專利名稱：汽輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機，其穿過汽輪機外殼的軸至少有一部分的長度是設在外殼內(nèi)的，該外殼內(nèi)包括一個高壓側(cè)和一個與此相對置的排氣側(cè)，汽輪機帶有至少一個調(diào)節(jié)閥用以調(diào)節(jié)進入外殼的蒸汽流。
運轉(zhuǎn)一個汽輪機通常使用油壓式的裝置，例如，用油潤滑的徑向和軸向軸承以及以油壓驅(qū)動的帶有所屬控制裝置的調(diào)節(jié)閥。同樣情況，作為快速作用主要閉塞裝置的所謂快速關閉閥以及用以轉(zhuǎn)動渦輪轉(zhuǎn)子而設置的轉(zhuǎn)動裝置都是以油壓驅(qū)動的。在一個汽輪機內(nèi)使用油類本身就肯空蘊藏著著火的危險。多年來企圖尋找出不著火或不易著火的液體至今還沒有滿意的結(jié)果。
本發(fā)明的目的在于進一步發(fā)展如本文開始所提到的那種汽輪機，使其在避免了著火危險的情況下仍能順利運轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的是這樣達到的，即通過在外殼內(nèi)的高壓側(cè)和壓側(cè)和排氣側(cè)設置磁性軸承，使軸有一個無油的支承，以及使用一個電磁伺服驅(qū)動來無油地操動調(diào)節(jié)閥。
在外殼內(nèi)高壓側(cè)設置的磁性軸承有利地包括一個徑向軸承和一個軸向軸承。除此以外，在高壓側(cè)還設置有一個止推軸承，該軸承最好設置在徑向軸承和軸向軸承之間。磁性軸承和止推軸承最好用凸緣固定在汽輪機外殼上并用一個蓋子氣密地將其封闞，因而在高壓側(cè)處于外殼內(nèi)的蒸汽室與外界不再連通。對于這種情況，即用于驅(qū)動一種作功機械，如壓縮機或發(fā)電機，的軸在高壓側(cè)一邊穿過外殼的話，在排氣側(cè)一邊就安有一個蓋子。然而，軸在排氣側(cè)一邊穿過外殼當然更為適合。
對于一個高壓結(jié)構(gòu)式的汽輪機，在高壓側(cè)經(jīng)常在一個用于推動平衡的平衡活塞上配置一個所謂的迷宮式密封件作為密封裝置。在這種情況下，磁性軸承和止推軸承就最好設置在蒸汽室和這個密封裝置之間，也就是說，朝著排氣側(cè)看去，它們就設在這個密封裝置之前。通過這種安排就可以得到一個介于在高壓側(cè)的磁性軸承和在排氣側(cè)的磁性軸承之間的特別小的支承間距，其優(yōu)點是，軸的振動特性更加接近于“剛性軸”的理想情況。另一方面，如果仍舊保持尋常的支承間距在外殼內(nèi)，也就是，在汽輪機的蒸汽室內(nèi)，為另加的葉片組的地位被騰出來了。這樣，汽輪機就可以獲得特別高的效率。
對于軸在排氣側(cè)穿過汽輪機外殼的情況，在設置在那里的轉(zhuǎn)子和汽輪機外殼之間就有必要設一個密封裝置。為了將軸支承在排氣側(cè)，最好設置一個徑向磁性軸承和另外一個止推軸承，它們同樣地位于外殼之內(nèi)。密封裝置可以沿著蒸汽流的方向設置在這兩個軸承的前面，中間或者為了縮短支承間距，設置在它們的后面。也可能將軸向磁性軸承安置在外殼的排氣側(cè)，而止推軸承和徑向磁性軸承設置在其前面的蒸汽一側(cè)。
調(diào)節(jié)閥用以通過一個活動的梁共同作用以調(diào)節(jié)進入外殼的新蒸汽的電磁伺服驅(qū)動裝置代替了一個先前常用的液壓調(diào)節(jié)缸。這樣就有可能將伺服驅(qū)動裝置有利的設置在外殼內(nèi)。此外，一個液壓變換器可以為一個電子動力單元所替代，這樣就只有電線穿入到外殼內(nèi)了。也可以設計一組相當于調(diào)節(jié)閥的數(shù)量的電磁伺服驅(qū)動裝置。
