CN102444426A - 改装汽轮机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于改装汽轮机的方法，蒸汽由蒸汽发生器产生，所述方法能够使汽轮机与从第一最大热功率转变成第二最大热功率的所述蒸汽发生器相适配，所述汽轮机设有高压模块，该高压模块具有至少一组定子轮叶和承载至少一组转子叶片的转子，所述方法的特征在于，该方法包括：在高压模块中，用被定尺寸成用于所述第二最大热功率的至少一组定子轮叶替换被定尺寸成用于所述第一最大热功率的至少一组定子轮叶，并且将转子叶片组定尺寸成在所述第一和第二最大热功率下运行，使得高压模块的转子和转子叶片组在从第一最大热功率转变成第二最大热功率后保持不变。

Description

改装汽轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种改装汽轮机的方法，特别涉及一种冲动式(impulse)汽轮机。本发明的方法特别用于使汽轮机与供给汽轮机的蒸汽发生器的最大热功率的升高或降低相适配。

背景技术

汽轮机是一种用于将蒸汽的能量转换成用于驱动交流发电机、泵或任何其它旋转机械接收装置的机械功率的旋转设备。

汽轮机一般包括至少三个模块：高压模块；中压模块；以及至少一个低压模块。由蒸汽发生器输送的蒸汽首先被引导至高压模块，此后它被引导至中压模块和低压模块。

高压模块具有多级，各级均包括一组定子轮叶和一组安装在转子上的转子叶片。各级执行两个功能：

·使蒸汽膨胀，其对应于将蒸汽的热能转换为动能；以及

·借助移动的叶片将动能转换为机械能。

汽轮机定尺寸成用于来自蒸汽发生器的某种最大热功率。可期望增加该最大热功率，例如，如果希望增加由通过汽轮机驱动的旋转机械接收装置所传输的电能。在这样的情况下，汽轮机从较低的最大热功率转变成较高的最大热功率。则需要使汽轮机与该最大热功率的增加相适配。

为此，所公知的是改装汽轮机的工作(active)部分以便接收更大流量的蒸汽。汽轮机的工作部分是允许蒸汽膨胀的那些部分，即定子轮叶和与转子连接的转子叶片。

该方法是耗时和昂贵的，这是因为它需要改变装有叶片的转子和定子轮叶。

第二方案在于预期最大热功率的增加并在设计汽轮机时考虑这一点，例如，通过设计用于较高最大热功率的汽轮机同时提供用于限制蒸汽流量以便使该汽轮机可在较低最大热功率下运行的装置。因而，在此第二方案的第一实施方案中，可以通过借助于蒸汽进入阀限制蒸汽的流量而使汽轮机在较低最大热功率下运行。在此方案的第二实施方案中，可以使汽轮机在高压模块的第一定子轮叶的缩小的扇段中在较低最大热功率下运行。

不过，该第二方案存在降低了汽轮机效率的缺陷。

本发明旨在补救这些缺陷。

发明内容

特别地，本发明提出了一种方法，该方法能够使汽轮机与从第一最大热功率(例如较低最大热功率)转变成第二最大热功率(例如较高最大热功率)的蒸汽发生器相适配，并与此同时在短时段内更换少数零件，同时对两种最大热功率保持令人满意的效率。本发明特别是可以在核电站中重新加载反应堆的正常时长期间适配汽轮机，该时长为约两个星期。

本发明因此提供了一种用于改装汽轮机的方法，蒸汽由蒸汽发生器产生，该方法能够使汽轮机与从第一最大热功率转变成第二最大热功率的蒸汽发生器相适配，该汽轮机设有高压模块，该高压模块具有至少一组定子轮叶和承载至少一组转子叶片的转子。

本发明的方法包括在高压模块中用至少一组定尺寸成用于第二最大热功率的定子轮叶替换至少一组定尺寸成用于第一最大热功率的定子轮叶。转子叶片组定尺寸成在第一和第二最大热功率下运行，使得高压模块的转子和转子叶片组在从第一最大热功率转变成第二最大热功率时保持不变。

