專利名稱：用于將過負荷蒸汽導入汽輪機中的控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，用于將蒸汽輸入一帶有蒸汽主流路徑的汽輪機中，其中設(shè)有一控制閥，用該控制閥可調(diào)節(jié)主流路徑的汽流截面。本發(fā)明還涉及一種將過負荷蒸汽導入汽輪機中的方法，該汽輪機具有多個透平級。
具有部分進汽的汽輪機是這樣來設(shè)計的汽輪機可瞬時地給出一超出其計算的設(shè)計功率的功率值。該提高的功率被用于用部分進汽來工作的汽輪機，如在Hans-Walter Roemer所著的“汽輪機結(jié)構(gòu)與操作介紹”一書中第1、7.3和7.4節(jié)中所寫的那樣(“Dampfturbinen,Einfuehrung in Bau undBetrieb”Von Hans-Walter Roemer,Verlag W.Girardet,Essen,1972)。汽輪機的部分進汽將通過多個并聯(lián)的、一個接一個相繼打開的閥來實現(xiàn)，這樣一第一透平導葉片系列，亦即調(diào)節(jié)級，則可用體積可控制的新汽流所充汽。這些閥用一共用的閥柱加以連接，通過閥柱的升程來相繼控制閥門的打開。為達到在短時間內(nèi)較高的功率，設(shè)置有一附加的、與閥柱相連接的過載閥。通過該過載閥，一部分新汽在旁路通過調(diào)節(jié)級條件下直接被導入位于下游的全部進汽的透平級。增加的蒸汽流通量將在較少的透平級中被處理，由此會產(chǎn)生效率的降低，即使這種降低在多數(shù)場合是很少的，但特別是通過增加了隨后級的長度，也能實現(xiàn)效率的提高。
本發(fā)明的目的在于提供一種控制裝置，用它來提供部分蒸汽流，尤其是為將過負荷蒸汽導入汽輪機中提供部分蒸汽流。本發(fā)明的另一目的是提供一種將過負荷蒸汽導入汽輪機中的方法。
這種針對一種控制裝置的目的根據(jù)本發(fā)明是通過一種用于汽輪機蒸汽輸入的控制裝置來實現(xiàn)的，該控制裝置具有一蒸汽的主流路徑，該主流路徑具有一汽流截面，該截面可由至少一調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，通過該調(diào)節(jié)閥將一為蒸汽提供的輔流路徑與該主流路徑流體力學地連接起來。
由此可達到從主流路徑流出的蒸汽被分支到輔流路徑中。這樣的優(yōu)點是采用控制裝置而無需附加的過載閥即可將出自汽輪機新汽流的蒸汽進行分支。調(diào)節(jié)閥由此能滿足雙重功能，即調(diào)節(jié)汽輪機的蒸汽量以及引入過載以提高透平機效率。
當調(diào)節(jié)閥同樣完全開放整個汽流截面時，輔流路徑也最好被完全打開。在一完全被打開的主流路徑中，輔流路徑因此也始終被新蒸汽全部充滿，這樣在這種情況下可達到一種持續(xù)的過載狀態(tài)(功率提高)。這一點特別對節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機來說是具有優(yōu)點的。在這種情況下可進行將蒸汽過負荷導入容納有裝有葉片組的透平軸的汽輪機汽包中。
為在一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機中不引入過負荷而實現(xiàn)過負荷，既可以來提高新蒸汽壓力，或者當不可能這樣做時可在正常負荷情況下實行節(jié)流。一個5％的過負荷在此情況下要求同樣有約5％的節(jié)流量。這種情況等于相對于一無節(jié)流的運行狀況的汽輪機的熱消耗率有約0.5％的惡化。
在完全打開主流路徑的情況下，亦即在對透平葉片組實施完全充汽的情況下，通過一種能將過負荷蒸汽引入汽包中的控制裝置可在過負荷情況下使熱消耗相對于一種無過負荷作用的實施方案僅造成很小的惡化(約0.1％)，但在正常負荷情況下對于節(jié)流約5％的透平來說，這種惡化至少可被消除。