作為伺服驅(qū)動裝置最好使用電磁的線性驅(qū)動裝置。這樣，每個調(diào)節(jié)閥可以配置一個帶有一個鐵軛的電磁鐵和一個線圈以及一個與一個推桿相連的可直線運動的電樞。一個通過其所有調(diào)節(jié)機構(gòu)都能同時操作的活動梁就不再需要了。
下面將對本發(fā)明的實施例結(jié)合附圖予以詳細描述，其中

圖1是一個帶有磁性軸承和電磁伺服驅(qū)動裝置的無油汽輪機的截面圖;和圖2和3是電磁伺服驅(qū)動裝置的另外的結(jié)構(gòu)形式。
在附圖中相同的部件給以相同的標號。
圖1中所示的汽輪機1包括一個支承在一根軸3上能轉(zhuǎn)動渦輪轉(zhuǎn)子2和一個固定的渦輪機外殼4。軸3支承在兩個徑向的磁性軸承6和8上，其中磁性軸承6設置在汽輪機1的高壓側(cè)10而磁性軸承8設置在排氣側(cè)12。根據(jù)圖1中的汽輪機1，軸3是在排氣側(cè)12穿過渦輪機外殼4的。一般情況下，軸3也可以在高壓側(cè)穿過渦輪機外殼4。
一個在本實施例中支承在高壓側(cè)10的磁性軸向軸承14通過軸3在軸向的方向上支承渦輪轉(zhuǎn)子2并吸收由蒸氣造成的推力。但是磁性軸向軸承14也可以設置在排氣側(cè)。
此外，在高壓側(cè)10設計有一個止推軸承16，在本實施例中，該軸承設置在磁性軸承6和14之間。另一個止推軸承18設置在排氣側(cè)12沿著蒸汽的方向位于徑向磁性軸承8的后面。在磁性軸承6和8發(fā)生故障時，軸3可以在這止推軸承16和18中慢慢停止轉(zhuǎn)動。
目前所能得到的用于磁性軸承的線圈材料只能處于直至大約400℃的溫度。但是，在一個汽輪機1的蒸汽室內(nèi)溫度可能高達540℃。因此就有必要對磁性軸承6，8和14以及止推軸承16和18加以冷卻。對此，汽輪機1水-蒸汽-循環(huán)中的水可以取出加以利用。另外的配套裝置，例如泵或冷卻器，即不再需要了。當使用一個處于如此高溫下的線圈材料，冷卻就辦不通了。例如可以通過對線圈絲的陶瓷隔熱而獲得一個耐高溫性能。
高壓側(cè)10，也就是前面部份的軸承殼，由一個安裝在外殼4上的蓋子23氣密地將其關閉，從而使該處與外界斷絕連系。一個在實施例中設置在高壓側(cè)10的帶有一個迷宮式密封裝置的平衡活塞20只是在一個超高壓渦輪機中才有需要。
配置在排氣側(cè)12沿著蒸汽流方向軸承8和18的前面，后面或者它們之間的無接觸的軸密封件或密封裝置24在每種情況都是必需的，這是固為軸3就在這出口處穿入外殼4的。
外殼4因此包圍住整個的渦輪轉(zhuǎn)子2和一部分長度的軸3。它還包圍住磁性軸承6，8，14，止推軸承16，18和密封裝置22，24。一個為新蒸汽的進氣箱26是外殼4的一個部分。用于一系列調(diào)節(jié)閥30(圖中只能見到其中的一個的至少一個電磁伺服驅(qū)動裝置28也同樣是安裝在外殼4之內(nèi)。
電磁伺服驅(qū)動裝置28包括一個鐵軛32和一個線圈34以及一個連接在一個推桿36上的活動的電樞38和一個固定的鐵心。推桿36作用在一個活動的閥桿42上。借助于這個閥桿42，多個垂直于圖面前后排成一列的調(diào)節(jié)閥30同時被操動。一個配置在固定的鐵軛32下面的螺旋彈簧44將調(diào)節(jié)閥30關閉，其中一個在汽輪機1操動時作用在調(diào)節(jié)閥30上的蒸汽壓力也同樣以關閉的方向作用著。因此來自電磁伺服驅(qū)動裝置用以打開調(diào)節(jié)閥30的力至少應相當于機械彈簧44的彈力和作用在調(diào)節(jié)閥30上的蒸汽壓力的總和。