因此，通过使用被预先定尺寸成在两种最大热功率下运行的转子叶片，可以避免更换转子，同时对两种最大热功率保持令人满意的效率。此外，替换高压模块中的至少一组定子轮叶而不改变其高度能够使汽轮机与最大热功率的升高或降低相适配。

转子叶片组可采用承受与第一和第二机械功率相关联的机械应力的方式和采用对于高压模块的各级而言使由一组转子叶片和一组定子轮叶构成的对从热空气动力学角度与第一和第二最大热功率相适配的方式定尺寸。

被定尺寸成用于第二最大热功率并替换被定尺寸成用于第一最大热功率的一组定子轮叶的各组定子轮叶可包括这样的一组定子轮叶，使得通过该组定子轮叶的蒸汽流量可以：a)当第一最大热功率为较低最大热功率且第二最大热功率为较高最大热功率时高于被替换的定子轮叶中的蒸汽流量，或b)当第一最大热功率为较高最大热功率且第二最大热功率为较低最大热功率时低于被替换的定子轮叶中的蒸汽流量。

与第二最大热功率适配并替换被定尺寸成用于第一最大热功率的一组定子轮叶的各组定子轮叶可包括以这样的方式相对于彼此定向的叶型(airfoil)，即，用于两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面：a)当第一最大热功率为较低最大热功率且第二最大热功率为较高最大热功率时大于被替换的定子轮叶中的两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面；或b)当第一最大热功率为较高最大热功率且第二最大热功率为较低最大热功率时小于被替换的定子轮叶的两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面。

该方法可为改装汽轮机的方法，所述汽轮机包括与高压模块联接的中压模块，所述中压模块包括至少一组定子轮叶和与高压模块的转子连接的至少一组转子叶片。在这样的情况下，该方法可进一步包括这样的步骤，该步骤在于限制以下的总和：a)通过高压模块中的移动的叶片组的入口和出口之间的压力差所产生的施加在转子上的合成推力；加上b)通过中压模块中的移动的叶片组的入口与出口之间的压差所产生的施加在转子上的合成推力。

限制转子上的合成推力的总和的步骤可包括将蒸汽喷射到转子的推力面上，该推力面基本上垂直于转子轴线。该推力面可通过转子直径的变化进行限定。

所述汽轮机可为冲动式汽轮机。汽轮机分为两个主要类别，通常结合在单个机器中。首先是冲动式汽轮机，其中膨胀主要发生在定子轮叶中，例如至少85％发生在定子轮叶中。第二类汽轮机为反动式(reaction)汽轮机，其中膨胀在定子轮叶和转子叶片中分配。反动度由定子与转子之间的膨胀分布来限定。

所述蒸汽发生器可为核反应堆。

附图说明

在阅读以下借助于非限制性的示例并参照附图作出的描述后，本发明的其它特征和优点变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明的方法的汽轮机的高压模块和低压模块的局部纵向剖视图；

图2A至图2C示出汽轮机的定子轮叶的不同定向；以及

图3是图1的汽轮机的局部视图。

具体实施方式

如图1所示，汽轮机1包括与中压模块3组合的高压模块2，也称为组合的高压和中压汽轮机外壳。高压模块2和中压模块3也可不进行组合。来自蒸汽发生器(未示出)的蒸汽依次经过高压模块2和中压模块3。蒸汽因而经由高压模块2的入口管道21进入高压模块2并经由出口管道22离开。蒸汽然后经由入口管道31被传送至中压模块3并经由出口管道32离开中压模块3。

高压模块2包括多级。在图1所示的实施例中，高压模块2包括九级E1至E9。不过，可以采用任意级数。每级包括定子轮叶2A和转子叶片2B。转子叶片2B安装在转子4上，并且它们通过从已经过定子轮叶2A的蒸汽获取动能来驱动转子4旋转。

