專利名稱：一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，是一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)經(jīng)常采用汽缸中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)。由于直接來(lái)自鍋爐的蒸汽溫度很高，亞臨界機(jī)組中可達(dá)538 °C，在超臨界機(jī)組中和超超臨界機(jī)組中，進(jìn)汽溫度可高達(dá)566°C甚至600°C。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料長(zhǎng)期處于如此高溫環(huán)境下容易發(fā)生蠕變、持久及屈服強(qiáng)度下降，而且隨著溫度升高下降幅度急劇增大，轉(zhuǎn)子使用壽命大幅降低，對(duì)汽輪機(jī)的長(zhǎng)期安全運(yùn)行不利。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要采取冷卻系統(tǒng)降低進(jìn)汽段轉(zhuǎn)子的溫度。目前常用的技術(shù)是在進(jìn)汽段引入一股來(lái)自其他途徑的低溫冷卻汽體9，低溫冷卻汽體9的流動(dòng)方向如圖1所示，該低溫冷卻汽體9可以使中壓轉(zhuǎn)子6表面溫度降低，使中壓轉(zhuǎn)子6材料的強(qiáng)度等級(jí)大幅度提聞，以提聞中壓轉(zhuǎn)子6的使用壽命，提聞安全性。上述常用技術(shù)的不足之處在于:I)需要增加額外的管道來(lái)引入其他途徑的低溫冷卻汽體9 ；2)引入的低溫蒸汽量在運(yùn)行中難以準(zhǔn)確控制；3)所引入的低溫冷卻汽體9必須來(lái)自更高壓力段節(jié)流得到，浪費(fèi)了一定的做功能力；4)在工況變化時(shí)引入蒸汽的溫度難以控制；5)用低溫冷卻汽體9來(lái)冷卻中壓轉(zhuǎn)子6，還要考慮到轉(zhuǎn)子內(nèi)部溫度應(yīng)力的影響，弓丨入的低溫冷卻汽體9溫度太低，使中壓轉(zhuǎn)子6溫差太大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子內(nèi)部熱應(yīng)力太大，往往難以找到溫度合適的汽源。在實(shí)際運(yùn)行中中壓轉(zhuǎn)子6發(fā)生彎曲的情況時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，是用于大功率汽輪機(jī)中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)汽段轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，不引入外來(lái)汽源，無(wú)需運(yùn)行控制，既能冷卻轉(zhuǎn)子，又不引起太大的溫差，由此提高轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度和壽命。同時(shí)，大幅度簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消除引入外部冷卻蒸汽帶來(lái)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流量和溫度不可控、浪費(fèi)做功能力以及克服了大溫差導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲和汽缸變形等弊端。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)措施是:一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，包括中壓外缸1、中壓內(nèi)缸
2、分流環(huán)3、中壓轉(zhuǎn)子6、正向噴嘴7、反向噴嘴8、夾層12 ;其中:正向噴嘴7和反向噴嘴8為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，即正向噴嘴7的通流面積與反向噴嘴8的通流面積不同。所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其所述通流面積由下式確定-A= Si dLsin a其中:A—通流面積；d—節(jié)圓直徑；L一噴嘴聞度；a 噴嘴出氣角；
