CN102926825A - 快启动汽轮机组及其运行工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快启动汽轮机组，包含齿轮变速箱、蒸汽发生装置、向心涡轮式汽轮机、轴流式汽轮机、发电机。高速输入轴、低速输入轴和输出轴相互平行，向心涡轮式汽轮机连接在高速输入轴上，轴流式汽轮机连接在低速输入轴上，发电机连接在输出轴上。其运行工艺中，高速输入轴的转速为9000rpm～35900rpm。通过太阳能热交换器或者锅炉产生蒸汽，蒸汽先进入向心涡轮式汽轮机做功，排出后进入轴流式汽轮机进一步做功。蒸汽是过热蒸汽，蒸汽排出向心涡轮式汽轮机后可经过再热，排出的蒸汽可经过汽凝器凝结为液态水后回到太阳能热交换器中，实现水和蒸汽的循环利用。本发明能够有效缩短汽轮机的启动时间，提高汽轮机的运行效率，尤其适用于太阳能发电的小功率发电机组。

Description

快启动汽轮机组及其运行工艺

技术领域

本发明涉及汽轮机驱动的发电机，特别指含有双汽轮机的快启动汽轮机组。 

背景技术

我国目前生产的小功率汽轮机多为单纯的轴流式汽轮机。分为两种类型：第一种汽轮机，调节级为复数级，在同一根转轴上安装数只叶轮，第二种汽轮机调节级为单列级，一根转轴上安装一只叶轮；两种机组的进气通道和出气通道结构简单，通常都只能采用部分进汽，进汽损失较多，导致整个机组效率较低。而普通的轴流式汽轮机转速低，其汽缸采用中分面法兰连接形式，使得汽缸尺寸大、缸壁厚、重量重、导致启动时间长。传统的汽轮机如果用于太阳能光热发电系统就相当于缩短了太阳能光热发电的有效时间，整个系统效率的不够高。 

专利申请号为200720128854.3的说明书公开了一种“以太阳能为动力来供汽轮机运转而产生电力的发电装置”，主要是由数个的太阳能热交换器在吸收热温后传导给棒端的水管，使其水管不断地受热而形成蒸气、再进入高压集结桶中贮存，而高压集结桶则由管路连结至汽轮机周边并对准其轮叶片，而在管路中并由压力控制阀做管控，该汽轮机心轴则连结至发电机中；如此，藉由压力控制阀的开启，使管路中的蒸气冲击汽轮机周边的数轮叶片，使之围绕心轴而运转，导致发电机发电来输送供电使用，达到以太阳能为动力来供汽轮机的运转下而产生电力的目的。该专利中的汽轮机为普通单列级，运行效力较低。 

专利申请号为200720110666.8 的“单级双流式汽轮机”，其转子由主轴及与主轴成一体的整体叶轮组成，整体叶轮的周面上设有双列向心转轴流弯扭曲叶片，向心转轴流弯扭曲叶片的进口至出口与汽缸上壳体成V形整体式隔板面构成汽轮机内部气流通道。该专利中的汽轮机的叶轮叶片为双列，高速旋转时强度大、刚性好，但是叶轮结构复杂，制造安装较麻烦，运行能力虽有提高，但是蒸汽散失仍较严重，蒸汽利用率并未提高。 

专利申请号为201210064005.1 的“汽轮机用双输入高速齿轮变速箱”，用于1.5MW太阳能双缸凝汽式汽轮机，包括：高、低速输入轴，高压端高速输入轴I的转速在36000rpm，低压端高速输入轴II的转速在7500rpm。所述高速输入轴I与高压叶轮直联，汽轮机高压叶轮悬臂支撑在高速输入轴I上；所述高速输入轴II与汽轮机低压缸通过联轴器联接。根据本发明，大幅度减小大齿轮直径，降低了齿轮的甩油功耗，提高了齿轮箱传递效率。高压叶轮端支撑轴承及箱体各设置了冷却腔，有效减少高温蒸汽对该处轴承合金的影响。该申请文件中，给出的转速、功率数值局限于某极限点，又未给出汽轮机的其它技术结构特征和具体工艺过程，不能实际应用。 

发明内容

发明目的：针对上述现有技术的各自缺陷，本发明提供了一种具有平行转轴的双汽轮机、蒸汽串联流动、启动迅速、发电效率高的快启动汽轮机组。 

技术方案： 

本发明的快启动汽轮机组包含有双输入单输出的齿轮变速箱、蒸汽发生装置、发电机或者其它动力输出机械，另有向心涡轮式汽轮机（其高压缸采用蜗壳式的整体结构，没有法兰中分面）和轴流式汽轮机。齿轮变速箱含有齿轮组、高速输入轴、低速输入轴和输出轴，三根转轴相互平行（双输入轴相当于并联），输出轴在高速输入轴和低速输入轴之间。向心涡轮式汽轮机连接在高速输入轴上，轴流式汽轮机连接在低速输入轴上，发电机连接在输出轴上；向心涡轮式汽轮机和轴流式汽轮机置于同一侧，发电机置于另一侧。 

