專利名稱：蒸汽輪機汽流方向控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機特別是用于減小汽機葉片的過熱和由此而造成的疲勞損壞的方法和系統(tǒng)，這種過熱和疲勞損壞的發(fā)生是因為再熱汽輪機跳閘后汽輪機的鼓風加熱。
隨著汽輪機的“跳閘”，也即切斷從鍋爐輸往汽輪機沖動室的高壓蒸汽，在一次再熱的汽輪機中的高壓部分的汽流在不到1秒鐘的時間內就能產生反向流。產生這樣的反向流的原因是蒸汽截止閥的關閉保持高壓部分排汽壓力在一個升高的水平，此時高壓部分入口的壓力由于汽輪機軸的周圍的泄漏，和通過疏水系統(tǒng)汽流的排放而下降。在二次再熱的汽輪機中同樣的情況也會發(fā)生在兩次再熱之間。
眾所周知，當存在反向或逆向汽流時，產生的鼓風加熱在汽機葉片正常正向旋轉時要大于反向或逆向旋轉時的情況。也已確定，在反向流動和正向或正常旋轉時產生的鼓風損失最大，此時汽流沿著葉片通道的抽吸側或凸面?zhèn)?。在這現(xiàn)象中汽流沿著通道壁面偏離汽流方向，稱為附壁效應。(正常的正向流動通常趨向于隨著形成汽流的通道壁並沿葉片通道的凹面?zhèn)然驂毫取?在反向流動工況期間發(fā)生的附壁效應，由于鼓風加熱的增加，使損失進一步增大。
鼓風加熱問題常規(guī)的解決辦法一直是通過提供足夠的通流蒸汽把熱量帶走以控制溫度，這樣就不會發(fā)生葉片的疲勞破壞。然而很難估計正向旋轉與反向汽流的工況，並且盡管詳細調查了這個問題，根據(jù)推算正向旋轉，正向汽流數(shù)據(jù)的計算預計的溫度過分保守。分析的不精確性順蒸汽通過的每一級依次增大，因為每一級在前一級的溫度上加上某些不正確的溫度增量。這些過分保守的預計導致設計時通流系統(tǒng)選用的通流或疏水閥門大于實際需要，增加了費用。防止反向汽流能減少鼓風加熱的問題，從而可以降低通流系統(tǒng)的要求和費用，並且可以使用已從正向旋轉，正向汽流工況獲得的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來較精確地預計鼓風加熱。
因此本發(fā)明的主要目的是在汽輪機跳閘之后，通過控制蒸汽流動的方向和消除附壁效應以減小汽輪機葉片的鼓風加熱。
帶著這個考慮的目的，本發(fā)明用于一臺再熱蒸汽輪機，至少有一個帶有沖動室和一個排汽段的汽輪機部件，該汽輪機還有另外的部件和區(qū)段，那里的壓力低于排汽段，一個用于減小鼓風加熱的系統(tǒng)，其特征為出口裝置位于排汽段的上游，用于通流蒸汽的抽出;第一導管裝置連接所說的出口裝置至一個低壓區(qū);第一閥門裝置連接至所說的導管裝置，用于控制流過所說的出口裝置的蒸汽流量;入口裝置進入到?jīng)_動室，用來引導從排汽段排出蒸汽;第二導管裝置在所說的入口裝置和排汽段之間連接;而第二閥門裝置與所說的第二導管裝置相連，用于控制進入沖動室的排汽流量。
本發(fā)明提供一種用于在再熱汽輪機跳閘后維持正向汽流方向和控制汽流路線的方法和系統(tǒng)，通過維持壓力差去控制汽流的方向和路線。在汽輪機跳閘之后，通過正好在排汽上游的一點抽出蒸汽並將它排至一個低壓區(qū)、給水加熱器、或冷凝器，使得排汽段的壓力降低。此外通過把高壓排汽引入沖動室使入口處的壓力升高。其次，在凹面即汽輪機排汽附近的汽輪機葉片的壓力側，壓力被降低，這是通過把抽吸作用應用到沿其壓力面長度方向的集汽槽，從而保持汽流路線和葉片的壓力面接觸。
