CN102518488A - 一种超高压缸 - Google Patents

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方宇
唐清舟
周洪宇
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Abstract

本发明公开了一种超高压缸，包括内缸和外缸，内缸的后部与外缸封闭，外缸上连接有进汽管和排汽管，进汽管穿过外缸并延伸至内缸，蒸汽通过进汽管进入内缸；所述内缸的前端为封闭结构，在内缸上密封连接有连通管，该连通管的另一端密封连接在外缸的排汽口上，内缸内的蒸汽通过连通管直接排入排汽管；所述内缸与外缸之间形成封闭的夹层空间，在外缸上连接有向夹层空间输送相对稳定蒸汽的高压加热器；所述超高压缸在正常运行时，内缸内的蒸汽压力、夹层空间内的蒸汽压力和外缸外部的大气压力为递减梯度。本发明减小了外缸的内、外压差，在通流不变、排汽压力增高的同时，保留了外缸合理的壁厚，进而减轻了设计制造难度，实用性强，安全性高。

Description

一种超高压缸
技术领域
本发明涉及汽轮机，具体是一种超高压缸，它适合应用于二次再热机组。
背景技术
从世界上现有的发电机组来说，再热方式分为一次再热和二次再热两种。其中，二次再热的目的是为了进一步提高机组的热效率，并满足机组低压缸最终排汽湿度的要求。但是，采用二次再热方式将使机组结构更加复杂，这不仅在于锅炉的结构改进，而且还要增加一个超高压缸。
参见图1：现有的超高压缸主要由内缸和外缸构成，内缸的后部与外缸封闭，内缸的前端为开放式结构，在外缸上连接有进汽管和排汽管，进汽管穿过外缸并延伸至内缸，蒸汽通过进汽管进入内缸，流过高压通流后，直接排入内缸与外缸之间形成的开放腔室，并经外缸上的排汽管流出，进入锅炉。这对于排汽压力在33～45公斤范围内的机组而言，设计合理。但是，随着超临界机组的发展，蒸汽参数被进一步提高，超高压缸排汽压力一般都在90公斤左右，这使得上述结构的超高压缸无法适应。现以列举计算来详细说明。
以某600MW超临界汽轮机为例，汽轮机的汽缸设计是按照整圆筒计算公式进行的，其设计应满足下式：
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE004
—汽缸内、外压力差，4MPa/370℃和10MPa/430℃；Di—汽缸圆筒部分内直径，设定为2300mm；[σ]—汽缸材料的许用应力，材料为ZG15Cr1Mo1V，由于汽缸计算的近似性，按上述公式计算时，铸钢件应力不应大于50MPa；
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE006
—汽缸壁厚允许误差和附加量，为比较说明，选取为10mm。
上述参数汽缸在高排为4 MPa时，合理壁厚应为：
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE010
；
在高排为10 MPa时，合理壁厚应为：
Figure 2011104086046100002DEST_PATH_IMAGE012
。
通过上述列举，我们可以清楚得出：汽缸的排汽压力越高，其外缸的壁厚就越厚。外缸的壁厚过厚会造成机组在启动、停机过程中内壁和外壁的温差加大，从而导致热应力增加，汽缸的变形量也就随之增大，严重时会造成机组在运行中发生碰磨等极端情况，直接影响机组安全。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，在通流不变的前提下，提供一种排汽压力高、外缸壁厚合理的超高压缸。
本发明采用的技术方案是：一种超高压缸，包括内缸和外缸，所述内缸的后部与外缸封闭，外缸上连接有进汽管和排汽管，进汽管穿过外缸并延伸至内缸，蒸汽通过进汽管进入内缸；所述内缸的前端为封闭结构，在内缸上密封连接有连通管，该连通管的另一端密封连接在外缸的排汽口上，内缸内的蒸汽通过连通管直接排入排汽管；所述内缸与外缸之间形成封闭的夹层空间，在外缸上连接有向夹层空间输送相对稳定蒸汽的高压加热器；所述超高压缸在正常运行时，内缸内的蒸汽压力、夹层空间内的蒸汽压力和外缸外部的大气压力为递减梯度。
所述连通管与内缸通过活塞密封环形成密封连接，在活塞密封环后部的连通管上设有一圈止口，该止口通过螺钉固定在内缸上。
所述连通管与外缸的排汽口通过活塞密封环形成密封连接。
所述外缸通过蒸汽管密封连接高压加热器。
所述排汽管通过排汽法兰密封连接在外缸的排汽口上。
本发明的有益效果是：将内缸设计成封闭结构，使内缸与外缸之间形成封闭的夹层空间，在正常运行时，内缸、夹层空间和大气之间的压力形成递减梯度，减小了外缸的内、外压差，在通流不变、排汽压力增高的同时，保留了外缸合理的壁厚设计，进而减轻了设计制造难度，实用性强，安全性高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是现有超高压缸的结构示意图。
图2是本发明的一种结构示意图。
图3是图2中局部A的放大图。
图4是本发明的应用示意图。
图中代号含义：1—锅炉；2—超高压缸；201—内缸；202—外缸；203—连通管；204—夹层空间；205、212—活塞密封环；206—螺钉；207—进汽管；208—排汽口；209—蒸汽管；210—排汽管；211—止口；3—高压缸；4—中压缸；5—低压缸；6—发电机；7—凝汽器；8—给水泵；9—高压加热器。
具体实施方式
参见图4：本发明应用于二次再热机组，该机组主要由依次循环连接的锅炉1、超高压缸2、高压缸3、中压缸4、低压缸5、发电机6、凝汽器7、和给水泵8构成。为了方便向本发明中输送蒸汽，在机组上增设了高压加热器9，高压加热器9布置在锅炉1与给水泵8之间。
参见图2和图3：本发明包括内缸201和外缸202。其中，内缸201安装在外缸202内，在外缸202上连接有进汽管207和排汽管210，进汽管207从锅炉1中接出，进汽管207穿过外缸202并延伸至内缸201，进汽管207分别与外缸202和内缸201形成密封连接，用作向内缸201内输送蒸汽，排汽管210通过排汽法兰密封连接在外缸202的排汽口208上；内缸201的后部与外缸202形成封闭，内缸（201）的前端为封闭结构，在内缸201的下半缸上通过活塞密封环205连接有连通管203，活塞密封环205下部的连通管203上设有一圈止口211，该止口211通过螺钉206固定在内缸201上，连通管203的下端与外缸202的排汽口208通过活塞密封环212形成密封连接，内缸201内的蒸汽通过连通管203直接排入排汽管210，不会排入外缸202，连通管203的内径应结合内缸201排汽处的蒸汽流量、压力、温度及排汽流速等确定，以高压排汽流量2900kg/h、压力10MPa/430℃为例，合理的排汽口流速为30～50m/s，应选取的直通管203的内径为500mm；前述结构的内缸201与外缸202之间形成封闭的夹层空间204，内缸201内的蒸汽不会进入夹层空间204，这就增大了内缸201的内、外压差，为此，在外缸202上连接密封连接有蒸汽管209，蒸汽管209的另一端密封连接在高压加热器9，高压加热器9通过蒸汽管209向夹层空间204输送相对稳定蒸汽（蒸汽无法绝对稳定），夹层空间204内的蒸汽压力应小于内缸201内的蒸汽压力，但应大于外缸202外部的大气压力，这就使内缸201内的蒸汽压力、夹层空间204内的蒸汽压力和外缸202外部的大气压力形成递减梯度，进而减小内缸的内、外压差和外缸202的内、外压差，确保外缸202的厚度能够合理设计，避免过厚。
本发明采用直通管203将内缸201内的蒸汽直接排入排汽管210而不进入外缸202，有效降低了外缸202压力。由于直通管203的内径远小于汽缸内径，直通管203的壁厚增加也远小于外缸202的壁厚增加，故可以在排汽压力增高的情况下，外缸壁厚无需加厚设计，进而减轻了设计制造难度，实用性强，安全性高。