其通流面積的非對(duì)稱性，包括下列方式:a)由兩側(cè)噴嘴葉片型線的不一致產(chǎn)生，即出氣角Ciu不同；b)由兩側(cè)嗔嘴葉聞L不一致廣生；或c)由兩側(cè)噴嘴型線和葉高均不一致產(chǎn)生，即出氣角a 和L均不同而產(chǎn)生。所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其工作流程為:(a)來(lái)自鍋爐的高溫蒸汽從汽缸中部進(jìn)入，經(jīng)第一級(jí)正向噴嘴7、反向噴嘴8后，蒸汽膨脹，焓值降低，溫度降低；(b)由于第一級(jí)正向噴嘴7與反向噴嘴8為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，使兩側(cè)焓降、壓降不同，正向噴嘴7后壓力比反向噴嘴8后壓力稍高，或反向噴嘴8后壓力比正向噴嘴7后壓力稍高，汽流由高壓力區(qū)流向低壓力區(qū)；(c)通過(guò)噴嘴后降溫的低溫蒸汽11沿著分流環(huán)3與中壓轉(zhuǎn)子6之間的夾層12從壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)流動(dòng)，將分流環(huán)3與中壓轉(zhuǎn)子6隔開(kāi)，一方面低溫蒸汽11隔開(kāi)由分流環(huán)3傳導(dǎo)和輻射來(lái)的高溫蒸汽的熱量，另一方面帶走中壓轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)產(chǎn)生的熱量。所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其所述正向噴嘴7后壓力比反向噴嘴8后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa ;或反向噴嘴8后壓力比正向噴嘴7后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:I)取消汽缸進(jìn)汽段引入低溫冷卻蒸汽的低溫蒸汽進(jìn)汽管4，從而取消了來(lái)自更高壓力段的冷卻蒸汽以及由此帶來(lái)的外部引汽管路及附屬閥門等，簡(jiǎn)化了汽輪機(jī)的汽水管路系統(tǒng)，提聞了可罪性。2)取消進(jìn)汽分流環(huán)3上通過(guò)低溫蒸汽的鉆孔13以及轉(zhuǎn)子密封圈5，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。3)原來(lái)引自外部的低溫冷卻蒸汽的流量在運(yùn)行中難以控制，流量過(guò)低達(dá)不到冷卻效果，流量過(guò)高又造成高壓蒸汽做功能力的浪費(fèi)，而且引入的低溫冷卻蒸汽的溫度在運(yùn)行中無(wú)法調(diào)整。實(shí)際設(shè)計(jì)中往往難以找到合適的低溫高壓汽源，原來(lái)結(jié)構(gòu)中通常引入冷卻蒸汽溫度過(guò)低(通常為350°C-400°C )，與來(lái)自鍋爐的蒸汽溫度(通常為538°C、566°C甚至6000C )溫差過(guò)大，這部分冷再熱蒸汽經(jīng)過(guò)汽壓外缸1、汽壓內(nèi)缸2及分流環(huán)3后，對(duì)這些部件都造成局部降溫，存在很大的溫度應(yīng)力，是引起汽缸變形的主要原因。采用本專利的技術(shù)取消了外部低溫冷卻蒸汽，避免了中壓外缸1、中壓內(nèi)缸2及分流環(huán)3局部溫度過(guò)低而引起的變形。4)采用經(jīng)過(guò)一級(jí)噴嘴降溫后蒸汽來(lái)冷卻轉(zhuǎn)子，可使轉(zhuǎn)子進(jìn)汽段溫度與一級(jí)噴嘴后溫度基本一致，不存在大的溫度梯度，可以消除該處因外部冷卻蒸汽造成的過(guò)大熱應(yīng)力，避免了引起轉(zhuǎn)子彎曲的可能性。5)經(jīng)過(guò)噴嘴膨脹降溫后的蒸汽大部分直接進(jìn)入本級(jí)動(dòng)葉做功，少部分冷卻蒸汽通過(guò)分流環(huán)與轉(zhuǎn)子之間的夾層12冷卻轉(zhuǎn)子，其后進(jìn)入對(duì)側(cè)的動(dòng)葉做功，沒(méi)有造成額外的能量損失。


圖1為已有結(jié)構(gòu)的中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中:1-中壓外缸；2_中壓內(nèi)缸；3_分流環(huán)；4_低溫蒸汽進(jìn)汽管；5_轉(zhuǎn)子密封圈；6-中壓轉(zhuǎn)子；7-正向噴嘴；8-反向噴嘴；9_低溫冷卻汽體；10_再熱蒸汽流動(dòng)方向；11_噴嘴后低溫蒸汽；12-夾層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步說(shuō)明:圖2為本發(fā)明的一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。取消了現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)汽部分的低溫蒸汽進(jìn)汽管4，從而取消了來(lái)自更高壓力段的低溫蒸汽，以及由此帶來(lái)的外部引汽管路及附屬閥門等，簡(jiǎn)化汽輪機(jī)的汽水管路系統(tǒng)，提高可靠性。