僅只用舉例的方法，結合附圖，通過對其中所示的較佳實施例的以下敘述，本發(fā)明將變得更加顯而易見，其中

圖1A和1B示出了汽輪機在反向汽流工況下的壓力分布和定性的蒸汽流線;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的汽流方向控制系統(tǒng)的一種型式的示意圖;
圖3是一臺汽輪機和其汽缸內部的局部剖視圖，示出了汽輪機葉片中的一條集汽槽，和與其在一起的連接孔，該孔穿過汽輪機汽缸連接至一個集汽區(qū)以及根據(jù)本發(fā)明的另一種型式的抽汽裝置;
圖4是葉片上有某一種型式的集汽槽的汽輪機葉片的簡化剖視圖;
圖5與圖4相似，表示出另一種集汽槽的結構。
在汽輪機中汽流反向和葉片向前或正常旋轉時，有關葉片的鼓風增加，正如圖1A和1B二個圖的壓力分布和定性的蒸汽流線所示。圖1A表示沒有附壁效應的有關二個相鄰的汽輪機葉片7.8汽流的偏斜。圖1B表示伴有附壁效應的有關葉片7.8的偏斜。附壁效應引起汽流沿著葉片通道的抽吸側或凸面“a”，這里通道壁偏離正常的汽流方向。當存在附壁效應時出現(xiàn)一個大的分離汽團“d”，與此相反，當不存在附壁效應時出現(xiàn)二個小得多的分離汽團“e”、“f”。已經(jīng)發(fā)表的有關汽輪機反向汽流和反向旋轉的報告證實了;當存在附壁效應時，較高的鼓風加熱導致葉片的疲勞損壞。圖1A和1B的曲線圖示出了通過葉片區(qū)的壓力。
圖2是根據(jù)本發(fā)明裝有汽輪機高壓段12的汽流方向控制系統(tǒng)10的汽輪機9的簡化局部剖面示意圖。在位置14處即在汽輪機高壓部分的最后二個汽輪機級L-0和L-1(如16所示)前和在汽輪機高壓段12剩下的前幾級18后，蒸汽通過導管20被抽出，由閥門22控制，然后引入到低壓區(qū)24，例如冷凝器或給水加熱器。
有些汽輪機組在位置14處裝有一根用于給水加熱器的抽汽管或導管(未示出)。為此，比這樣的給水加熱器抽汽管小的導管20，可以在一個逆止閥的汽機側接入至較大的抽汽管中，圖中並未表示出逆止閥，而是通常裝于這樣的抽汽管中。如果沒有現(xiàn)成的給水加熱器抽汽管，可以穿過壓力汽缸壁17鉆孔15並和管道19相接，把蒸汽引至集汽聯(lián)箱21，然后引至低壓區(qū)24。閥門22′可以安裝在集汽聯(lián)箱21和低壓區(qū)24之間。應該知道，在圖2的示意圖中管道19和導管20兩者同時示出時，應明白這二個抽汽裝置只有其中之一才用在任何一臺汽輪機上。
此外，從汽輪機排汽28引出的管道26裝有一個控制閥30，引導排汽進入高壓部分12的沖動室32的入口32′。這個系統(tǒng)10從二個方面使葉片通道溫度降低。首先，在汽輪機跳閘后汽流的反向在被消除前僅僅發(fā)生在汽輪機的最后二級16處。剩下的前幾級18將不會受到反向汽流引起的溫度升高。預計反向汽流引起的溫度的不精確性就會因此被限制在最后二級16。
其次，排汽進入沖動室32將朝正常的方向流動，並且將通過管道19或20排出，從而減小鼓風損失。因為已經(jīng)獲得了這種工況的試驗數(shù)據(jù)，對于這種結構，鼓風損失的預計將相當準確。最高的溫度發(fā)生在L-1和L-2級，那里裝有本發(fā)明的汽流方向控制系統(tǒng)10，通過從汽輪機出口到入口所有級溫度連續(xù)升高。
