專利名稱：帶渦輪葉片的蒸汽輪機及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽輪機，尤其是一種其渦輪葉片沿主軸線定向并具有一彎曲的蒸汽迎流面的低壓蒸汽輪機，本發(fā)明還涉及對蒸汽輪機的應(yīng)用。
在DE43355981A1中涉及到了在壓縮上或在前置于燃?xì)廨啓C設(shè)備的膨脹燃?xì)廨啓C上的沉積污垢這一課題。由于來自空壓機的空氣被冷卻并被輸送到膨脹燃?xì)廨啓C，因此會出現(xiàn)結(jié)冰或污垢積聚的危險。這一點可以通過在膨脹燃?xì)廨啓C葉片上的中心孔并由此分流到葉片表面上的徑向孔來防止。葉片通過在壓縮機內(nèi)加熱的空氣被加熱，導(dǎo)致葉片上的冰被融化。由此在膨脹燃?xì)廨啓C葉片表面上形成一水保護膜，必要時由此膜排除污垢顆粒。在此膨脹燃?xì)廨啓C以同樣的介質(zhì)，即通過壓縮機壓縮的空氣所驅(qū)動，葉片也已被壓縮空氣所流過。
根據(jù)慕尼黑-維也納·漢澤爾出版社出版的迪澤爾所著《蒸汽輪機》1980年第三版，各種不同的蒸汽輪機已為公眾所知。其第3·3·3段“葉片邊緣侵蝕”專門研究了在大型凝汽式汽輪機上避免流出邊緣上的侵蝕。為了減少出現(xiàn)的侵蝕，一方面對蒸汽輪機脫水，另一方面對渦輪機葉片進行機械處理。這種機械處理在于焊上耐磨損的材料或渦輪葉片感應(yīng)淬火。
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于用侵蝕蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機。本發(fā)明的另一目的在于給出這種蒸汽輪機的用途。
其中，有關(guān)蒸汽輪機的目的是通過一蒸汽輪機，尤其是一種低壓蒸汽輪機來實現(xiàn)的，該蒸汽輪機具有沿主軸定向的葉片，該葉片具有在箱體(導(dǎo)向葉片)或渦輪機軸(工作葉片)上錨定的葉片根部，和對于蒸汽的彎曲迎流面及在其內(nèi)部的射流通道，射流通道與許多射流出口以流體技術(shù)連接。在此每一射流出口通至迎流表面，其在葉片根部與外部相通，在安裝葉片根部的凹槽中有一用于將純蒸汽輸送到射流通道的通道。
通過輸入純蒸汽或無雜質(zhì)射流，使其穿過葉片根部和渦輪葉片到達迎流面，在迎流面，有時也在渦輪葉片表面的其它部位產(chǎn)生一保護射流膜，尤其是一蒸汽膜。這一蒸汽膜形成一圍繞渦輪葉片的邊界層，使渦輪葉片表面盡可能地與蒸汽輪機所流入的蒸汽隔離。由此可以實現(xiàn)以侵蝕蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機，這樣的侵蝕蒸汽例如有通過干燥褐煤或其它可燃材料，如家庭或工業(yè)垃圾所得到的受污染的蒸汽。作為雜質(zhì)可以是鈉，鉀，鈣，鎂，鐵，氯，硝酸鹽以及硫化物。一種通過干燥褐煤所產(chǎn)生的蒸汽被稱作“余氣”。通過圍繞迎流面的蒸汽膜避免了雜質(zhì)的沉積并明顯地減少了腐蝕的危險和侵蝕。
具有以流體技術(shù)連接到迎流面的射流通道的渦輪葉片可以在侵蝕蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機上實現(xiàn)，通過射流通道流入及在出口面(Abstroemflaeche)射出射流使侵蝕蒸汽盡量遠離渦輪機葉片表面。按照所需的通過射流通道的射流流量來相應(yīng)設(shè)計該射流通道的尺寸。該射流通道可以設(shè)計成一個孔或多個孔，從而在一渦輪葉片內(nèi)部形成一空心孔。由干燥濕褐煤所產(chǎn)生的例如侵蝕蒸汽可能包括很多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在通常的渦輪葉片上可能導(dǎo)致侵蝕，腐蝕或沉積。當(dāng)然，通過采用特殊材料，例如具有低應(yīng)力狀態(tài)的材料或在渦輪葉片表面敷上一層專門的涂層，可以避免渦輪葉片被侵蝕和腐蝕。
渦輪葉片優(yōu)選具有一個用于錨定在箱體(導(dǎo)向葉片)或渦輪機軸(工作葉片)上的葉片根部，其中，在葉片根部內(nèi)的射流通道與外部連通。因而流體，尤其是純蒸汽或空氣可簡單地由葉片根部穿過箱體及渦輪軸進入射流通道。因而這一射流通道使得在蒸汽輪機中產(chǎn)生的流體阻力和效率損失很小。