Claims (5)

1. 一种超高压缸，包括内缸（201）和外缸（202），所述内缸（201）的后部与外缸（202）封闭，外缸（202）上连接有进汽管（207）和排汽管（210），进汽管（207）穿过外缸（202）并延伸至内缸（201），蒸汽通过进汽管（207）进入内缸（201）；其特征在于：所述内缸（201）的前端为封闭结构，在内缸（201）上密封连接有连通管（203），该连通管（203）的另一端密封连接在外缸（202）的排汽口（208）上，内缸（201）内的蒸汽通过连通管（203）直接排入排汽管（210）；所述内缸（201）与外缸（202）之间形成封闭的夹层空间（204），在外缸（202）上连接有向夹层空间（204）输送相对稳定蒸汽的高压加热器（9）；所述超高压缸在正常运行时，内缸（201）内的蒸汽压力、夹层空间（204）内的蒸汽压力和外缸（202）外部的大气压力为递减梯度。
2.根据权利要求1所述超高压缸，其特征在于：所述连通管（203）与内缸（201）通过活塞密封环（205）形成密封连接，在活塞密封环（205）后部的连通管（203）上设有一圈止口（211），该止口（211）通过螺钉（206）固定在内缸（201）上。
3.根据权利要求1或2所述超高压缸，其特征在于：所述连通管（203）与外缸（202）的排汽口（208）通过活塞密封环（212）形成密封连接。
4.根据权利要求1所述超高压缸，其特征在于：所述外缸（202）通过蒸汽管（209）密封连接高压加热器（9）。
5.根据权利要求1所述超高压缸，其特征在于：所述排汽管（210）通过排汽法兰密封连接在外缸（202）的排汽口（208）上。
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