CN103046974A - 一种超超临界汽轮机组高压缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超超临界汽轮机组高压缸，包括外缸和内缸，所述内缸装配在外缸内，所述内缸内装配有进汽室，该进汽室内设有多级隔板和第一汽封，各级隔板用作承受蒸汽的压差及温差，第一汽封用作密封进汽室与转子之间的间隙；所述进汽室上连接有进汽管，进汽管穿过内缸和外缸向外延伸出，进汽管用作向进汽室引入蒸汽，蒸汽经进汽室做功后进入内缸做功，并从内缸渗出一部分至外缸，进而在进汽室、内缸和外缸内形成梯度压差、温差。本发明以进汽室代替了喷嘴室，在高压缸的内缸内形成了第三汽缸，在不大幅度提高高压缸制造成本的前提下，通过进汽室既能有效提高汽轮机组效率，又能杜绝因蒸汽压力不均匀存在汽流激振风险，安全性高，实用可靠。

Description

一种超超临界汽轮机组高压缸

技术领域

本发明涉及汽轮机组，具体是一种超超临界汽轮机组高压缸。

背景技术

火电厂的汽轮机组根据主蒸汽的温度被划分为亚临界汽轮机组、超临界汽轮机组和超超临界汽轮机组，其中超超临界汽轮机组的蒸汽不低于600℃。超超临界汽轮机组具有显著的节能和改善环境的效果，在未来的火电建设中将发挥重要的作用。

目前，超超临界汽轮机组的蒸汽压力通常约为26MPa，温度为600℃，为了能够承受这一蒸汽压力及温度，超超临界汽轮机组的高压缸须采用双层汽缸结构。参见图1和图2：即超超临界汽轮机组的高压缸主要由一个外缸01和一个内缸02构成，内缸02通过纵向定位键和纵向导向键装配在外缸01内，纵向定位键作为内缸02和外缸01之间的定位膨胀死点，内缸02和外缸01分别承受一定的蒸汽压力和温度载荷；在内缸02内设有带调节级结构的喷嘴室03，喷嘴室03与进汽管连接，喷嘴室03上沿周向布置有四个进汽弧段04，相邻进汽弧段04之间设有阻隔05，每个进汽弧段04对应一股进汽，通过喷嘴室03向内缸02内配汽。进入前述高压缸的蒸汽经喷嘴室03后，压力降低约5MPa，温度下降至570℃左右，内缸02承受的蒸汽压力一般约为15MPa，外缸01承受的蒸汽压力约为5Mpa。这样的话，高压缸的外缸01和内缸02均可采用常规汽缸设计；即外缸01主要由带中分面法兰的上半体和下半体构成，外缸01的上半体和下半体通过连接螺栓连接在一起，由连接螺栓在中分面法兰上产生接触应力，进而实现外缸01密封；内缸02亦主要由带中分面法兰的上半体和下半体构成，内缸02的上半体和下半体亦通过连接螺栓连接在一起，由连接螺栓在中分面法兰上产生接触应力，进而实现内缸02密封；外缸01和内缸02的缸体壁厚可以根据热应力、蒸汽压力合理确定，满足汽轮机组在正常启动、运行、停机等工况下的汽缸强度和汽密性要求。但是，由于前述的喷嘴室03结构，汽轮机组在运行时形成了不均匀进汽，这不仅使汽轮机组的效率受到影响，而且会产生不均匀的蒸汽压力，进而导致汽轮机组存在汽流激振的风险；此外，喷嘴室03承受的蒸汽压力、温度有限，若通过提高蒸汽参数来提高汽轮机组的效率，那么势必要增加高压缸的内缸和外缸厚度并提升内缸和外缸的制造材料档次，例如采用镍基合金制造等，这会直接大幅度的增加高压缸的制造成本，极不实用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，在不大幅度提高高压缸制造成本的前提下，提供一种既能有效提高汽轮机组效率，又能杜绝因蒸汽压力不均匀存在汽流激振风险的超超临界汽轮机组高压缸。

本发明采用的技术方案是：一种超超临界汽轮机组高压缸，包括外缸和内缸，所述内缸装配在外缸内，所述内缸内装配有进汽室，该进汽室内设有多级隔板和第一汽封，各级隔板用作承受蒸汽的压差及温差，第一汽封用作密封进汽室与转子之间的间隙；所述进汽室上连接有进汽管，进汽管穿过内缸和外缸向外延伸出，进汽管用作向进汽室引入蒸汽，蒸汽经进汽室做功后进入内缸做功，并从内缸渗出一部分至外缸，进而在进汽室、内缸和外缸内形成梯度压差、温差。

所述进汽室通过猫爪、定位环和定位键装配在内缸内；所述猫爪用作将进汽室支撑在内缸内；所述定位环套装在进汽室的外壁与内缸的内壁之间，用作限制进汽室的轴向自由度，并密封进汽室与内缸之间的装配间隙；所述定位键设在进汽室下部与内缸之间，用作限制进汽室的径向自由度。

