用于涡轮的受控流式引导件
技术领域
本专利申请和所得专利整体涉及任何类型的轴流涡轮，并且更具体地涉及用于蒸汽涡轮机的受控流式引导件，诸如受控流式2型下一代(CF2NG)引导件。
背景技术
一般而言，蒸汽涡轮机等可以具有限定的蒸汽路径，该蒸汽路径包括蒸汽入口、涡轮部分和蒸汽出口。从蒸汽路径出来或进入蒸汽路径从较高压力区域到较低压力区域的蒸汽泄漏可能不利地影响蒸汽涡轮机的操作效率。例如，蒸汽涡轮机中的旋转轴与周向围绕的涡轮机壳体之间的蒸汽路径泄漏可能降低蒸汽涡轮机的总效率。
蒸汽大体可以流过通常串联设置的多个涡轮机级，流过第一级叶片诸如引导件和转轮(或喷嘴和桶)，然后流过涡轮机的后面的级的引导件和转轮。以此方式，引导件可以将蒸汽引向相应的转轮，从而致使转轮旋转并驱动负载(诸如发电机等)。蒸汽可以由围绕转轮的周向护罩容纳，转轮还可以帮助沿着路径引导蒸汽或燃烧气体。以此方式，涡轮引导件、转轮和护罩可能经受由蒸汽产生的高温，这可能导致在这些部件中形成热点和高热应力。因为蒸汽涡轮机的效率取决于其操作温度，所以持续需要能够承受越来越高的温度而不会失效或使用寿命缩短的沿着蒸汽或热气路径定位的部件。
某些涡轮叶片可以形成有翼型几何形状。叶片可以附接到顶端和根部，其中根部用于将叶片联接到盘状部或转鼓。涡轮叶片的几何形状和尺寸可能导致某些型面损失、二次损失、泄漏损失、混合损失等，这可能不利地影响蒸汽涡轮机的效率和/或性能。
在一些情况下，例如，在饱和管线上从加压水反应器递送蒸汽，涡轮可与湿蒸汽流一起操作。此类流可经由蒸汽的非平衡膨胀(其产生细雾)和随之而来的粗失水而产生附加的湿度损失。
发明内容
本专利申请和所得专利因此提供了一种蒸汽涡轮机。所述蒸汽涡轮机可包括多个受控流式转轮和多个受控流式引导件。所述受控流式引导件可包括0.4至0.7的上游通过率(W上/W)。
在结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述后，本申请和所得专利的这些和其他特征和改善对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是蒸汽涡轮机的示意图。
图2是蒸汽涡轮机的一部分的示意图，显示了多个涡轮级。
图3是可用于图2的蒸汽涡轮机中的多个受控流式引导件和受控流式转轮的平面图。
图4是如本文所述并与已知的受控流式引导件进行比较的多个受控流式引导件的平面图。
图5是示出马赫数分布的图表。
具体实施方式
现在参考附图，其中相同的数字在若干视图中指代相同的元件，图1示出了蒸汽涡轮机10的示例的示意图。一般而言，蒸汽涡轮机10可以包括高压部分15和中压部分20。也可以在本文中使用其他部分中的其他压力。外壳或壳体25可以轴向分成上半部分30和下半部分35。壳体25的中心部分40可以包括高压蒸汽入口45和中压蒸汽入口50。在壳体25内，高压部分15和中压部分20可以围绕转子或盘55布置。盘55可以由多个轴承60支撑。蒸汽密封单元65可以位于轴承60中的每一个的内侧。环形部分分隔件70可以从中心部分40朝向盘径向向内延伸。分隔件70可以包括多个包装壳体75。可以使用其他部件和其他配置。
在操作期间，高压蒸汽入口45接收来自蒸汽源的高压蒸汽。蒸汽可以被引导通过高压部分15，使得通过盘55的旋转从蒸汽中提取功。蒸汽离开高压部分15并且然后可以返回蒸汽源以进行再加热。然后，再加热的蒸汽可以被重新引导到中压部分入口50。蒸汽可能以与进入高压部分15的蒸汽相比减小的压力，但以与进入高压部分15的蒸汽的温度近似相等的温度返回中压部分20。因此，高压部分15内的操作压力可以高于中压部分20内的操作压力，使得高压部分15内的蒸汽倾向于通过可能在高压部分15与中压部分20之间产生的泄漏路径流向中压部分20。一个这样的泄漏路径可以围绕盘轴55延伸穿过包装壳体75。可能在蒸汽密封单元65和其他地方产生其他泄漏。
图2和图3示出了蒸汽涡轮机100的一部分的示意图，该蒸汽涡轮机包括定位在蒸汽或热气体路径120中的多个级110。第一级130可包括多个周向间隔开的受控流式引导件140和多个周向间隔开的第一级受控流式转轮150。受控流式引导件140和受控流式转轮150可具有节距160、喉部170和后表面偏转角180，其中节距160被定义为相邻引导件140和相邻转轮150上的对应点之间在周向上的距离，喉部170被定义为相邻引导件140和相邻转轮150的表面之间的最短距离，并且后表面偏转角(BSD)180被定义为“未覆盖转向”，即抽吸表面喉部点与抽吸表面后缘混合点之间的角度变化。
第一级130可包括第一级护罩190，该第一级护罩沿周向延伸并围绕第一级受控流式转轮150。第一级护罩190可包括以环形布置方式彼此相邻定位的多个护罩片段。以类似的方式，第二级200可包括多个第二级受控流式引导件210、多个第二级受控流式转轮220和围绕第二级受控流式转轮220的第二级护罩230。受控流式引导件140可具有冲动技术叶片(ITB)引导件设计。受控流式引导件140可以是原始设备或改装件。可包括任何数量的级和对应的引导件和转轮。其他实施方案可以具有不同的配置。
参见图4，如本文所述的受控流式引导件140被示出为具有以虚线叠加在其上的已知引导件240以用于与其进行比较。可以看出，考虑到宽度减小超过约百分之三十或更高或与已知的引导件240相比也如此，受控流式引导件140可具有非常高的节距与宽度比。面积减小可为约25％至约50％左右。节距与宽度比可大于约1.9左右。该比率可减少总体型面损失。后表面偏转角180可大于约25度至约38度，优选约30度。高正向前缘扫掠使端壁部分卸载，并且减少二次流动和损失。上游通过率(W上/W)250可相对较小，在约0.4至0.7的范围内左右，优选约0.6。
该设计提供非常高的抽吸侧加速率。如图5所示，抽吸侧加速率(dp/ds)260可在-0.05bar/mm至-0.25bar/mm左右的范围内，优选约-0.2bar/mm。抽吸侧加速度260可在喉部170上游的马赫数分布(M1/M2)中具有令人惊讶的、非直观的上游“凸起”270，其中分布在约1.01至约1.2的范围内左右，优选约1.07。
因此，抽吸表面上的这种非常高的初始加速度赋予较小的液滴尺寸、减小的热力学湿度损失以及因此减小的湿度损失。与常规设计相比，干燥阶段效率的增益可为约0.2％，并且湿度损失可减少约20％。总体设计可安全地接近或甚至稍微超过常规的边界层形状因子等。
应当显而易见的是，前述内容仅涉及本申请和所得专利的某些实施方案。在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的一般实质和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在本文中进行许多改变和修改。