齿轮组的捏合转动时，高速输入轴的转速高于低速输入轴的转速；高速输入轴的转速在9000rpm～35900rpm（转/分钟），低速输入轴的转速在4500rpm～10000rpm（低速输入轴的转速可结合齿轮变速箱的齿轮级数比例等特性确定）。 

该汽轮机组中可以另包括有轴封系统、冷却水系统、润滑油系统等外围系统，使得该机组成为一个完整的汽轮发电机组。 

通过太阳能热交换器（利用太阳能作为热源产生热水、蒸汽或者过热蒸汽的装置，或称为太阳能集热器）或者锅炉的蒸汽发生装置产生蒸汽，蒸汽从蒸汽发生装置的出口出来时，是过热蒸汽；蒸汽出来后，先进入向心涡轮式汽轮机扩压做功，产生动力驱动高速输入轴，蒸汽排出向心涡轮式汽轮机后，再进入轴流式汽轮机进一步扩压做功，继续产生动力驱动低速输入轴（即蒸汽相当于串联流动）。向心涡轮式汽轮机中蒸汽是高压，轴流式汽轮机中蒸汽压力稍低。 

最后，从轴流式汽轮机排出后的蒸汽可以经过汽凝器凝结为液态水，但是温度基本不变或稍有下降（比刚排出时下降不超过5℃）即可。液态水再从蒸汽发生装置的入口回到蒸汽发生装置中供水，实现水和蒸汽的循环利用。 

两根输入轴转动时通过齿轮组变速驱动输出轴，输出轴输出动力供发电机或者拖动其它旋转机械使用。 

蒸汽排出向心涡轮式汽轮机后，因温度有所下降，水汽管路中可以海连接有再热器，经过再热器再热，然后进入轴流式汽轮机。再热器的热源优选来自于太阳能热交换器。 

蒸汽发生装置的水汽管路中还可以含有除氧器，以便蒸汽进入向心涡轮式汽轮机前，除去其中水和汽中的大部分氧气，避免汽轮机的叶轮和管道长期使用后被氧化腐蚀。 

本发明中，所述的输出轴优选连接到输出功率小于6000KW的发电机，尤其是太阳能发电的小功率发电机。 

第二发明目的：提供一种如上所述的快启动汽轮机组的运行工艺。 

第二技术方案：上述汽轮机组运行中，高速输入轴的转速为9000rpm～35900rpm，低速输入轴的转速为4500rpm～10000rpm。 

上述汽轮机组运行中，所述的蒸汽发生装置产生的蒸汽，进入向心涡轮式汽轮机时，最好是过热度50℃以上的过热蒸汽。 

上述汽轮机组运行中，所述的蒸汽排出向心涡轮式汽轮机后的水汽管路中可以连接有再热器，经过再热器再热后的蒸汽最好是过热度40℃以上的过热蒸汽。 

上述汽轮机组运行中，所述的蒸汽发生装置的水汽管路中连接有除氧器，除氧器是优先采用加热方式除氧或者化学药剂除氧。 

有益效果： 

本发明中，采用高压高速向心涡轮式汽轮机解决了轴流式汽轮机由于部分进汽损失；而且，采用分缸分轴方式的汽轮机发电系统，将两种汽轮机的串联连接，更加充分利用了蒸汽的热能，进一步减少了蒸汽的损失，有效提高了汽轮机的效率，效率由普通轴流式汽轮机的低于70%增加到大于78% 。

由于高压缸采用蜗壳式的整体结构，没有法兰中分面，结构简单小巧，转速比常规机组高很多，有效缩短汽轮机的启动时间；而且可以减小蜗壳的壁厚，减小前后缸的温度应力，延长使用寿命。本发明尤其适合小功率发电机使用。 

附图说明

图1是本发明中向心涡轮式汽轮机的一个立体结构示意图； 

图2是本发明的一个局部结构示意图；

图3是本发明采用太阳能热交换器时的一个蒸汽流程示意图；

图中，1、向心涡轮式汽轮机；2、蜗壳式的整体结构；3、向心涡轮进汽口；4、向心涡轮出汽口；5、轴流进汽口；6、轴流式汽轮机；7、轴流出汽口；8、齿轮变速箱；9、高速输入轴；10、输出轴；11、低速输入轴；12、发电机；13、汽凝器；14、除氧器；15、蒸汽发生装置（太阳能热交换器）；16、再热器。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，为本发明采用的高压高速向心涡轮式汽轮机1。

如图2所示，向心涡轮式汽轮机1连接在高速输入轴9，轴流式汽轮机6连接在低速输入轴11上，发电机12连接在输出轴10上。通过齿轮变速箱8的齿轮组的捏合转动时，高速输入轴9的转速高于低速输入轴11的转速；两根输入轴转动时通过齿轮组变速驱动输出轴10，输出轴10输出动力供发电机12使用。 

如图3所示，蒸汽发生装置（太阳能热交换器）15的水汽管路中，连接有除氧器14，向心涡轮式汽轮机1后、轴流式汽轮机6前的水汽管路中连接有再热器16，轴流式汽轮机6后连接有汽凝器13。 

