[發明專利]適合于在低蒸汽溫度下運行的多級軸流式渦輪機

有效

• 申請號: 201780065270.2
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN109844265B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 羅杰·戴維斯
• 申請（專利權）人: 英德科斯控股私人有限公司
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;F01D17/16;F01D1/02;F01D5/34;F02C9/16
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 許春波;楊明釗

多級軸向式渦輪機(通常在4級和10級之間)設計成更有效率地運行，其中除了最后一級或最后兩級外，在每一級中部分地引入低溫蒸汽。本主題的渦輪機的每一級以較小的壓降有效率地運行，從而使每級的流體密度都保持十分小的降低。每一級具有構建成單件的整體葉盤以及內置到整體葉盤的外圍中的蒸汽通道。每個后續的級然后僅需要小的流動面積的增加，這可以通過僅使用引入和葉片高度上的小的增加來實現。

發明領域

本發明總體上涉及一種軸向式渦輪機，其具有在相對較低的蒸汽溫度和壓力下運行的多個級，并且其中在這些級中的大多數級處存在部分蒸汽引入(partial steamadmission)。

發明背景

現有的蒸汽渦輪機通常很大，產生100千瓦以上的功率以克服損失，并且經濟上可行。在多級軸向設計和徑向設計中，蒸汽的膨脹需要增加流動面積，而高的壓力、溫度和轉速限制了材料的選擇。大尺寸和大致水平的構造要求沿軸向方向來支撐軸。旋轉的葉片排(轉子)必須被固定的噴嘴排(定子)隔開，從而增加了裝配的復雜性。

多年來，使用蒸汽作為動力流體的發電設備的發展主要集中在降低產生每兆瓦小時的電力的貨幣成本上。為此，蒸汽渦輪機技術的改進一直集中在提高輸出、蒸汽/鍋爐溫度、單元可靠性/可用性或這些的組合上。這些改進通常增加單位成本，需要增加功率輸出，以保持財政上的可行性。

軸向式渦輪機級由一排靜止的翼型件(通常稱為“噴嘴”、“定子”或“輪葉”)組成，這些翼型件加速并引導流體流撞擊一排旋轉的翼型件型體(通常稱為“斗形件(bucket)”、“轉子”或“葉片”)，這些翼型件型體連接到軸，以為所連接的設備輸送功率輸出。

已知的軸向式渦輪機的當前問題是，通過增加葉片高度，隨著通道面積的增加以處理蒸汽膨脹，在后續的級處增加了葉尖速度，并增加了葉片尖和根部之間的圓周速度差，從而將運行條件改變到需要三維葉片輪廓的程度。

葉片材料也需要很厚實，并因此是昂貴的，以便應對熱狀況和機械狀況。考慮到葉片具有不同的三維輪廓意味著葉片必須單獨制造，并然后單獨附接到承載轂(carrierhub)上，這大大增加了裝配時間、復雜性和平衡問題。

另外，為了限制徑向偏移(deflection)，軸通常在每個定子中由軸承支撐，這增加了每個附加級的軸承阻力，從而導致損失。

此外，為了便于多個級的裝配，殼體通常沿其軸向長度分開，并且定子半部固定在每個殼體部分中，增加了密封復雜性和對齊難度。

當渦輪機進口處流體密度非常高時，通常的做法是將多級渦輪機的第一級(以及可能的前幾級)設計成具有“部分引入”。部分引入指的是一種級設計，其中噴嘴通道僅設置360度圓周的一部分(一段)。在常規設計中使用的部分引入的主要優點是，由于減少了損失，它能夠使用更大的噴嘴和葉片通道高度(即，徑向長度)，從而產生更好的效率。這對于需要非常小的高度的高密度流尤其重要。然而，部分引入特征具有如下面所討論的數個其它優點，這些優點在本發明中被利用。

在常規渦輪機中，特別是蒸汽渦輪機中，部分引入僅應用于使用高密度流體運行的第一級(或前幾級)。后續的級不可以利用部分引入，因為它們的運行壓力和密度已經顯著降低。結果是，需要更大地增大噴嘴和葉片通道面積來補償蒸汽從入口到排放裝置(exhaust)膨脹時出現的更高的體積流率。對于這些較大體積的流動級，通常需要完全引入(360度)，以便獲得較大的通道面積，同時將葉片高度保持在合理的機械應力極限內。

本發明的目的是克服上面提到的問題中的至少一些，或者通過提供適合于在低蒸汽溫度下運行的多級軸流式渦輪機(multi-stage axial flow turbine)為公眾提供有用的替代方案，該渦輪機可以在申請人的澳大利亞專利申請2016222342中描述的裝置中運行，該澳大利亞申請的內容通過引用并入本文。

發明概述