圖3-5敘述了本發(fā)明的其它特性，其中在汽輪機葉片的壓力面上使用抽吸，以使汽流接觸與這些表面保持接觸。在圖4中示出了具有半圓形集汽槽54的葉片52的斷面。該槽是在葉片52的壓力面56上從葉片的根部到頂端用鍛造或機加工形成的，用以抽吸蒸汽。正如曾經(jīng)在上面敘述過的，抽吸面55不經(jīng)受同樣的汽流偏斜。集汽槽54不一定需呈半圓形，然而這樣的形狀有良好的水力學半徑。在槽54的每一側有一個凹入部分58用以接受孔板或網(wǎng)屏62的邊緣60?？装?2是焊接就位的，並且它在外形上類似于葉片的金屬薄片材料，材質與用于采用排泄冷卻的高溫燃氣輪機的相同。正如用在本發(fā)明中那樣，蒸汽通過孔64被抽出以保持汽流與壓力面56接觸的情況下通過葉片52。孔64應有流線型或園型的入口以提高流通能力。在凹入部分58完成焊接后要磨光，以使葉片表面56的型線與未改進的葉片相同。
有些葉片的材質難以焊接，例如含12%鉻的合金。另一個實施例如圖5所示，避免了焊接問題，即采用電火花加工來形成集汽槽54′和孔64′。集汽槽54′可以是一個縱向柱狀的孔以代替半圓形的抽汽孔，也消除了需要一個單獨的覆蓋板，並且穿過壓力表面56的孔64′深度各不相同，取決于集汽槽圓形壁面橫斷面的位置。
圖3用示意圖表示旋轉葉片52和靜止葉片52′中集汽槽54的抽汽通過汽輪機汽缸82引出的通道。因為圖3中所示的實施例與圖2所示的實施例在蒸汽收集系統(tǒng)的細節(jié)上稍有不同，所以在系統(tǒng)中用不同的參考編號標示在各部件上。然而將可以識別出來，汽缸82相當于汽缸17，集汽聯(lián)箱21相當于集汽聯(lián)箱86，管道19、20相當于管道84，孔15相當于孔80，而冷凝器24相當于低壓區(qū)88。集汽槽54連接到用鉆孔或成形穿透葉片圍帶74的孔72。在旋轉葉片52的情況下，孔72開口進入密封環(huán)78之間的空間76中。密封環(huán)78位于圍帶74的二側以阻止經(jīng)集汽槽54抽出的蒸汽在汽輪機內擴散，並且也保持槽54內的壓力稍低于葉片通道的壓力。在某些機組中旋轉葉片沒有圍帶(圖中沒有示出)，槽54將直接通入空間76。多個孔洞80穿透汽缸82與空間76連接，孔洞80用導管裝置84連接到一個集汽聯(lián)箱86，再轉接到一個低壓區(qū)88，它可以是一個給水加熱器，凝汽器，或鍋爐排污擴容器。
在靜止葉片52′的情況下，沒有密封環(huán)78也必然沒有空間76?？?2′穿過圍帶74′直接連接到穿過汽缸82的孔80′。
隨著汽流在一個非常接近壓力面56的角度離開葉片52，汽流以一個更加適合的角度進入下一排葉片，因此減小了鼓風損失。旋轉葉柵上的旋轉作用使通過集汽槽的蒸汽流量增大。葉柵試驗可以用來確定集汽槽54和用來消除附壁汽流的孔64的最佳位置，同時也可確定通過槽54排出蒸汽的最佳額度，以確保汽流對壓力面的附著力。在本發(fā)明的另一個實施例中，每個葉片可有二個槽，一個靠近后緣，另一個靠近前緣。
圖3中所示的本發(fā)明的實施例可以采用各種結構。例如，因為一排葉片汽流的改善也就改善了下一排葉片中的汽流，故本發(fā)明可以用在間隔的葉柵上，也即只用在旋轉葉柵上，或者只用在靜止葉柵上。雖然旋轉使葉柵中的流量增大了，但是旋轉葉片受到的應力更高。並且，低壓葉片是細長、扭轉和帶錐形的，這對加工溝或槽54存在問題，因此最好是對低壓部分的靜止葉片應用本發(fā)明。
權利要求