本发明的装置运行时，蒸汽发生装置（太阳能热交换器）15中产生的蒸汽是过热度60℃左右的过热蒸汽。 

蒸汽沿附图3中箭头所示方向流动，从太阳能热交换器15的出口出来，通过调节汽阀先进入向心涡轮进汽口3，在向心涡轮式汽轮机1中扩压做功，产生动力驱动高速输入轴9；蒸汽从向心涡轮出汽口4排出向心涡轮式汽轮机1后，经再热器16再热后从轴流进汽口5进入轴流式汽轮机6中进一步扩压做功，继续产生动力驱动低速输入轴11。这两台汽轮机采用不同转速，分别布置在平行的两根轴系上，高速输入轴9的转速为18000rpm，低速输入轴11的转速为5000rpm-7000rpm或者8000rpm-9000rpm。两根输入轴转动时通过同一个齿轮变速箱8变速驱动输出轴10，输出轴10输出动力供一台发电机12使用。最后，轴流式汽轮机6的轴流出汽口7排汽后，通过汽凝器13凝结为液态水，再回流入太阳能热交换器15的低压水汽管路中，进行热交换，往后继的水汽管路中输送，后继的水汽管路的除氧器14启动除去水汽中富余的氧气，再由给水泵供水给蒸汽发生装置15。 

这种分缸分轴方式有效地缩短了汽轮机的启动时间，提高了汽轮机发电机组的运行效率。 

Claims (9)

1.一种快启动汽轮机组，包含有双输入单输出的齿轮变速箱（8）、蒸汽发生装置（15）、发电机（12）或者其它动力输出机械，齿轮变速箱（8）含有齿轮组、高速输入轴（9）、低速输入轴（11）和输出轴（10），其特征在于：

三根轴相互平行，位于同一平面，输出轴（10）在高速输入轴（9）和低速输入轴（11）之间；

另有向心涡轮式汽轮机（1）连接在高速输入轴（9）上，轴流式汽轮机（6）连接在低速输入轴（11）上，发电机（12）连接在输出轴（10）上；向心涡轮式汽轮机（1）和轴流式汽轮机（6）置于同一侧，发电机（12）置于另一侧；向心涡轮式汽轮机（1）的高压缸采用蜗壳式的整体结构（2）；

齿轮组的捏合转动时，高速输入轴（9）的转速高于低速输入轴（11）的转速； 

蒸汽从蒸汽发生装置（15）的出口出来时，是过热蒸汽；蒸汽出来后，先进入向心涡轮式汽轮机（1）扩压做功，产生动力驱动高速输入轴（9）；蒸汽排出向心涡轮式汽轮机（1）后，再进入轴流式汽轮机（6）进一步扩压做功，继续产生动力驱动低速输入轴（11）；两根输入轴转动时通过齿轮组变速驱动输出轴（10），输出轴（10）输出动力供发电机（12）或者拖动其它旋转机械使用；

从所述的轴流式汽轮机（6）排出后的蒸汽经过汽凝器（13）凝结为液态水，液态水再从蒸汽发生装置（15）的入口回到蒸汽发生装置（15）中供水，实现水和蒸汽的循环利用。

2.如权利要求1所述的快启动汽轮机组，其特征在于：所述的蒸汽发生装置（15）是太阳能热交换器。

3.如权利要求1或2所述的快启动汽轮机组，其特征在于：所述的蒸汽排出向心涡轮式汽轮机（1）后的水汽管路中连接有再热器（16），经过再热器（16）再热，然后进入轴流式汽轮机（6）；所述的再热器（16）的热源来自于太阳能热交换器或者锅炉。

4.如权利要求1所述的快启动汽轮机组，其特征在于：所述的蒸汽发生装置（15）的水汽管路中连接有除氧器（14），以便蒸汽进入向心涡轮式汽轮机（1）前，除去其中的大部分氧气。

5.如权利要求1或4所述的快启动汽轮机组，其特征在于：所述的输出轴（10）连接到输出功率小于6000KW的发电机（12）。

6.一种权利要求1所述的快启动汽轮机组的运行工艺，其特征在于：高速输入轴（9）的转速为9000rpm～35900rpm，低速输入轴（11）的转速为4500rpm～10000rpm。

7.如权利要求6所述的快启动汽轮机组的运行工艺，其特征在于：所述的蒸汽发生装置（15）产生的蒸汽，进入向心涡轮式汽轮机（1）时，是过热度50℃以上的过热蒸汽。

8.如权利要求6或7所述的快启动汽轮机组的运行工艺，其特征在于：所述的蒸汽排出向心涡轮式汽轮机（1）后的水汽管路中连接有再热器（16），经过再热器（16）再热后的蒸汽是过热度40℃以上的过热蒸汽。

9.如权利要求6或7所述的快启动汽轮机组的运行工艺，其特征在于：所述的蒸汽发生装置（15）的水汽管路中连接有除氧器（14），除氧器（14）是采用加热方式除氧或者化学药剂除氧。

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