[發明專利]軸流式渦輪機

有效

• 申請號: 201210020582.0
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102606216A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: B·R·哈勒爾;G·辛格
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F01D1/04
• 分類號: F01D1/04;F01D5/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

技術領域

本發明涉及一種軸流式渦輪機。本發明的實施例尤其涉及一種軸流式蒸汽渦輪機，作為該蒸汽渦輪機的最后的低壓渦輪級內的翼型葉片的改進設計的結果，該軸流式蒸汽渦輪機具有提高的效率。

背景技術

用于發電的蒸汽渦輪機通常包括沿著軸向流動順序布置的高壓渦輪段、可選的中壓渦輪段以及低壓渦輪段，每個渦輪段具有一系列的渦輪級。隨著蒸汽通過每個渦輪段中的渦輪級被膨脹，蒸汽的壓力和溫度降低，且在通過低壓渦輪段的末級膨脹之后，蒸汽通過渦輪機排放系統被排放。

尤其在大的發電裝置中，蒸汽渦輪機的效率非常重要，在大的發電裝置中，效率的少許增加可導致用于產生電功率所需的燃料的量顯著減少。這會導致極大地節省成本且顯著降低CO₂的排放，從而相應地減少SO_x和NO_x。因此，由于翼型葉片設計對渦輪機的效率具有重要影響，所以相當量的金錢和努力持續地花費在對翼型葉片設計的研究上。

最后的低壓渦輪級和渦輪機排放系統兩者均對蒸汽渦輪機的性能具有重要影響，因此，最后的低壓渦輪級和渦輪機排放系統兩者均對蒸汽渦輪機的總效率具有重要影響。在傳統的蒸汽渦輪機的最后的低壓渦輪級中采用的翼型葉片設計傾向于產生大量的剩余能量和不均勻停滯壓力分布，大量的剩余能量以及不均勻停滯壓力分布兩者均不利于渦輪機排放系統和最后的低壓渦輪級的總體性能。

因此，如果最后的低壓渦輪級可將最少量的剩余能量傳輸到渦輪機排放系統，并且在渦輪機排放系統的入口處產生更接近理想壓力分布的停滯壓力分布，則這將是期望的，實際上該理想壓力分布在最后的低壓渦輪級中的翼型葉片的高度方向上不變并且朝著尖端區域稍微增加。

已經使用在轂區域和尖端區域之間具有增加的徑向高度的翼型葉片，以試圖減少最后的低壓渦輪級的剩余能量并因此增加最后的低壓渦輪級的效率。然而，這可導致這樣的渦輪機排放系統，在該渦輪機排放系統中，排放系統的軸向長度(L)與最后的低壓渦輪級的旋轉翼型葉片的高度(H)之比(即，L/H)極大地減小。出于多種原因，特別是由于蒸汽渦輪機的緊湊性的任何降低可顯著增加其占地區域并因此增加其安裝成本，所以通常不期望增加渦輪機排放系統的軸向長度(L)。

定義

以下定義將在整個說明書中使用。

翼型葉片，無論是靜止翼型葉片還是旋轉翼型葉片，沿徑向最內的末端將被稱為翼型葉片的“轂區域”(通常也被認為是根部)，而翼型葉片，無論是靜止翼型葉片還是旋轉翼型葉片，沿徑向最外的末端將被稱為翼型葉片的“尖端區域”。

翼型葉片的“壓力表面”是其凹入側，翼型葉片的“吸入表面”是其凸出側。

翼型葉片的葉片出口角(α)是相對于轉子的周向的角度，該角度使工作流體離開圓周葉片列(circumferential?blade?row)且從以下關系式獲得：-

α＝sin^-1K

其中：-

K＝喉部尺寸(t)/間距尺寸(p)

喉部尺寸(t)被定義為從一個翼型葉片的后緣法線延伸到位于相同列的相鄰的翼型葉片的吸入表面的最短線路，而間距尺寸(p)是在距翼型葉片的轂區域特定的徑向距離處從一個翼型葉片的后緣到位于相同列的相鄰的翼型葉片的后緣的圓周距離。

表達式AN²表示由位于低壓渦輪段的出口處的最后的低壓渦輪級的旋轉翼型葉片掃過的環形面積(A)乘以旋轉翼型葉片的旋轉速度(N)的平方的結果。環形面積(A)被定義為由旋轉翼型葉片的內徑和外徑描繪的圓的面積之差。

翼型葉片的“軸向寬度”(W)是翼型葉片的前緣和后緣之間的軸向距離(即，在翼型葉片的前緣和后緣之間沿著渦輪機的旋轉軸測量的距離)。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種軸流式渦輪機，該軸流式渦輪機沿著軸向流動順序包括低壓渦輪段和渦輪機排放系統，低壓渦輪段包括最后的低壓渦輪級，最后的低壓渦輪級包括沿圓周列狀布置(circumferential?row)的靜止翼型葉片，所述靜止翼型葉片由沿圓周列狀布置的旋轉翼型葉片軸向連續跟隨，每個翼型葉片具有徑向內部轂區域以及徑向外部尖端區域，其中，每個靜止翼型葉片的等于喉部尺寸(t)與間距尺寸(p)之比的K值沿著靜止翼型葉片的在轂區域和尖端區域之間的高度根據大致呈W形的分布變化。

軸流式渦輪機可以是蒸汽渦輪機。