42)，其限定所述環(huán)形擴散器(40)的主室的上半部；以及直線區(qū)段(43)，其限定所述擴散器的主室的下半部，以及提供通向出口 (46)的流動通路。
4. 根據權利要求3所述的流動通路，其特征在于，所述環(huán)形區(qū)段(42)包括大致一半的環(huán)形體形狀。
5. 根據權利要求3所述的流動通路，其特征在于，所述環(huán)形區(qū)段(42)在大致與所述轉子(112)成水平的周向位置處接合所述直線區(qū)段(43);其中，形成所述環(huán)形區(qū)段(42)的所述環(huán)形體(41)的軸線由所述渦輪機的轉子(112)構成；其中，所述圓錐形引導件(45)的上游端通過柔性接頭(44)聯(lián)接到所述殼體(116)上；其中，所述圓錐形引導件(45)包括用于流出所述渦輪機的末級的蒸汽的外部徑向邊界；以及其中，所述圓錐形引導件(45)包括擴張的圓錐形形狀，使得所述圓錐形引導件(45)的截面直徑隨著向下游距所述柔性接頭(44)的距離的增大而增大。
6. 根據權利要求3所述的流動通路，其特征在于所述圓錐形引導件(45)的下游端包括展開的唇部(47);所述圓錐形引導件(45)延伸到所述環(huán)形區(qū)段(42)和所述直線區(qū)段(43)中；以及所述圓錐形引導件(45)延伸穿過所述環(huán)形區(qū)段(42)和所述直線區(qū)段(43)的軸向寬度的大致一半。
7. 根據權利要求3所述的流動通路，其特征在于，用于移動穿過所述圓錐形引導件(45)的所述蒸汽的內邊界包括圍繞所述渦輪機的轉子(112)設置的圓柱形轉子板(49)，包括平滑的圓柱形狀的所述圓柱形轉子板(49)大致圍起所述轉子(112)，且從所述渦輪機的最后一級沿軸向延伸至所述環(huán)形擴散器(40)的下游壁。
8. 根據權利要求l所述的流動通路，其特征在于，所述殼體(116)和所述環(huán)形擴散器(40)相對于彼此獨立地安裝在底座上。
9. 根據權利要求l所述的流動通路，其特征在于，柔性連接件(44)連接所述殼體(116)和所述環(huán)形擴散器(40);所述柔性連接件(44)包括構造成容許有差別的熱膨脹的膨脹式波紋管。
10. 根據權利要求l所述的流動通路，其特征在于，用于所述轉子(112)的軸承(54)支承在一個或多個支柱(56)上，所述支柱(56)直接由所述渦輪機的底座支承。
全文摘要
本發(fā)明涉及關于蒸汽渦輪機排氣擴散器的方法、系統(tǒng)和/或設備。一種軸向流動式蒸汽渦輪機流動通路，其包括轉子(112)和殼體(116)，限定了軸向蒸汽流動通路；以及環(huán)形擴散器(40)，用于使排出蒸汽擴散和使排出蒸汽從大致為軸向的流動方向轉向至大致為橫向或豎向和切向的方向；其中，環(huán)形擴散器(40)包括至少部分地結合環(huán)形體(41)或一段環(huán)形體(41)的形狀的擴散器。
文檔編號F01D9/00GK101769173SQ20091011366
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者E·J·沙羅, N·D·拉斯羅普, R·K·小奧維鮑赫 申請人:通用電氣公司