射流通道基本上平行于主軸構(gòu)成。該射流通道具有一個或多個軸向孔。
射流出口最好基本上垂直于主軸設(shè)置。它們可以特別簡單地通過鉆孔或澆鑄形成。射流輸入通道及輸出通道的通孔結(jié)構(gòu)也允許事后在渦輪葉片上制成。由此射流出口事后在迎流面以及渦輪葉片其它表面區(qū)域的分布也可以根據(jù)蒸汽輪機里的蒸汽條件來改變。通過輸入純蒸汽，使之穿過射流出口，在迎流面以及可能處于更下游的渦輪葉片表面上形成一蒸汽膜。這一蒸汽膜減少或完全防止帶有雜質(zhì)的侵蝕蒸汽與渦輪葉片表面接觸。蒸汽膜防止侵蝕蒸汽中所攜帶的雜質(zhì)在表面上沉積，并可以明顯減少渦輪葉片迎流面的侵蝕和腐蝕。
流體通道在所述凹槽中設(shè)計成一個槽，該槽與多個渦輪葉片，在此指葉片根部在流體技術(shù)上相互連接。在此該槽首選是環(huán)形槽并位于蒸汽輪機箱體或者渦輪機軸上。
蒸汽輪機尤其適合于應(yīng)用在一個干燥發(fā)電站燃料，特別是濕褐煤的設(shè)備上。通過干燥濕褐煤例如可以提高以褐煤作為燃料的發(fā)電站設(shè)備的效率。在此褐煤可以用低值蒸汽，如由渦輪機低壓段抽汽來進行干燥。由褐煤中汽化的水份被收集在蒸汽中，并成為一種飽和蒸汽狀態(tài)。邊種飽和蒸汽可以在渦輪機低壓段減壓到0.1bar以下。由此至少有一部分熱能，即用于干燥濕褐煤的熱能又被回收。由濕褐煤產(chǎn)生的蒸汽同樣含有大量雜質(zhì)，尤其是鈉，鉀，鈣，鎂，鐵，氯，硝酸鹽以及硫化物。在低壓蒸汽輪機運行時，這些雜質(zhì)可能導(dǎo)致較嚴(yán)重的渦輪葉片的腐蝕或侵蝕，而這種情況在按照本發(fā)明的蒸汽輪機中通過渦輪葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計被盡量得以避免。
下面借助附圖所示實施例對帶有渦輪葉片的蒸汽輪機及其應(yīng)用作進一步詳細(xì)說明，附圖中

圖1為帶有渦輪葉片的蒸汽輪機的縱向剖面圖，圖2為通過圖1渦輪葉片組的橫剖面圖，圖3為蒸汽輪機在燃料或垃圾干燥設(shè)備中的布置原理圖。
在圖1中示出一通過蒸汽輪機14，尤其是一低壓蒸汽輪機的縱向剖面圖。在蒸汽輪機14的箱體8上有一渦輪軸9。該渦輪軸9具有一環(huán)狀凹槽12用來支承工作葉片1a。與此類似地在箱體8上也有一環(huán)狀凹槽12用來支承導(dǎo)向葉片1b。為示圖更清晰明了，工作葉片1a和導(dǎo)向葉片1b都分別只示出一半。每一渦輪葉片1，即每個工作葉片1a和每個導(dǎo)向葉片1b都有一相應(yīng)的葉片根部7。各凹槽12的形狀都與葉片根部的形狀相匹配。各渦輪葉片1沿主軸2設(shè)置。由葉片根部7開始在每一葉片1上都具有一平行于主軸2，幾乎完全穿透渦輪葉片1的由孔所構(gòu)成的射流通道5。由射流通道5分支出許多與其垂直相交的同樣以孔所構(gòu)成的射流出口6。所述射流出口6從射流通道5一直延伸到驅(qū)動蒸汽輪機14的蒸汽流21所面對的半圓狀迎流面3(見圖2)。所述射流出口6分布在構(gòu)成渦輪葉片1表面部分的迎流面3上，以使迎流面3被蒸汽膜11所覆蓋。蒸汽膜11通過蒸汽流10產(chǎn)生，蒸汽流通過在凹槽12內(nèi)的流體通道13輸入。迎流面3以及可能處于更下游的渦輪葉片1上的流動表面因而針對蒸汽流21被保護起來。隨著蒸汽流21一同輸入的，例如由干燥濕褐煤所帶入的雜質(zhì)既不能沉積在迎流面3上，也不會導(dǎo)致對渦輪葉片1的嚴(yán)重侵蝕和腐蝕。流體通道13為一位于凹槽12里的環(huán)槽13a，通過這個槽將所有的導(dǎo)向葉片組和工作葉片組以流體技術(shù)相互連接起來。槽13a例如可以由在圖中一個未示出的位于渦輪軸9以及箱體8上的軸向孔來提供純蒸汽16，在這個孔上可以連接有多個軸向相互間隔的槽13a。
圖2示出通過帶有兩個工作葉片1a的工作葉片組的放大的橫剖面圖。每個工作葉片1a都有一半圓狀彎曲的沿主軸2方向定向的迎流面3。大約在半圓狀彎曲的迎流面3的中心設(shè)有一具有圓孔截面的射流通道5。在所示橫剖面上沿與蒸汽流21的流向相反的方向有一由射流通道5通往迎流面3的射流出口6。圖中示出沿所示主軸2方向在所述橫剖面的上部或下部的另外一橫剖面上分別有相對于所述射流出口6偏轉(zhuǎn)45°的另一射流出口6。通過在主軸2方向上交變布置射流出口6，可形成一特別均勻的蒸汽膜結(jié)構(gòu)。
