CN101725380A - 蒸汽涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽涡轮，其具有高于650℃的工作温度，该蒸汽涡轮包括受到高的热负荷的、至少部分地由镍基合金采用铸造技术制成的壳体(G)。对于这种蒸汽涡轮来说，制造的简化由此得以实现，即壳体(G)被划分为多个较小的壳体部分(G1、...、G8；G22、G31、G32)，它们相互连接并共同形成壳体(G)。

Description

蒸汽涡轮

技术领域

本发明涉及蒸汽涡轮领域。它涉及按权利要求1前序部分所述的蒸汽涡轮。

背景技术

功率范围在1000MW左右的大型蒸汽发电厂具有蒸汽涡轮组，所述蒸汽涡轮组分为高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮(参见例如L。Busse等人的文章“World’shighest capacity steam turbosets for the lignite-fired Lippendorf power station”，ABBReview 6/1997，第13-22页(1997))。所称文章的图4示出从两个相反的侧面通过分别包括一个截止阀和一个截止阀的相应阀门单元向中压蒸汽涡轮切向地输送中间过热的蒸汽。

目前这种数量级的中压蒸汽涡轮在涡轮的每一侧上具有阀门单元，如本申请书图1所示。图1的在与机器的轴线16平行的观察方向上所示的中压蒸汽涡轮10具有外壳11和内壳12，这二者关于轴线16同心构成。内壳12环绕着(看不到的)具有所属叶片的、能够旋转地得到支承的转子。中间过热的蒸汽从两个相对的侧面通过蒸汽入口13、14沿切向流入到内壳12中的螺旋造型的入口区中，在那里转入轴向，加载转子的叶片并再通过蒸汽出口15排出。蒸汽的通过两个蒸汽输送管道17、18进行的入流受两个阀门单元VE1和VE2的影响。可比较的阀门单元例如在文献WO-A1-03/093653有所公开。

图1的阀门单元VE1和VE2基本上由截止阀部分V11或V21和控制阀部分V12或V22组成，它们各自可通过(液压的)驱动装置操纵。阀门V11、...、V22在阀门单元的内部-如在WO-A1-03/093653的图2中也可以看出的那样-具有近似球形的造型。对于大型蒸汽发电厂(约1100MW)来说，球形截止阀部分V11或V21典型地为39吨重(直径1100mm)并且球形控制阀部分V21或V22典型地为28吨重(直径815mm)。如果所属壳体以传统方式作为一体的铸件制造，则该铸件具有＞60吨的重量。

对于工作温度＞650℃的蒸汽涡轮来说，阀门单元的承受全部蒸汽压力的壳体必须由镍基合金制造。但这样做的缺点如下：

·每千克材料的成本非常高。

·原则上对于镍基合金来说工件的内表面很难加工。对于非常大的工件来说尤其是这样。

·难于找到铸造这种大型镍基合金工件的制造厂家。

·由于铸件的尺寸，铸造期间出现单个部件的分凝，所述分凝导致工件内部成分不均匀的缺陷区域。其中分凝的程度取决于工件的尺寸。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种开头所述类型的蒸汽涡轮，其避免传统解决方案的缺点并且其优点特别在于减小所要铸造的镍基合金部件的尺寸。

该目的通过权利要求1的全部特征得以实现。本申请旨在将由一种材料制成的大型铸件划分为由同一材料制成的多个小型铸件，多个小型铸件被分开制造并然后材料配合地相互连接。所提出的解决方案的重点涉及将所需的由镍基合金制成的大型部件划分为多个较小的子部件，将其作为单独的铸件制造并随后相互连接。这种方法首先对输出功率例如＞500MW的非常大的蒸汽涡轮非常重要并具有优点。所提出的方法(多个子部件，但每个子部件在尺寸上或重量上为此却变小)对于在本发明范畴内的蒸汽涡轮而言不仅可以用于设置在蒸汽涡轮上的阀门单元，而且也可以用于蒸汽涡轮本身的内壳。

依据本发明的一种构成方案，至少一些壳体部件为形成壳体而被相互焊接。对于镍基合金来说，与钢相比，在高的内部压力的负荷下焊缝处的蠕变强度仅略微降低，从而保证经焊接的本体的高的机械强度。在此方面，壳体部件最好在与蒸汽的流动方向垂直和/或者平行定向的平面中相互焊接。