調(diào)節(jié)閥30可以通過一個作用在閥梁42上的單一的電磁伺服驅(qū)動裝裝置28來操動。另一種方式，它們也可以通過多個伺服驅(qū)動裝置28來操動，在這種情況，每個單獨的調(diào)節(jié)閥30被配置一個電磁伺服驅(qū)動裝置28。另外的可能實施方式如圖2和3中所示。
根據(jù)圖2，一個伺服驅(qū)動裝置28設在一個進氣箱26的近旁。這里，活動的電樞38不是直接與推桿36相連接，而是通過一根杠桿50，推桿36還是帶有調(diào)節(jié)閥30。此外，杠桿50能活動地安裝在一個固定于外殼上的支座52上。
根據(jù)在圖1和2中所示的布置，調(diào)節(jié)閥30是通過伺服驅(qū)動裝置28的電磁力被打開的。伺服驅(qū)動裝置28也可安排成以倒過來的力的方向?qū)收{(diào)節(jié)閥30，從而使伺服驅(qū)動裝置28的電磁力將調(diào)節(jié)閥30關閉。這種安排在例如一個快速關閉的情況下是合適的。在這種結(jié)構(gòu)中，彈簧44對關閉調(diào)節(jié)閥30方向所施加的力一定要小。
一種將電樞38的活動直接傳遞給推桿36以關閉調(diào)節(jié)閥30可以以這樣一種方式來進行，在這種方式中推桿36穿過一個鐵心40中的鉆孔，并從電樞38朝著關閉調(diào)節(jié)閥30的方向移動。在這方式中，電樞38和穿孔的鐵心的位置互相交換一下。
圖3中所示的同樣設置在一個進氣箱26近旁的伺服驅(qū)動裝置28包括一個線圈60，線圈在一個基本上是短時間恒定的磁場中直線運行。線圈60的運動通過杠桿50傳遞到調(diào)節(jié)閥30上。所述的磁場可以由一個永久磁鐵62，由一個帶有一個線圈68的電磁鐵64或者由一個由永久磁鐵62和帶線圈68的電磁鐵64生成的兩個磁場通過疊加的組合來產(chǎn)生。與一個鐵心66相連接的以N和S標示其磁極的永久磁鐵62由線圈68包1在一個鐵軛67內(nèi)。作用在線圈61上的電磁洛倫磁力(Lorentzkraft)基本上與通過線圈60的電流成比例，而與其在磁場中的位置無關。
永久磁鐵62也可以由一個軟磁體的鐵心來代替。于是就可以用同樣的電流將線圈60和68串聯(lián)成一條電路，這樣在活動線圈60上的磁力與這電流的平方成比例。
在圖1中的汽輪機1的運行中，新的蒸汽通過進氣箱26和調(diào)節(jié)閥30至達由外殼4包圍的蒸汽室內(nèi)，并通過噴嘴69噴射到一個葉輪70上。蒸汽從該處流經(jīng)一個單獨的級，該級由許多個固定的導向葉片72和許多個固定在轉(zhuǎn)子2上并繞在其四周的渦輪葉片74所構(gòu)成。渦輪機葉片72和74一級比一級更大更長，這是因為作功的蒸汽膨脹，因而它的體積也就增大。膨脹的蒸汽流過一個廢氣連接管76，可以首先作為作業(yè)蒸汽來使用，或者也可以直接送至連在汽輪機后面的一個冷凝器(未顯示)內(nèi)。
調(diào)節(jié)閥30用于調(diào)節(jié)進入外殼4內(nèi)的新的蒸汽流的強度，這里閥的升程通過每個調(diào)節(jié)閥30所屬的伺服驅(qū)動裝置28內(nèi)的線圈電流所控制。這電流的變換最好通過一個電子控制器來促成。對此所需用的線路未加以詳細顯示地穿過外殼4接在伺服驅(qū)動裝置28上。為了操動調(diào)節(jié)閥30最好配置一個比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID Regclung)，在這里閥的升程以及其速度的變化由調(diào)節(jié)器調(diào)制的大小來表達。
