[发明专利]使用末级混合叶片的低压汽轮机的系统设计和冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及与汽轮机(典型地为低压(LP)汽轮机部分)的(多个)末级中的混合复合叶片(动叶)一起使用的汽轮机系统设计。

背景技术

汽轮机叶片在它们遭受高离心力负载和振动应力的环境中运行。当叶片固有频率变为与运转速度或者其他经过频率(上游叶片或者喷嘴计数，或者其他主要每/转特性)谐振时，振动应力增大。当叶片谐振振动时的振动应力幅值与系统中存在的阻尼量成比例(阻尼由材料、空气动力学和机械分量以及振动激励水平构成)。对于连续接合的叶片，振动频率是一排叶片的整个系统的函数，并且不一定是该排中单个叶片的函数。

此外，对于涡轮叶片或者桨叶，离心力负载是运行速度、叶片质量和离质量所在处发动机中心线的半径的函数。当叶片质量增大时，在较低的径向高度处物理面积或者横截面积必须增大，以能够承载其上方的质量而不会超过对于给定材料的可容许应力。在较低跨度处叶片横截面积的此增大会引起根部的过大流动阻碍以及由此引起较低的性能。叶片的重量引起更高的盘应力并因此可能降低可靠性。

数个现有的美国专利/申请涉及所谓的“混合”叶片设计，其中通过将翼面构造为金属和聚合物填充材料的组合而减小翼面的重量。特别地，一个或多个叶片形成在翼面部分中，并用聚合物填充材料填充。这些现有的专利/申请包括美国专利No.6,854,959、6,364,616、6,139,278、6,042,338、5,931,641和5,720,597；2004年7月28日递交的申请No.10/900222和2004年8月7日递交的申请No.10/913,407；这些专利和申请中每一个的公开通过此引用而包含在本文中。

但是，与混合汽轮机叶片相关的另一个问题涉及作为在使用期间这样的叶片所遭受温度的函数的成本。例如在双流式汽轮机中，在部分负载和全速情况期间存在对末级叶片顶端区域的严重鼓风加热。叶片后的护罩区域具有喷水系统以冷却到冷凝器的排气流。在这点上，在典型设计中水喷洒不用来冷却叶片而是冷却排放蒸汽以将排放壳体密封保持在其材料温度限制内。典型地，在LP护罩和冷凝器开口之间是氨基甲酸脂密封。即使在水喷洒运行期间，冷却流不会移动到叶片顶端附近的加热区域，因此，叶片顶端的冷却非常小。在此情况期间叶片顶端可达到超过500华氏度，而在正常操作期间，叶片温度仅达到约150华氏度。

发明内容

本发明通过提供一种设计为与混合末级LP叶片结合使用的汽轮机系统而扩展了混合叶片概念．特别地，本发明提供了一种系统，其可以在低VAN鼓风状况期间冷却叶片顶部区域，由此可以实现使用混合叶片的有利的设计和效率结果。

因此，本发明可以实现为一种轴流式汽轮机，包括：转子；末级，包括具有内环、外环和在其问延伸的多个喷嘴的隔板，和在所述隔板下游固定到所述转子以相对于所述所述末级隔板旋转的一排叶片；和至少一个喷射组件，用于向所述末级的附近区域喷射冷却介质。

本发明还可以实现为一种在轴流式汽轮机中冷却其末级的方法，该轴流式汽轮机包括转子和该末级，该末级包括具有内环、外环和在其问延伸的多个喷嘴的隔板，和在所述隔板下游固定到所述转予以相对于所述所述末级隔板旋转的一排叶片，所述方法包括：向所述末级的附近区域喷射冷却介质．

附图说明

图1示出双流时低压涡轮机的示意图；

图2示出部分完成的混合叶片的示意图；

图3示出涡轮机叶轮的侧视图，该叶轮具有多个安装于其上的混合叶片；

图4示出混合叶片的截面图；

图5是在本发明示例实施例中包括蒸汽或水喷射和/或水喷洒的混合叶片系统的示意图；

图6是根据本发明示例实施例通过前外侧壁的喷嘴进行蒸汽喷射的示意图；

图7是图示在本发明示例实施例中的蒸汽或水喷射流动线路的示意侧视图；和

图8是蒸汽或水喷射/水汽抽取组件的示意图。

具体实施方式

图1是双流式低压涡轮机10的示意图，其包括涡轮机壳体12，转子14和位于两个涡轮段16，18中的多个叶轮。用虚线圈出区域20，22表示末级叶片径向上最外侧区域，该区域在部分负荷工况下经历最大的鼓风加热。因此，在本发明示例实施例中，蒸汽或水喷射、蒸汽抽取和/或水喷洒被用于冷却(多个)末级的喷嘴和/或叶片，使得可以实现用于这样的(多个)级的混合叶片的优点。