在部分進汽情況下，亦即在完全或至少部分受阻(被節(jié)流)的汽流截面情況下，輔流路經(jīng)被完全關(guān)閉。由此可保證為引入過負荷而進行的蒸汽經(jīng)輔流路徑的分支僅在汽輪機過負荷工作時進行。
在該控制裝置中，調(diào)節(jié)閥包括一閥活塞和一活塞殼體。該活塞殼體具有一從主流通道分支到閥活塞的進汽管以及一從閥活塞導至輔流路徑的出汽管。該閥活塞本身有一輔助通道，通過該輔助通道將進行管同出汽管從流體技術(shù)上加以連接，在調(diào)節(jié)閥中因此也已組合進了一種過負荷可能性，這樣一來不需另外安設(shè)一附加的過負荷閥。由此可免除附加的設(shè)計方向的費用，尤其是附加的管道和增加的空間等方面的費用。在完全打開調(diào)節(jié)閥時，則可在主流路徑和輔流路徑之間形成一經(jīng)入汽管、輔助通道和出汽管的汽流連接。
在優(yōu)選地沿一主軸延伸的閥活塞中，輔助通道被構(gòu)造成一相對于主軸基本旋轉(zhuǎn)對稱的環(huán)形通道。當然該輔助通道也可以有其它構(gòu)造形式，比如作為中心孔或作為在活塞殼體中可由活塞封閉的槽。
調(diào)節(jié)閥優(yōu)選地為一擴壓閥，尤其是一單座擴壓閥。該閥在汽輪機的新蒸汽輸入中可與一快速關(guān)閉閥相組合。閥活塞和連接其上的閥桿可由一整塊料加工制成。在閥桿和閥活塞上的滑動面可比如采用等離子弧法用司太立硬質(zhì)合全加以鎧裝。閥活塞可經(jīng)一液壓式單一驅(qū)動器加以調(diào)節(jié)。
該控制裝置優(yōu)選地被配量在一汽輪機上，尤其是配置在一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機上，該汽輪機具有多個透平級，這些透平級各自包括一動葉片系列和一導葉片系列，其中主流路徑通向位于汽流方向上的第一透平級亦即所謂的調(diào)節(jié)級，而輔流路徑則通向位于調(diào)節(jié)級下游的一透平級。因此，具有與流入調(diào)節(jié)級的新蒸汽基本相同的蒸汽狀態(tài)的新蒸汽被輔流路徑直接送入另一位于下游的透平級。在該透平級中，蒸汽的狀態(tài)尤其是壓力和溫度因此被提高，這樣可達到對動葉片更高的沖擊作用并伴隨有由此而造成的更高的透平功率。
控制裝置優(yōu)選地至少部分地與汽輪機透平殼體相澆鑄在一起。為此還提供有調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥可直接被澆鑄在透平殼體上，另外還有輔流路徑，該路徑比如可被設(shè)計成被澆鑄在透平殼體之上或之內(nèi)的一過負荷管道。通過至少部分地將該控制裝置組合進透平殼體中，則可為能采用較少的設(shè)計費用和更高的機械可靠性來引入過負荷提供一種設(shè)計上特別簡單的裝置結(jié)構(gòu)形式。當然也可將調(diào)節(jié)閥用螺釘擰緊在透平殼體上并將過負荷管道用鉆孔鉆在透平殼體中、焊接或螺栓擰緊在該透平殼體上。
這種針對一用于將過負荷蒸汽導入汽輪機中的方法的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明是如下地加以解決的在充分打開一調(diào)節(jié)閥時，通過該調(diào)節(jié)閥新蒸汽可被節(jié)流地經(jīng)在汽流方向上的第一透平節(jié)亦即所謂的調(diào)節(jié)級的一主流路徑被輸入，此時輔流路徑被打開，通過該路徑從調(diào)節(jié)閥出來有一部分蒸汽流被分支并被輸入到位于調(diào)節(jié)閥下游的一透平級中。調(diào)節(jié)閥因此具有一種雙重功能，它一方面用于調(diào)節(jié)對調(diào)節(jié)級充汽的新蒸汽量，另一方面則可另外對一也位于下游的透平級進行充汽。這一另外的充汽優(yōu)選地在充分打開調(diào)節(jié)閥時進行且因此可對汽輪機進行完全進汽。通過該另外的進汽，則在從屬的透平級中實施過負荷蒸汽的導入，從而提高了在該透平級中的蒸汽狀態(tài)，這樣做導致在全負荷工作時提高汽輪機的功率，由此可進一步補償因提高蒸汽吞吐量而出現(xiàn)的熱消耗量虧空。