排汽管5设置成排出用来传送至水加热站的蒸汽，这特别用于提高设备效率。

以相同的方式，中压模块3包括多级，每级包括定子轮叶3A和与转子4连接的转子叶片3B。中压模块3也具有排汽管。

本发明的方法可使汽轮机1与从第一最大热功率转变成第二最大热功率——例如，从较低最大热功率转变成较高最大热功率，或反之亦然——的蒸汽发生器相适配。

为此，汽轮机1这样使用，即其中高压模块2的转子叶片2B定尺寸成既在第一最大热功率下又在第二最大热功率下运行。

转子叶片2B因此以如下方式定尺寸：

·首先，它们同样承受与第一最大热功率相关联的机械应力和与第二最大热功率相关联的机械应力；和

·其次，在高压模块的每级中，由转子叶片2B和定子轮叶2A构成的对从热空气动力学的角度(例如，在轮廓或位置方面)与第一最大热功率和第二最大热功率相适配。

为了使转子叶片与同两种极端热功率相关联的热应力相适配，转子叶片的轮廓、尺寸、材料、结构和功能特性确定为使得所述转子叶片最好地与在所述转子叶片运行时待施加在这些叶片上的力(例如，离心力)相适配。

为了使效率最优，转子叶片2A的轮廓和尺寸选择为随定子轮叶2B的轮廓和尺寸变化，无论热功率如何，它们的相对尺寸和位置均容许所述对的最优运行。

为了在两个最大热功率下运行，转子叶片2B和定子轮叶2A可通过如下方式制造：将蒸汽的焓降和汽轮机各级中的反动度设置成使得蒸汽的焓降和汽轮机的反动度满足叶片和轮叶构成的组对两种最大热功率所需的适配范围。例如，由于对于每个最大热功率而言存在蒸汽的焓降和反动度的最优值，所以可采用两个最优值的函数(例如，平均值或某些其它数学函数)作为与两种功率相适配的值。

本发明的方法包括替换高压模块2中的至少一组定子轮叶2A，使得其定尺寸成——特别是在其轮廓方面——用于所需的最大热功率，即，如果汽轮机之前适于在较低的最大热功率下运行则为较高的最大热功率，或反之亦然。

为高压模块2的前几级提供这种替换。需被替换的定子轮叶2A的组数随第一和第二最大热功率之差变化。

在一实施方案中，确定被替换的轮叶的叶型的定向或叶距(pitch)设定。更精确地，所论及的定子轮叶2A的叶型以如下方式定向：

·对于较高的最大热功率，增大蒸汽通过定子轮叶2A的流动截面；或

·对于较低的最大热功率，减小蒸汽通过定子轮叶2A的流动截面。

图2A和图2B示出定尺寸成用于较低最大热功率的定子轮叶2A的两种可能的定向，而图2C示出定尺寸成用于较高最大热功率的定子轮叶2A的可能定向。所述尺寸以厘米(cm)为单位。因而可以看出的是，与较高最大热功率适配的定子轮叶2A包括以如下方式相对于彼此定向的相邻叶型：两个叶型之间的蒸汽流动截面(图2C)大于与较低最大热功率适配的定子轮叶2A中的相邻叶型之间的蒸汽流动截面(图2A和图2B)。

每个高压模块2和低压模块3中的转子叶片2B的入口与出口之间的压力差在转子4上产生合成推力。在从第一最大热功率(例如，较低功率)转变成第二最大热功率(例如，较高功率)后，这两个推力的总和必须是平衡的，即，被限制在阈值，以避免损坏转子4。