所述定位环的套装位置对应在内缸和外缸之间的定位膨胀死点上。

所述进汽室与内缸之间的装配间隙为10～20mm。

所述进汽室主要由半环状的上半体和下半体构成，上半体和下半体由连接螺栓连接组合成圆筒状。

所述连接螺栓为沉头栽丝螺栓。

所述进汽室内第一级隔板的进汽侧根部设有第二汽封，该第二汽封为L形汽封。

所述第一汽封与进汽室为一体结构。

本发明的有益效果是：

1. 以进汽室代替了现有超超临界汽轮机组高压缸内的喷嘴室，在高压缸的内缸内形成了第三汽缸，进汽室能够承受较高的蒸汽压力、温度，有助于降低内缸和外缸所承受的主蒸汽压力、温度，进而使内缸和外缸的缸体壁厚可以根据热应力、蒸汽压力合理确定，内缸和外缸的制造材料无需提档，内缸和外缸分别能够实现良好、可靠的汽密性，高压缸的制造成本低，同时有助于、也能适用于提高汽轮机组的蒸汽参数，在蒸汽参数提高的情况下可以有效提高汽轮机组的效率（蒸汽压力提高1MPa，汽轮机组的循环效率将提高0.13～0.15%），实用性强；通过进汽室可以使高压缸实现全周均匀进汽，蒸汽经进汽室做功后直接进入内缸通流做功，有效提高了汽轮机组的效率，杜绝了因进入高压缸的蒸汽压力不均匀而使高压缸存在汽流激振的风险，汽轮机组的运行安全性高，可靠稳定；

2. 进汽室的分体结构减小了制造难度，同时也易于在电厂现场检修维护，大大缩短了检修周期，检修维护成本低，有利于提高电厂的发电效益；进汽室的圆筒状结构使得结构紧凑、刚性好、可靠性高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有超超临界汽轮机组高压缸的结构示意图。

图2是图1中的喷嘴室结构示意图。

图3是本发明的一种结构示意图。

图4是图3中的进汽室在内缸上的装配结构示意图。

图5是本发明的另一种结构示意图。

图中代号含义：01、1—外缸；02、2—内缸；03—喷嘴室；04—进汽弧段；05—阻隔；3—上半体；4—下半体；5—猫爪；6—定位环；7—定位键；8—隔板；9—第二汽封；10—第一汽封；11—连接螺栓；12—进汽管。

具体实施方式

实施例1

参见图3和图4：一种超超临界汽轮机组的高压缸，超超临界汽轮机组的蒸汽参数约为31MPa/600℃/620℃/620℃，高压缸主要由外缸1、内缸2和进汽室构成。

其中，外缸1主要由天地配合的半环状上半体和下半体构成，外缸1的上半体和下半体通过连接螺栓组合在一起，由连接螺栓在中分面法兰上产生接触应力，进而实现外缸1密封；内缸2亦主要由天地配合的半环状上半体和下半体构成，内缸2的上半体和下半体通过连接螺栓组合在一起，由连接螺栓在中分面法兰上产生接触应力，进而实现内缸2密封，在内缸2内设有三级隔板；前述外缸1和内缸2分别采用耐高温的合金材料CB2铸钢制成。内缸2通过调整垫片、纵向定位键和纵向导向键装配在外缸1内，调整垫片用作调整内缸2和外缸1的同心度，纵向定位键作为内缸2和外缸1之间的定位膨胀死点，纵向导向键用作帮助内缸2在外缸1内纵向正确膨胀。

进汽室主要由天地配合的半环状上半体3和下半体4构成，进汽室的上半体3和下半体4由连接螺栓11连接组合成圆筒状，由连接螺栓在中分面法兰上产生接触应力，进而实现进汽室3密封，进汽室的上半体3和下半体4均采用耐高温的合金材料CB2铸钢制成，连接螺栓11为沉头栽丝螺栓。在进汽室内设有三级隔板8和第一汽封10；各级隔板8用作承受蒸汽的压差及温差，在第一级隔板的进汽侧根部设有第二汽封9，该第二汽封9为L形汽封；第一汽封10与进汽室为一体结构，有利于减少装配工作量，便于现场检修，第一汽封10用作密封进汽室与转子之间的间隙。进汽室通过猫爪5、定位环6、定位键7和调整垫片装配在内缸2内；猫爪5为四只，四只猫爪5分别设在进汽室的下半体4外壁的两侧，用作将进汽室的下半体4支撑在内缸2内，四只猫爪5承受进汽室的全部重量，在组合装配时，内缸2的上半体压紧进汽室下半体4上的猫爪5，实现进汽室天地方向的自由度限定；定位环6套装在进汽室的外壁与内缸2的内壁之间，即定位环6箍抱在进汽室的外壁上，定位环6的外环壁与内缸2的内壁接触装配，定位环6用作限制进汽室的轴向自由度，并密封进汽室与内缸2之间的装配间隙，由于定位环6在进汽室上的结构特性，使得定位环6形成了进汽室和内缸2之间的定位膨胀死点，那么为了防止进汽室膨胀变形，要求定位环6的套装位置应当对应在内缸2和外缸1之间的定位膨胀死点上，即与内缸2和外缸1之间的纵向定位键相对应；定位键7设在进汽室下半体4与内缸2之间，用作限制进汽室的径向自由度；调整垫片用作调整进汽室与内缸2的同心度。由于进汽室的外壁和内缸2高温段的内壁为加工面，因此应尽量保证进汽室与内缸2之间的夹层（即进汽室和内缸2的装配间隙）为小间隙，优选10～20mm，例如13mm，或16mm，亦或19mm等。在进汽室的上半体3上设有进汽口，进汽口上连接有进汽管12，进汽管12穿过内缸2和外缸1向外延伸出，进汽管12的外壁分别与内缸2和外缸1形成密封，进汽管12用作向进汽室引入压力约31MPa、温度为600℃的蒸汽，蒸汽进入汽室做功，在进汽室做功后蒸汽压力下降约为12 MPa、温度下降约为80℃，此时经进汽室进入内缸2做功的蒸汽压力约为19 MPa，温度约为520℃，经计算分析，进汽室汽密性良好，无泄漏现象，蒸汽在内缸2内做功时，蒸汽从内缸2渗出一部分至外缸1，进入外缸1的蒸汽压力约为5 MPa、温度约为520℃，进而在进汽室、内缸2和外缸1内形成梯度压差、温差，确保高压缸能够安全、可靠的运行。