本发明另一种构成方案的特征在于，蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮，并且，由多个较小的壳体部分组成的壳体为中压蒸汽涡轮的内壳。尤其内壳沿与蒸汽涡轮的轴线平行的分界面被划分为至少两个子壳。在此方面，为机械加固内壳可以附加设置加固件，特别是沿轴向分布地设置锁环，其牢固地围住内壳。

本发明另一种构成方案的特征在于，蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮，为控制向中压蒸汽涡轮的蒸汽输送，中压蒸汽涡轮的蒸汽入口上设置了至少一个阀门单元，并且，划分为多个较小的壳体部分的壳体为至少一个阀门单元的壳体。

优选在中压蒸汽涡轮上设置两个彼此相对的蒸汽入口，其中，为每个蒸汽入口配设一个阀门单元，并且这两个阀门单元的壳体分别被划分为多个较小的壳体部分。

依据该构成方案的一种改型，每个阀门单元在流动方向上依次连接地包括第一阀门和第二阀门，它们共同安装在壳体内，其中，第一阀门作为截止阀并且第二阀门作为控制阀构成。

每个阀门单元的壳体针对第一和第二阀门分别具有基本上球形的壳体部分，其中，球形的壳体部分分别被划分为一定数量的子壳，它们分别借助至少一个在流动方向上走向的焊缝相互连接。

此外，每个阀门单元的壳体具有通向第一阀门的蒸汽输送管道，并且蒸汽输送管道分别作为一体的壳体部分构成并与第一阀门的壳体部分通过在周向上走向的焊缝连接。

此外，每个阀门单元的壳体具有从第二阀门引出的接合管道，并且该接合管道分别作为一体的壳体部分构成并与第二阀门的壳体部分通过在周向上走向的焊缝连接。

为了尽管减少材料仍能达到很高的机械强度，可以为了对壳体进行机械加固而设置特别以锁环为形式的加固件，其能够在尤其位于球形壳体部分的区域内的不同位置上将壳体牢固围住。

为降低镍基合金的份额当然也可以设想的是，依据本发明的另一种构成方案将每个阀门单元的壳体设置成双壁壳体结构的内部件，其中，内部件由镍基合金形成并且外部件由钢形成。

本发明另一种构成方案的特征在于，蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮，为控制向中压蒸汽涡轮的蒸汽输送，在中压蒸汽涡轮上设置至少一个阀门单元，并且，阀门单元包括至少两个同类型的、并行工作的阀门。通过将一个阀门划分为两个并行的阀门能够让后者变得更小，从而相应减小所属铸件的尺寸。至少两个阀门优选作为控制阀构成，蒸汽被分开地输送给这些控制阀并在它们之后汇合。

至少两个阀门当然也可以作为截止阀构成，蒸汽被分开地输送给它们，其中，沿着流动方向在这两个截止阀之后设置作为控制阀构成的第三阀门，来自这两个截上阀的蒸汽在第三阀门处汇合。