为此，如图3所示(其为图1的详图)，蒸汽从高压模块2的排汽管5(在图1中示出)经由管道7被传送至转子4的推力面6。举例而言，推力面6位于高压模块2与中压模块3之间，当存在组合的高压和中压外壳时在外壳的中间部分中。推力面6基本上垂直于转子4的轴线并位于转子4的区域4a和区域4b之间，限定出高压模块2与中压模块3之间的边界，区域4b为转子4的直径大于区域4a的直径的区域。因此，推力面6承受来自高压模块2的排汽压力，从而能够限制转子4上的合成推力。

离开管道7的蒸汽然后被朝向室8引导，同时室9能够收集蒸汽和限制蒸汽的泄漏。

Claims (9)

1.一种用于改装汽轮机(1)的方法，蒸汽由蒸汽发生器产生，所述方法能够使所述汽轮机(1)与从第一最大热功率转变成第二最大热功率的所述蒸汽发生器相适配，所述汽轮机(1)设有高压模块(2)，所述高压模块具有至少一个定子轮叶组(2A)和承载至少一个转子叶片组(2B)的转子(4)，所述方法的特征在于，该方法包括：在所述高压模块(2)中，用定尺寸成用于所述第二最大热功率的至少一个定子轮叶组(2A)替换定尺寸成用于所述第一最大热功率的至少一个定子轮叶组(2A)，并且所述转子叶片组(2B)定尺寸成在所述第一最大热功率和第二最大热功率下运行，使得所述高压模块(2)的所述转子(4)和所述转子叶片组(2B)在从所述第一最大热功率转变成所述第二最大热功率后保持不变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转子叶片组(2B)以如下方式定尺寸：承受与第一机械功率和第二机械功率相关联的机械应力，并且对于所述高压模块(2)的每级，由所述转子叶片组(2B)和所述定子轮叶组(2A)构成的对从热空气动力学角度与所述第一最大热功率和第二最大热功率相适配。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，被定尺寸成用于所述第二最大热功率并替换被定尺寸成用于所述第一最大热功率的定子轮叶组(2A)的各定子轮叶组(2A)包括这样的定子轮叶组(2A)，使得通过该定子轮叶组的蒸汽流量：a)当所述第一最大热功率为较低最大热功率且所述第二最大热功率为较高最大热功率时高于被替换的定子轮叶(2A)中的蒸汽流量，或b)当所述第一最大热功率为较高最大热功率且所述第二最大热功率为较低最大热功率时低于被替换的定子轮叶(2A)中的蒸汽流量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，与所述第二最大热功率适配并替换被定尺寸成用于所述第一最大热功率的定子轮叶组(2A)的各定子轮叶组(2A)包括以如下方式相对于彼此定向的叶型，即用于两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面：a)当所述第一最大热功率为较低最大热功率且所述第二最大热功率为较高最大热功率时大于被替换的定子轮叶(2A)中的两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面；或b)当所述第一最大热功率为较高最大热功率且所述第二最大热功率为较低最大热功率时小于被替换的定子轮叶(2A)的两个相邻的叶型之间的蒸汽流动截面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，用于改装包括与所述高压模块(2)联接的中压模块(3)的汽轮机(1)，所述中压模块(3)包括至少一个定子轮叶组(2A)和与所述高压模块(2)的所述转子连接的至少一个转子叶片组(2B)，所述方法的特征在于，该方法进一步包括这样的步骤，该步骤在于限制以下的总和：a)施加在所述转子(4)上并由所述高压模块(2)中的移动的叶片组(2B)的入口与出口之间的压力差所产生的合成推力；加上b)施加在所述转子(4)上并由所述中压模块(3)中的移动的叶片组(3B)的入口和出口之间的压力差所产生的合成推力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，限制所述转子(4)上的所述合成推力的所述总和的所述步骤包括将蒸汽喷射到所述转子(4)的推力面(6)上，所述推力面大致垂直于所述转子(4)的轴线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述推力面由所述转子(4)的直径的变化进行限定。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述汽轮机(1)为冲动式汽轮机。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述蒸汽发生器为核反应堆。

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