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：
本實(shí)用新型涉及汽輪機(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I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。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是公開一種中部進(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)，不引入外來汽源，無需運(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)，大幅度簡化冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消除引入外部冷卻蒸汽帶來的結(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，本實(shí)用新型采取的技術(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_噴嘴高度；a ---噴嘴出氣角；[0016]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)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 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，一方面低溫蒸汽11隔開由分流環(huán)3傳導(dǎo)和輻射來的高溫蒸汽的熱量，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O. 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O. 01-0. 03MPa。本實(shí)用新型的優(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，從而取消了來自更高壓力段的冷卻蒸汽以及由此帶來的外部引汽管路及附屬閥門等，簡化了汽輪機(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上通過低溫蒸汽的鉆孔13以及轉(zhuǎn)子密封圈5，使結(jié)構(gòu)簡化。3)原來引自外部的低溫冷卻蒸汽的流量在運(yùn)行中難以控制，流量過低達(dá)不到冷卻效果，流量過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，原來結(jié)構(gòu)中通常引入冷卻蒸汽溫度過低(通常為350°C-400°C )，與來自鍋爐的蒸汽溫度(通常為538°C、566°C甚至6000C )溫差過大，這部分冷再熱蒸汽經(jīng)過汽壓外缸I、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I、中壓內(nèi)缸2及分流環(huán)3局部溫度過低而引起的變形。4)采用經(jīng)過一級(jí)噴嘴降溫后蒸汽來冷卻轉(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大熱應(yīng)力，避免了引起轉(zhuǎn)子彎曲的可能性。5)經(jīng)過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，沒有造成額外的能量損失。

圖I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為本實(shí)用新型的中部進(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)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步說明圖2為本實(shí)用新型的一種中部進(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，從而取消了來自更高壓力段的低溫蒸汽，以及由此帶來的外部引汽管路及附屬閥門等，簡化汽輪機(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上通過低溫蒸汽的鉆孔13及轉(zhuǎn)子密封圈5。來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，可以通過三種途徑來實(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，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I :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，少量通過正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層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，少量通過反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層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，少量通過正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層12流向反向噴嘴后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間轉(zhuǎn)子的冷卻。[0046]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O. 01-0. 03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層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O. 01-0. 03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過正向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層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O. 01-0. 03MPa，在此壓差驅(qū)動(dòng)下，少量通過反向噴嘴降溫后的蒸汽經(jīng)過夾層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I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 u 其中A_通流面積；d_節(jié)圓直徑；L_噴嘴高度；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au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"和L均不同而產(chǎn)生。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種中部進(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)過噴嘴后溫度顯著降低，該低溫蒸汽一方面將轉(zhuǎn)子與來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。本實(shí)用新型所涉及的技術(shù)簡單易行、運(yùn)行可靠，無需外接冷卻蒸汽，既避免了轉(zhuǎn)子溫度過高，又避免了承受過大溫差而造成轉(zhuǎn)子彎曲的問題。
文檔編號(hào)F01D5/08GK202467934SQ20112054514
公開日2012年10月3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)明者張建英, 徐克鵬, 王勝利 申請(qǐng)人:北京全四維動(dòng)力科技有限公司