同時(shí)，取消了進(jìn)汽分流環(huán)3上通過(guò)低溫蒸汽的鉆孔13及轉(zhuǎn)子密封圈5。來(lái)自鍋爐的高溫蒸汽進(jìn)入汽缸，流動(dòng)方向10如圖2所示，通過(guò)第一級(jí)正向噴嘴7、反向噴嘴8后，蒸汽膨脹，焓值降低，溫度降低，將第一級(jí)正向噴嘴7與反向噴嘴8按非對(duì)稱設(shè)計(jì)，使兩側(cè)焓降不同，壓力也就不同，正向噴嘴7后壓力比反向噴嘴8后壓力稍高，或者反向噴嘴8后的壓力比正向噴嘴7后的壓力稍高，通過(guò)噴嘴降溫后的部分低溫蒸汽11就會(huì)從高壓力區(qū)流向低壓力區(qū)。其非對(duì)稱設(shè)計(jì)是就通流面積而言，可以通過(guò)三種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn):(一 )兩側(cè)噴嘴的葉片型線不一致產(chǎn)生非對(duì)稱；( 二)兩側(cè)噴嘴的葉高不一致產(chǎn)生非對(duì)稱；(三)兩側(cè)噴嘴的型線和葉高都不一致產(chǎn)生非對(duì)稱。通過(guò)噴嘴膨脹降溫的大部分蒸汽會(huì)進(jìn)入動(dòng)葉做功，少部分低溫蒸汽11汽流沿著分流環(huán)3與轉(zhuǎn)子6之間的夾層12流動(dòng)，流動(dòng)方向如圖2所示。該部分低溫蒸汽11會(huì)將分流環(huán)3與中壓轉(zhuǎn)子6隔開(kāi)，一方面隔絕分流環(huán)3傳導(dǎo)的高溫蒸汽的熱量，另一方面帶走中壓轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)產(chǎn)生的熱量。實(shí)施例1:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，正反向噴嘴葉高相同，正向噴嘴較反向噴嘴出口角略大
I% -5 %，使得正向噴嘴后的壓力較反向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa,在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向反向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。實(shí)施例2:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，反向噴嘴較正向噴嘴出口角略大I % -5 %，使得反向噴嘴后的壓力較正向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向正向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。實(shí)施例3:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，正反向噴嘴出氣角相同，但正向噴嘴較反向噴嘴葉高略大1% -5%，使得正向噴嘴后的壓力較反向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向反向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。實(shí)施例4:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，正反向噴嘴出氣角相同，但反向噴嘴較正向噴嘴葉高略大1% -5%，使得反向噴嘴后的壓力較正向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向正向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。實(shí)施例5:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，正反向噴嘴葉高和出氣角均不相同，葉高和出氣角正弦值的乘積值正向噴嘴較反向噴嘴葉高略大1% _5%，使得正向噴嘴后的壓力較反向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向反向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。實(shí)施例6:某汽輪機(jī)采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽溫度為537-600，采用正反向第一級(jí)噴嘴非對(duì)稱設(shè)計(jì)，正反向噴嘴葉高和出氣角均不相同，葉高和出氣角正弦值的乘積值反向噴嘴較正向噴嘴葉高略大1% _5%，使得反向噴嘴后的壓力較正向噴嘴后的壓力略高0.01-0.03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過(guò)反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過(guò)夾層12流向正向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。