这两个截止阀最好与一个控制阀通过连接管道连接，并且，控制阀与蒸汽涡轮通过接合管道连接，而且，所述连接管道垂直于所述接合管道地定向。

作为替代方案，连接管道与接合管道当然也可以形成“Y”形状的配置。另一种选择在于，连接管道与接合管道形成叉形配置。

附图说明

下面借助结合附图的实施例对本发明进行详细说明。其中：

图1在横向于机器轴线的局部剖视图中示出了适合用来实现本发明的大型中压蒸汽涡轮，其具有在两侧的蒸汽供给并具有所属的、用于控制蒸汽输送的阀门单元；

图2示出依据本发明的一个实施例的图1所示阀门单元的被划分为子部件的壳体的透视图；

图3示出依据本发明的另一实施例的图1所示阀门单元的被划分为子部件并利用附加的锁环加固的壳体的透视图；

图4以大大简化的视图示出了依据本发明的另一实施例的图1所示阀门单元的截止阀被划分为两个较小的并行工作的截止阀；

图5以与图4类似的视图示出依据本发明的另一实施例，其中蒸汽管道或蒸汽管按照“Y”配置设置；

图6以与图4类似的视图示出依据本发明的另一实施例，其中蒸汽管道或蒸汽管按照叉形配置设置；以及

图7以透视图示出依据本发明的一个实施例的图1所示蒸汽涡轮的被划分为子部件的内壳。

具体实施方式

图2以透视图示出依据本发明的一个实施例将图1所示阀门单元(VE1)划分为子部件的壳体G。壳体G在该示例中沿蒸汽流动方向被划分为四个壳体部分G1、G2、G3和G4，蒸汽通过蒸汽输送管道17进入并通过接合管道19排出。壳体部分G1为具有接合法兰19′的接合管道19。壳体部分G4为蒸汽输送管道17。两个壳体部分G2和G3基本上球形地构成并成为这两个阀门V11和V12(图1)的部件即截止阀和控制阀。这两个壳体部分G2和G3本身由两个半壳组成，即上半壳G22或G32和下半壳G21或G31。

为使阀门单元VE1承受住流过的蒸汽的内部压力，半壳G21、G22和G31、G32通过平行于流动方向走向的(切向的)的焊缝S2和S4相互连接。壳体部分G1、...、G4本身通过在周向上走向的焊缝S1、S3和S5连接。

为了对纵向焊接的球形的壳体部分G2和G3进行机械强化，在这些壳体部分的管接头上附加地设置或热装了外部加固件尤其依据图3的锁环20、21。但作为对锁环20、21的选择或者附加，为加固也可以使用沿轴向旋拧的螺栓连接的法兰。虽然图3中在用于阀门驱动装置的管接头上仅相应热装了一个锁环20或21，但在阀门的两个球形壳体部分G2与G3之间以及在壳体部分G2与接合法兰19′之间可以具有其他的锁环。这些其他的锁环必须在轴向上运动，以便可以进行纵向焊接(焊缝S2、S4)并然后加热且移动到其最终位置上。

具有优点的是，锁环20、21具有与壳体G相比更大的热膨胀系数(例如针对镍基合金的壳体使用奥氏体钢的锁环)。作为替代方案，锁环当然也可以由能够先后安装的环段组成，正如文献DE-A1-19758160中所介绍和公开的那样。

为进一步减轻由镍基合金制成的单个铸件或壳体部分的重量，具有优点的是，用具有类似于镍基合金的膨胀系数的廉价钢例如用1-2％CrMoV-铸件来制造这些部件的冷段。相似的热膨胀系数有利于在焊接期间以及在工作时降低部件中的应力。

可以取得进一步改进的是，阀门单元双壁地构成。在这种情况下，仅镍基合金的内部件设有纵向焊缝并在必要时采用锁环得到附加加固。外部件由钢制成并在必要时通过法兰和/或者纵向焊缝和/或锁环得到加固。然后在处于壁之间的间隙内可以让介质循环，以便限制作用在外部件上的高温并减少对外部件的热传导。由该介质吸收的热量然后可以用于改善蒸汽循环过程的效率。

内部件与外部件之间的间隙特别可以充有冷蒸汽，其中，冷蒸汽的压力可以大于或者小于内部件内部的蒸汽压力。另一种方案是，例如通过外部件与冷凝器经由管道连接的方式将所述间隙排空，由此所述间隙内产生几乎真空。该真空起到内部件与外部件之间热绝缘的作用并降低外部件内的温度。这种绝缘效果可以得到加强，方法是，例如通过覆层来给外部件的内壁设置高反射的表面，因为由此可以降低缘自辐射的热传递。

单个子部件的减小当然也可以通过“功能上”的分解来实现，方法是例如取代在蒸汽涡轮的阀门单元内设有较大球形壳体部分的较大阀门而使用两个或者多个并行工作的具有较小的球形壳体部分的较小阀门。用于蒸汽涡轮的蒸汽然后被单独输送到两个或者多个较小阀门并在这些阀门之后(例如借助“Y”形管件)汇合并在一个部位上被输送到蒸汽涡轮内。如果蒸汽输送在相对的侧面上进行的话，那么可以在蒸汽涡轮的两侧上都采取这样的阀门分配。

即便对于图1-3的阀门单元配置而言，也可以具有优点地使用这种“功能上”的分配或者分解：因为截止阀V11或V21的球形壳体部分G3明显大于控制阀V12或V22的球形壳体部分G2，所以具有优点的是，这两个阀门单元VE1和VE2内的截止阀都被替换成两个或者多个并行工作的较小截止阀，它们的蒸汽于是处于下游的(唯一的)控制阀内汇合并从那里输送到蒸汽涡轮内。