1.在一臺再熱蒸汽輪機(9)中至少有一個汽輪機部件(12)，具有一個沖動室(32)和一個排汽段(38)，汽輪機(9)還具有其它的部件和區(qū)段，在那里壓力低于排汽段(28)，一個系統(tǒng)(10)用來減小鼓風加熱，其特征為出口裝置(14、15)位于排汽段(28)的上游，用來抽出流經(jīng)那里的蒸汽；第一導管裝置(19、20)將上述出口裝置(14、15)連接到低壓區(qū)(24)；第一閥門裝置(22、22′)連接到所說的導管裝置(19、20)，用于控制通過所說的出口裝置(14、15)的蒸汽流量；入口裝置(32′)進入沖動室(32)內，用于導引來自排汽段(28)的排汽；第二導管裝置(26)將所說的入口裝置(32′)和排氣段(28)之間連接起來；而第二閥門裝置(30)與上述第二導管裝置(26)相連，用于控制進入沖動室(32)的排汽流量。
2.根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，特征在于所說的低壓區(qū)(24)包括一臺給水加熱器。
3.根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，特征在于所說的低壓區(qū)(24)包括一臺冷凝器。
4.根據(jù)權利要求1、2或3的系統(tǒng)，這里排汽段(28)的上游裝設了一條配有一個逆止閥的抽汽管道以便抽汽供給水加熱器使用，其特征在于所說的第一導管裝置(20)被布置接入至抽汽逆止閥前的抽汽管道。
5.根據(jù)權利要求1至4的任何一個權利要求，這里所說的汽輪機具有多個間隔排列的固定和旋轉葉柵(52、52′)，每個葉片有一個壓力面(56)和一個抽吸面(55)，特征為挑選的汽輪機葉柵(52、52′)之一的葉片的壓力面(56′)加工形成一道集汽槽(54、54′)，每一道所說的集汽槽(54、54′)在相應的葉片上縱向地從內端部延伸到外端部，集汽區(qū)(76)位置相鄰于葉片(7、8)的外端部，用于收集通過所說的集汽槽(54、54′)的汽流;而抽吸裝置(74、84、86、88)與所說的集汽區(qū)(76)連接，以抽出收集的蒸汽和維持所說的集汽槽(54、54′)內的壓力低于汽輪機(9)內的葉片通道內的壓力。
6.根據(jù)權利要求5的系統(tǒng)，特征在于每個所說的集汽槽(54、54′)被一個打孔的平板(62)所覆蓋，所說的孔板(62)外表面的型線與相應葉片的壓力面(56)連續(xù)。
7.根據(jù)權利要求5的系統(tǒng)，特征在于所說的集汽區(qū)(76)包括貫穿汽輪機汽缸(82)的許多個孔(80)，每個孔(80′)的配置是用來從1個或多個所說的集汽槽(54、54′)接收蒸汽。
8.根據(jù)權利要求6或7的系統(tǒng)，特征在于所說的集汽區(qū)(76)還包括每一個旋轉葉柵的一個環(huán)形集汽室(76)，它由一排旋轉葉片的外端部和汽輪機汽缸(82)內壁之間的一個空間(76)組成，所說的空間(76)用一對密封環(huán)(78)來封閉，密封環(huán)的外側圓周附著在對應葉柵二側的汽缸內壁上，並且密封環(huán)的內側園周和葉柵中的葉片的外端部相接觸。
全文摘要
這里，汽輪機系統(tǒng)在汽輪機跳閘之后，通過正好在排汽上游的一點抽出蒸汽并將它排至一個低壓區(qū)來降低排汽段的壓力，而通過將高壓排汽引入沖動室來提高入口壓力。更可取地通過利用沿其壓力面長度方向的集汽槽的抽吸作用，使汽輪機排汽附近的汽輪機葉片的壓力側。即凹面上的壓力降低，從而保持汽流路線與葉片壓力面接觸。
文檔編號F01K7/38GK1044696SQ9010058
公開日1990年8月15日 申請日期1990年2月6日 優(yōu)先權日1989年2月6日
發(fā)明者小喬治·J·西爾韋斯特里 申請人:西屋電氣公司