实施例2

本实施例的其他结构与实施例1相同，不同之处在于：超超临界汽轮机组的蒸汽参数约为35MPa/700℃/600℃/600℃；进汽室内设有四级隔板8，进汽室采用昂贵的镍基合金制成；内缸2内设有七级隔板，内缸2和外缸1分别采用耐高温的合金材料CB2铸钢制成。这样的话，通过进汽管12向进汽室引入的蒸汽压力约35MPa、温度为700℃，蒸汽进入汽室做功，在进汽室做功后蒸汽压力下降约为14 MPa、温度下降约为100℃，此时经进汽室进入内缸2做功的蒸汽压力约为21 MPa，温度约为600℃，经计算分析，进汽室汽密性良好，无泄漏现象，蒸汽在内缸2内做功时，蒸汽从内缸2渗出一部分至外缸1，进入外缸1的蒸汽压力约为5 MPa、温度约为600℃，进而在进汽室、内缸2和外缸1内形成梯度压差、温差，确保高压缸能够安全、可靠的运行。本实施例仅仅增加了进汽室和内缸内的隔板级数及提升了进汽室的制造材料档次，外缸和内缸的制造材料档次无需提升，也就无需大幅增加高压缸的制造成本（初步估算，一台高压缸的外缸和内缸不采用昂贵的镍基合金制造的话，可以节省重约15T的镍基合金，制造成本降低约3000万人民币），高压缸在采用常规结构及材料的外缸和内缸的前提下就能承受高参数的主蒸汽，从而有效的大幅提高汽轮机组的效率，实用性强。

Claims (8)

1.一种超超临界汽轮机组高压缸，包括外缸（1）和内缸（2），所述内缸（2）装配在外缸（1）内，其特征在于：所述内缸（2）内装配有进汽室，该进汽室内设有多级隔板（8）和第一汽封（10），各级隔板（8）用作承受蒸汽的压差及温差，第一汽封（10）用作密封进汽室与转子之间的间隙；所述进汽室上连接有进汽管（12），进汽管（12）穿过内缸（2）和外缸（1）向外延伸出，进汽管（12）用作向进汽室引入蒸汽，蒸汽经进汽室做功后进入内缸（2）做功，并从内缸（2）渗出一部分至外缸（1），进而在进汽室、内缸（2）和外缸（1）内形成梯度压差、温差。

2.根据权利要求1所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述进汽室通过猫爪（5）、定位环（6）和定位键（7）装配在内缸（2）内；所述猫爪（5）用作将进汽室支撑在内缸（2）内；所述定位环（6）套装在进汽室的外壁与内缸（2）的内壁之间，用作限制进汽室的轴向自由度，并密封进汽室与内缸（2）之间的装配间隙；所述定位键（7）设在进汽室下部与内缸（2）之间，用作限制进汽室的径向自由度。

3.根据权利要求2所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述定位环（6）的套装位置对应在内缸（2）和外缸（1）之间的定位膨胀死点上。

4.根据权利要求2所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述进汽室与内缸（2）之间的装配间隙为10～20mm。

5.根据权利要求1所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述进汽室主要由半环状的上半体（3）和下半体（4）构成，上半体（3）和下半体（4）由连接螺栓（11）连接组合成圆筒状。

6.根据权利要求5所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述连接螺栓（11）为沉头栽丝螺栓。

7.根据权利要求1所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述进汽室内第一级隔板的进汽侧根部设有第二汽封（9），该第二汽封（9）为L形汽封。

8.根据权利要求1所述超超临界汽轮机组高压缸，其特征在于：所述第一汽封（10）与进汽室为一体结构。

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