图4、5和6关于这种分配示出了三种不同的可能方案：在图4中，阀门单元VE3包括一个具有驱动装置A1的控制阀V1和两个具有驱动装置A2和A3的截止阀V2、V3。蒸汽通过垂直于视图平面地来自下面的蒸汽输送管道22、23输送到截止阀V2、V3。截止阀V2、V3与(唯一的)控制阀V1通过两个连接管道24、25连接。控制阀V1将汇合的蒸汽通过具有接合法兰19′的接合管道19输送到(未示出的)蒸汽涡轮内。其中，连接管道24和25垂直于接合管道19定向。

在一种替代的配置(图5)中，阀门单元VE4的连接管道24′和25′与接合管道19形成”Y”形状的配置。在另一种替代的配置(图6)中，阀门单元VE5的连接管道24″和25″与接合管道19形成叉形配置。在所有这三种情况下，由于蒸汽流在控制阀V1内汇合，所以可以取消“Y”形的管件。

如果本发明的原理用于蒸汽涡轮10(图1)的内壳12上，那么依据图7，由于可触及性的缘故在第一分界面T1中划分的内壳12的子壳TS1、TS2可以在轴向上和/或在周向上例如沿着垂直于轴线走向的分界面T2被进一步划分(图7中的壳体部分G7、G8)，以便减少单个铸件的尺寸和重量。在这里也可以利用在外部围住内壳12的附加的锁环来达到提高机械强度的目的。

附图标记清单

10        中压蒸汽涡轮

11        外壳

12        内壳

13、14    蒸汽入口

15        蒸汽出口

16        轴线

17、18    蒸汽输送管道

19                接合管道

19′              接合法兰

20、21            锁环

G                 壳体(阀门单元)

G1、G2、G3、G4    壳体部分

G5、G6、G7、G8    壳体部分

G21、G22          子壳

G31、G32          子壳

S1、...、S5       焊缝

T1、T2分          界面

TS1、TS2          子壳

VE1、...、VE5     阀门单元

V1、V2、V3        阀门

V11、V12          阀门

V21、V22          阀门

22、23            蒸汽输送管道

24、24′、24″    连接管道

25、25′、25″    连接管道

Claims (19)

1.一种蒸汽涡轮(10)，其具有高于650℃的工作温度，该蒸汽涡轮(10)包括承受高的热负荷的、至少部分地由镍基合金采用铸造技术制成的壳体(12、G)，其特征在于，所述壳体(12、G)为简化制造而被划分为多个较小的壳体部分(G1、...G4；G21、G22、G31、G32；G5、G6、G7、G8)，所述多个较小的壳体部分相互连接并共同形成所述壳体(12、G)。

2.按权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，至少一些所述壳体部分(G1、...G4；G21、G22、G31、G32；G5、G6、G7、G8)为形成所述壳体(12、G)而被相互焊接(S1、...S5)。

3.按权利要求2所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述壳体部分(G1、...G4；G21、G22、G31、G32；G5、G6)在与蒸汽的流动方向垂直并且/或者平行定向的平面中被相互焊接。

4.按权利要求1至3之一所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮(10)，并且，由多个较小的壳体部分(G7、G8)组成的壳体(12)为所述中压蒸汽涡轮(10)的内壳(12)。

5.按权利要求4所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述内壳(12)沿着平行于所述蒸汽涡轮的轴线(16)安置的分界面(T1)被划分为至少两个子壳(TS1、TS2)，并且，为对所述内壳(12)进行机械加固而设置了加固件尤其沿着轴向方向分布地设置的锁环，其将所述内壳(12)牢固围住。

6.按权利要求1至3之一所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮(10)，为控制向所述中压蒸汽涡轮(10)的蒸汽输送而在所述中压蒸汽涡轮(10)的蒸汽入口(13、14)处设置至少一个阀门单元(VE1、...VE5)，并且，划分为多个较小的壳体部分(G1、...G4；G21、G22、G31、G32；G5、G6)的壳体为所述至少一个阀门单元(VE1、...VE5)的壳体(G)。

7.按权利要求6所述的蒸汽涡轮，其特征在于，在所述中压蒸汽涡轮(10)上设置两个彼此相对的蒸汽入口(13、14)，为每个所述蒸汽入口(13、14)配设一个阀门单元(VE1、VE2)，并且，这两个阀门单元(VE1、VE2)的壳体(G)被分别划分为多个较小的壳体部分(G1、...G4；G21、G22、G31、G32；G5、G6)。