圖3簡略示出帶有一高壓渦輪機22，一作為蒸汽源20的低壓渦輪機和一與其相連的發(fā)電機15的發(fā)電站設(shè)備19。該低壓渦輪機是純蒸汽16的蒸汽源20，并具有一輸出低壓蒸汽的抽汽頭。純蒸汽16輸送給用于干燥燃料18或垃圾的設(shè)備17。由于干燥產(chǎn)生侵蝕蒸汽，其中含有雜質(zhì)，如鈉，鉀，鈣，鎂，鐵，氯，硝酸鹽以及硫化物。這種蒸汽被輸送到同樣與發(fā)電機15相連的低壓蒸汽輪機14。低壓蒸汽輪機14具有與圖1和圖2類似的渦輪葉片1，該葉片通過位于其內(nèi)部的射流通道輸入蒸汽源20的純蒸汽16。純蒸汽16流出到渦輪葉片1的入流面3上，由此來防止侵蝕蒸汽。
本發(fā)明的出色之處在于蒸汽輪機具有這樣一種渦輪葉片，在其內(nèi)部具有一純蒸汽射流通道，該射流通道通過許多射流出口與迎流面連接。通過純蒸汽的輸入，尤其是通過渦輪葉片的根部進到射流通道并進入到迎流面，在迎流面上形成一覆蓋的蒸汽膜。這一蒸汽膜為以侵蝕蒸汽所驅(qū)動的蒸汽輪機中的葉片提供了保護層。帶有這種渦輪葉片的蒸汽輪機在采用干燥濕褐煤過程中所產(chǎn)生的侵蝕蒸汽時最適合，在這種蒸汽中有大量的雜質(zhì)。通過這種純蒸汽輸入結(jié)構(gòu)可以可靠地防止侵蝕性雜質(zhì)在渦輪葉片表面上沉積，并明顯地減少對渦輪葉片的侵蝕和腐蝕。
權(quán)利要求
1．一種用不潔蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機(14)，尤其是一種低壓汽輪機，其具有沿主軸(2)定向的渦輪葉片(1)，該渦輪葉片具有用于錨定在箱體(8)或渦輪軸(9)上的葉片根部(7)及彎曲的蒸汽迎流面(3)，在葉片內(nèi)部(4)具有一射流通道(5)，該射流通道(5)a)與許多射流出口(6)以流體技術(shù)連接，其中每個射流出口(6)通至迎流面(3)上，b)該射流通道在葉片根部(7)與外部相通，其中，在安裝葉片根部(7)的凹槽(12)里有一連通射流通道(5)用于輸送純蒸汽(16)的流體通道(13)。
2．按照權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機(14)，其中所述渦輪葉片(1)的射流出口(6)分布在迎流面(3)上，使得由射流通道(5)所提供的蒸汽流(10)形成一覆蓋保護迎流面(3)的蒸汽膜(11)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的蒸汽輪機(14)，其中所述渦輪葉片(1)的射流通道(5)基本上平行于主軸(2)。
4．按照上述任一項權(quán)利要求所述的蒸汽輪機(14)，其中所述渦輪葉片(1)的每個射流出口(6)基本上垂直于主軸(2)設(shè)置。
5．按照上述任一項權(quán)利要求所述的蒸汽輪機(14)，其中所述流體通道(13)為一在凹槽(12)里與多個渦輪葉片以流體技術(shù)連接起來的環(huán)槽(13a)。
6．按照權(quán)利要求4或5所述的蒸汽輪機(14)應(yīng)用在一個用于干燥燃料(18)，特別是濕褐煤的設(shè)備(17)中，以用于一發(fā)電設(shè)備(19)，其中，通過干燥燃料(18)所產(chǎn)生的蒸汽(21)被輸送給一蒸汽輪機(14)，為了保護渦輪葉片(1)，由蒸汽源(20)，例如由發(fā)電站(19)的一蒸汽輪機，將純蒸汽輸送到流體通道(13)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶渦輪葉片的蒸汽輪機(14),該蒸汽輪機具有沿主軸(2)定向的渦輪葉片(1),該渦輪葉片具有彎曲的蒸汽迎流面(3)。在渦輪葉片(1)內(nèi)部(4)設(shè)有射流通道(5),該射流通道(5)與許多射流出口(6)以流體技術(shù)連接,其中,每個射流出口(6)連通到迎流面(3)上。本發(fā)明還涉及將這種蒸汽輪機(14)應(yīng)用在干燥褐煤的一設(shè)備(17)上,其中通過干燥所產(chǎn)生的蒸汽(21)被輸送給蒸汽輪機(14)。
文檔編號F01D5/28GK1218533SQ97194591
公開日1999年6月2日 申請日期1997年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月14日
發(fā)明者海因里?！W因豪森 申請人:西門子公司