以下根據(jù)附圖所示的實施例來進一步說明用于汽輪機蒸汽輸入的控制裝置以及用來導入過負荷蒸汽的方法。附圖中


圖1為一具有部分被澆鑄入的控制裝置的汽輪機的橫截面圖，圖2為根據(jù)圖1所得的放大了的一局部圖，圖3為汽輪機沿透平軸的一縱截面圖。
圖1、2和3為清楚起見是部分示意性的且是不合比例的。圖中所用的相同附圖標記分別具有相同意義。
圖1示出一汽輪機11的一橫截面圖，汽輪機11具有一控制裝置1，用于將蒸汽的過負荷導入位于一第一透平級亦即調(diào)節(jié)級18a下游的一透平級18軸中(見圖3)。該控制裝置1具有兩個與透平殼體9相連接的、尤其是相澆鑄成一體或用螺栓相擰緊的、相對而立的擴壓調(diào)節(jié)閥4。每個調(diào)節(jié)閥4具有一沿主軸15對齊的閥活塞4a以及一至少部分包括該閥活塞4a的活塞殼體4b。閥活塞4a在閥殼體4b中可沿主軸15移動。通過每個調(diào)節(jié)閥4走過有一蒸汽的主流路徑2，用于驅(qū)動一配置在透平殼體9中且沿一透平軸線20伸展的透平8(見圖3)。在調(diào)節(jié)閥4中，主流路徑2有一汽流截面12，該截面12可由閥活塞4a加以調(diào)節(jié)。閥活塞4a由圖2可見具有一與主軸15基本成旋轉(zhuǎn)對稱的環(huán)形通道7。活塞殼體4b具有一從主流通道2導至閥活塞4a的進汽管道13。在與進汽管道13相對的一側(cè)上活塞殼體4b具有一出汽管道14，它通向一輔流路徑3。該輔流路徑3包括一延伸在透平殼體9中的過負荷管道6，該過負荷管道6被鑄在、打孔在透平殼體9中，或者被設(shè)計成管子并通向(見圖3)配置在調(diào)節(jié)級18a下游的一透平級18。每一透平級18、18a各具有一導葉片系列17和一與之相鄰的位于下游的動葉片系列16。
閥活塞4a經(jīng)一圖中未示出的調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置根據(jù)所需的汽輪機11的功率大小沿主軸15運動，這樣汽流截面12則允許一相應(yīng)流通量的新蒸汽19進入汽輪機11中，在充分打開汽流截面12時，閥活塞4a位于一位置上或可延主軸15運動到這樣一個位置，此時進汽管道13經(jīng)構(gòu)造成環(huán)形通道的輔助通道7與出汽管道14在汽流上相連。由此使出自主流路徑2的蒸汽19的部分汽流被導入輔流路徑3，從而達到引入過負荷蒸汽。這樣新蒸汽流19從調(diào)節(jié)閥4出來經(jīng)過負荷管道6(見圖3)被導入一另外位于下游的透平級18中。該新蒸汽19導致該透平級18以及另一位于下游的透平級進汽量的提高，并由此導致汽輪機11功率的提高。若汽流截面12被閥活塞4b全部或至少部分阻斷，則主流路徑2和輔流路徑3之間的汽流聯(lián)系被中斷。
本發(fā)明的突出之處是具有一控制裝置，在其中的用來調(diào)節(jié)流入汽輪機的新蒸汽量的一調(diào)節(jié)閥中，另外將部分蒸汽量從該新蒸汽流中分支并將過負荷導入配置在下游的一透平級。用較少的設(shè)計費用且采用特別緊湊的結(jié)構(gòu)形式可在對汽輪機進行全部進汽的同時實現(xiàn)一種過負荷運行?？刂蒲b置的一部分，如調(diào)節(jié)閥和過負荷管道，可被鑄在透平殼體中。通過這種過負荷的導入，可對在節(jié)流操作時會產(chǎn)生的熱消耗虧空進行補償。
權(quán)利要求
1．一種控制裝置(1)，用于將蒸汽輸入一汽輪機(11)，該汽輪機(11)具有一調(diào)節(jié)閥(4)和一蒸汽的主流路徑(2)，該主流路徑(2)具有一汽流截面(12)，該截面(12)可由調(diào)節(jié)閥(4)所調(diào)節(jié)，其特征在于設(shè)有一用于蒸汽的輔流路徑(3)，該輔流路徑(3)經(jīng)調(diào)節(jié)閥(4)與主流路徑(2)在汽流上相連接。