8.按权利要求6或7所述的蒸汽涡轮，其特征在于，每个阀门单元(VE1、VE2)在流动方向上依次连接地包括第一阀门(V11、V21)和第二阀门(V12、V22)，它们被共同安装在所述壳体(G)内，并且，所述第一阀门(V11、V21)作为截止阀构成且所述第二阀门(V12、V22)作为控制阀构成。

9.按权利要求8所述的蒸汽涡轮，其特征在于，每个阀门单元(VE1、VE2)的壳体(G)针对所述第一和第二阀门(V11、V21或V12、V22)分别具有基本上球形的壳体部分(G2、G3)，并且，所述球形的壳体部分(G2、G3)分别被划分为一定数量的子壳(G21、G22或G31、G32)，所述子壳分别借助至少一个在流动方向上走向的焊缝(S2或S4)相互连接。

10.按权利要求9所述的蒸汽涡轮，其特征在于，每个阀门单元(VE1、VE2)的壳体(G)具有通向所述第一阀门(V11、V21)的蒸汽输送管道(17、18)，并且所述蒸汽输送管道(17、18)分别作为一体的壳体部分(G4)构成且与所述第一阀门(V11、V21)的壳体部分(G3)通过在周向上走向的焊缝(S5)连接。

11.按权利要求9或10所述的蒸汽涡轮，其特征在于，每个阀门单元(VE1、VE2)的壳体(G)具有从所述第二阀门(V12、V22)引出的接合管道(19)，并且所述接合管道(19)分别作为一体的壳体部分(G1)构成且与所述第二阀门(V12、V22)的壳体部分(G2)通过在周向上走向的焊缝(S1)连接。

12.按权利要求9所述的蒸汽涡轮，其特征在于，为对所述壳体(G)进行机械加固而设置了特别以锁环(20、21)为形式的加固件，其在尤其位于所述球形的壳体部分(G2、G3)的区域内的不同位置上牢固地围住所述壳体(G)。

13.按权利要求9至11之一所述的蒸汽涡轮，其特征在于，每个阀门单元(VE1、VE2)的壳体(G)为双壁的壳体结构的内部件，并且所述内部件由镍基合金形成且外部件由钢形成。

14.按权利要求1至3之一所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述蒸汽涡轮为中压蒸汽涡轮(10)，为控制向所述中压蒸汽涡轮(10)的蒸汽输送而在所述中压蒸汽涡轮(10)上设置至少一个阀门单元(VE3、VE4、VE5)，并且，所述阀门单元(VE3、VE4、VE5)包括至少两个同类型的、并行工作的阀门(V2、V3)。

15.按权利要求14所述的蒸汽涡轮，其特征在于，至少两个所述阀门作为控制阀构成，蒸汽被分开地输送给它们并在它们之后汇合。

16.按权利要求14所述的蒸汽涡轮，其特征在于，至少两个所述阀门(V2、V3)作为截止阀构成，蒸汽被分开地输送给它们，并且，沿流动方向在这两个截止阀(V2、V3)之后设置一个作为控制阀构成的第三阀门(V1)，来自这两个截止阀(V2、V3)的蒸汽在所述第三阀门处汇合。

17.按权利要求16所述的蒸汽涡轮，其特征在于，这两个截止阀(V2、V3)与这一个控制阀(V1)通过连接管道(24、25；24′、25′；24″、25″)连接，所述控制阀(V1)与所述蒸汽涡轮通过接合管道(19)连接，并且，所述连接管道(24、25)垂直于所述接合管道(19)地定向。

18.按权利要求16所述的蒸汽涡轮，其特征在于，这两个截止阀(V2、V3)与这一个控制阀(V1)通过连接管道(24′、25′)连接，所述控制阀(V1)与所述蒸汽涡轮通过接合管道(19)连接，并且，所述连接管道(24′、25′)与所述接合管道(19)形成“Y”形状的配置。

19.按权利要求16所述的蒸汽涡轮，其特征在于，这两个截止阀(V2、V3)与这一个控制阀(V1)通过连接管道(24″、25″)连接，所述控制阀(V1)与所述蒸汽涡轮通过接合管道(19)连接，并且，所述连接管道(24″、25″)与所述接合管道(19)形成叉形配置。

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