在使用一個快速關閉閥時(通常作為快速作用主要閉塞裝置使用)，并不是通過一個油壓裝置向一個快速關閉彈簧施加預應力，而是通過一個電磁鐵或是一個電動機來實行。閥的釋脫是以機電的方式進行的，這里一個彈簧在閥座前緩沖地截住該閥。此外，一個電動機充任本文開頭所提到的油壓驅(qū)動的軸動裝置的任務。
一個這樣的無油汽輪機和一個由其驅(qū)動的同樣裝有電磁軸承的壓縮機可以作為整套的工作機組或者連機來無油地運轉(zhuǎn)。這樣一種連機的工作效率由于摩擦損失小和磁性軸承的需能量少而特別高。由于使用了磁性軸承6，8，14，軸3的振動也以非常有利的方式被抵銷。這此優(yōu)點當一個渦輪機組的發(fā)電機額外地配備上磁性軸承和直接由無油的汽輪機驅(qū)動時尤其顯得突出。這樣，火災的危險基本上被排除。
權利要求
1.一種汽輪機帶有一根至少其一部份的長度設在一個外殼(4)內(nèi)并穿過該外殼(4)的軸(3)，該外殼包括一個高壓側(cè)(10)和一個與此相對置的排氣側(cè)(12)，還帶有至少一個調(diào)節(jié)閥用以調(diào)節(jié)進入外殼(4)內(nèi)的蒸汽流，其特征在于軸(3)無油地支承在設置在外殼(4)內(nèi)高壓側(cè)(10)和排氣側(cè)(12)的磁性軸承(6，8，14)上，還在于借助一個電磁伺服驅(qū)動裝置(28)無油地操作調(diào)節(jié)閥(30)。
2.如權利要求1的汽輪機，其特征在于在高壓側(cè)(10)的磁性軸承包括一個徑向軸承(6)和一個軸向軸承(14)。
3.如權利要求2的汽輪機，其特征在于除徑向軸承(6)和軸向軸承(14)外還設置有一個最好位于該兩軸承(6，14)之間的止推軸承(16)。
4.如權利要求1至3中之一項的汽輪機，其特征在于高壓側(cè)(10)用一個蓋子(23)氣密地封住。
5.如權利要求1至4中之一項的汽輪機，其特征在于在外殼(4)的高壓側(cè)(10)設置有一個密封裝置(22)。在朝著排氣側(cè)看去，磁性閥(6，14)就設置在這個密封裝置(22)之前。
6.如權利要求1至5中之一項的汽輪機，其特征在于在外殼(4)內(nèi)的排氣側(cè)(12)設有另一個止推軸承(18)，這里一個設計在排氣側(cè)(12)的另外的密封裝置(24)可以沿著蒸汽流的方向設置在磁性軸承(8)和止推軸承(18)的前方，或者它們的中間，而最好是在它們的后方。
7.如權利要求1至6中之一項的汽輪機，其特征在于電磁伺服驅(qū)動裝置(28)也是設置在外殼(4)之內(nèi)。
8.如權利要求1至7中之一項的汽輪機，其特征在于電磁伺服驅(qū)動裝置(28)包括一個鐵軛(32)和一個線圈(34)以及一個與一根推桿(36)相連的電樞(38)。
全文摘要
一種汽輪機包括一根至少其一部分的長度設在一個外殼(4)內(nèi)并穿過該外殼(4)的軸(3)，該外殼包括一個高壓側(cè)(10)和一個與此相對置的排氣側(cè)(12)，和一個用以調(diào)節(jié)進入外殼(4)內(nèi)的蒸汽流的調(diào)節(jié)閥(30)。為了汽輪機(1)特別順利的運行和良好的效率，根據(jù)本發(fā)明，軸(3)被無油地支承在設置在外殼(4)內(nèi)高壓側(cè)(10)和排氣側(cè)(12)的磁性軸承(6，8，14)上，以及借助一個電磁伺服驅(qū)動裝置(28)使調(diào)節(jié)閥(30)無油地操動。
文檔編號F01D25/26GK1086580SQ9310968
公開日1994年5月11日 申請日期1993年8月6日 優(yōu)先權日1992年8月18日
發(fā)明者R·蒂勒, B·-J·保羅, R·施帕曼 申請人:西門子公司