權(quán)利要求
1.一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，包括中壓外缸(I)、中壓內(nèi)缸(2)、分流環(huán)(3)、中壓轉(zhuǎn)子(6)、正向噴嘴(7)、反向噴嘴(8)、夾層(12);其特征在于: 正向噴嘴(7)和反向噴嘴(8)為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，即正向噴嘴(7)的通流面積與反向噴嘴(8)的通流面積不同。
2.如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述通流面積由下式確定:A = Ji dLsin a 其中:A—通流面積；d—節(jié)圓直徑；L一噴嘴聞度；a Jj 噴嘴出氣角； 其通流面積的非對(duì)稱性，包括下列方式: a)由兩側(cè)噴嘴葉片型線的不一致產(chǎn)生，即出氣角a"不同； b)由兩側(cè)噴嘴葉高L不一致產(chǎn)生；或 c)由兩側(cè)噴嘴型線和葉高均不一致產(chǎn)生，即出氣角a^lPL均不同而產(chǎn)生。
3.如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其特征在于:工作流程為: (a)來(lái)自鍋爐的高溫蒸汽從汽缸中部進(jìn)入，經(jīng)第一級(jí)正向噴嘴(7)、反向噴嘴(8)后，蒸汽膨脹，焓值降低，溫度降低； (b)由于第一級(jí)正向噴嘴(7)與反向噴嘴⑶為非對(duì)稱設(shè)計(jì)，使兩側(cè)焓降、壓降不同，正向噴嘴(7)后壓 力比反向噴嘴(8)后壓力稍高，或反向噴嘴(8)后壓力比正向噴嘴(7)后壓力稍高，汽流由高壓力區(qū)流向低壓力區(qū)； (c)通過(guò)噴嘴后降溫的低溫蒸汽(11)沿著分流環(huán)⑶與中壓轉(zhuǎn)子(6)之間的夾層(12)從壓力高的一側(cè)向壓力低的一側(cè)流動(dòng)，將分流環(huán)(3)與中壓轉(zhuǎn)子(6)隔開(kāi)，一方面低溫蒸汽(11)隔開(kāi)由分流環(huán)(3)傳導(dǎo)和輻射來(lái)的高溫蒸汽的熱量，另一方面帶走中壓轉(zhuǎn)子(6)旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)產(chǎn)生的熱量。
4.如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，其特征在于:所述正向噴嘴(7)后壓力比反向噴嘴(8)后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa;或反向噴嘴(8)后壓力比正向噴嘴(7)后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)，涉及汽輪機(jī)技術(shù)。采用中部進(jìn)汽雙向流動(dòng)結(jié)構(gòu)，把兩側(cè)第一級(jí)噴嘴設(shè)計(jì)成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使兩側(cè)噴嘴出口壓力存在壓差，在該壓差作用下壓力高的一側(cè)噴嘴后的少量蒸汽通過(guò)進(jìn)汽分流環(huán)與轉(zhuǎn)子之間的夾層流向壓力低的一側(cè)。蒸汽經(jīng)過(guò)噴嘴后溫度顯著降低，該低溫蒸汽一方面將轉(zhuǎn)子與來(lái)自鍋爐的高溫蒸汽隔離，使該處的轉(zhuǎn)子溫度低于高溫蒸汽的溫度，另一方面該低溫蒸汽流動(dòng)還可避免該處轉(zhuǎn)子出現(xiàn)蒸汽回流區(qū)，帶走轉(zhuǎn)子鼓風(fēng)產(chǎn)生的熱量，達(dá)到對(duì)轉(zhuǎn)子冷卻的目的。本發(fā)明所涉及的技術(shù)簡(jiǎn)單易行、運(yùn)行可靠，無(wú)需外接冷卻蒸汽，既避免了轉(zhuǎn)子溫度過(guò)高，又避免了承受過(guò)大溫差而造成轉(zhuǎn)子彎曲的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F01D5/08GK103174464SQ20111043642
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者王勝利, 徐克鵬, 張建英 申請(qǐng)人:北京全四維動(dòng)力科技有限公司