2．如權(quán)利要求1所述的控制裝置(1)，其中，一旦調(diào)節(jié)閥(4)將汽流截面(12)全部放開，則輔流路徑被全部打開。
3．如權(quán)利要求1或2所述的控制裝置(1)，其中，當調(diào)節(jié)閥(4)將汽流截面(12)全部或至少部分地阻斷時，輔流路徑(3)被全部關(guān)閉。
4．如上述任一項權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，其中，所述調(diào)節(jié)閥(4)包括一閥活塞(4a)和一活塞殼體(4b)，其中活塞殼體(4b)具有一從主流路徑(2)分支到閥活塞(4a)的進汽管道(13)以及一從閥活塞(4a)到輔流路徑(3)的出汽管道(14)，且閥活塞(4a)具有一輔助通道(7)，通過該輔助通道(7)使進汽管道(13)與出汽管道(14)在汽流上相連接。
5．如權(quán)利要求4所述的控制裝置(1)，其中，所述閥活塞(4a)沿一主軸(15)伸展且輔助通道(7)為一與主軸(15)基本成旋轉(zhuǎn)對稱的環(huán)形通道。
6．如上述任一項權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，其中，所述調(diào)節(jié)閥(5)為一擴壓閥。
7．如上述任一項權(quán)利要求所述的特別是位于一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機上的控制裝置(1)，它具有各自包括多個透平級(18,18a)的一動葉片系列(16)和一導葉片系列(17)，其中，所述主流路徑(2)通向在汽流方向上的第一透平級(18a)而輔流路徑(3)通向配置在第一透平級(18a)下游的一透平級(18)。
8．如上述任一項權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，它至少部分地被鑄在、焊在或螺栓擰在汽輪機(11)的透平殼體(9)上。
9．如權(quán)利要求7或8所述的控制裝置(1)，其中，所述輔流路徑(3)具有一被鑄在、鉆孔在、螺栓擰緊在或焊接在透平殼體(9)上的過負荷管道(6)。
10．一種用于將過負荷蒸汽導入汽輪機(11)中的方法，該汽輪機(11)具有各自包括多個透平級(18,18a)的一動葉片系列(16)和一導葉片系列(17)，其中，在完全打開調(diào)節(jié)閥(5)時，新蒸汽經(jīng)該閥(5)可節(jié)流地經(jīng)一主流路徑(2)被輸入在汽流方向上的第一透平級(18a)，一輔流路徑(3)被打開，經(jīng)該輔流路徑(3)從調(diào)節(jié)閥(5)分支出一部分汽流且被輸入位于第一透平級(18a)下游的一透平級(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制裝置(1),用于將蒸汽輸入具有一用于蒸汽的主流路徑(2)的汽輪機(11)。主流路徑(2)具有一汽流截面(12),該汽流截面(12)可由至少一調(diào)節(jié)閥(4)調(diào)節(jié)。一輔流路徑(3)經(jīng)該調(diào)節(jié)閥(4)與主流路徑(2)汽流相連接。本發(fā)明還涉及一種將過負荷蒸汽導入汽輪機(11)中的方法,用該法在一調(diào)節(jié)閥(4)中新蒸汽(19)的一部分蒸汽流被分支且被輸入一位于調(diào)節(jié)級(18a)下游的透平級(18)中。
文檔編號F01D17/00GK1221471SQ97195332
公開日1999年6月30日 申請日期1997年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者迪特馬·伯格曼 申請人:西門子公司