CN1032569A - 提高汽轮机运行特性的蒸汽室 - Google Patents

Abstract

带有多个不能单独工作的阀的蒸汽轮蒸汽室的 改进，使汽轮机可以在全周进汽或部分进汽之间运 行。对于内提板式蒸汽室，外侧的阀直接与各自的伺 服马达相连，利用现有的伺服马达提升其内部与传统 控制装置呈可动连接的所有阀。

Description

本发明涉及蒸汽轮机，具体涉及用于调节蒸汽流进入汽轮机的改进装置。

在蒸汽机发电系统中，汽轮机通常在常速下运行。为了满足发电机所担负的电负荷的需要，可以改变蒸汽流量来调节所需的力矩。为了满足负荷的需要，这类调节装置配置有一个主调节系统，该主调节系统可以改变进入高压汽轮机的汽流量，在某些情况下，也可改变进入低压汽轮机的汽流量。主调节系统的目的在于适应所需负荷的正常变化并在新的负荷需要情况下能平稳调节汽轮机的工况。然而，在电负荷突然断开或显著减小时，必须相应地减少通过汽轮机的汽流，否则汽轮机将超速，引起汽轮机损坏。在具有惰性速变的大功率汽轮机中，主调节系统是不具备能适应低负荷急剧变化而做出迅速响应的特性。

众所周知，大型的蒸汽轮机通常包括有多个喷嘴箱，蒸汽通过喷嘴箱并经由其带动转动的汽轮叶片导入汽轮机。喷嘴箱的动作（也就是说进汽）由阀调节，阀打开使供汽管的蒸汽向喷嘴箱提供蒸汽，阀关闭阻碍汽流进入喷嘴箱。不动作的阀的终点位置是完全关闭的，而动作的阀完全打开。实际情况是，为了改善负荷的响应特性，已经打开的最后一个阀在下一个阀开启之前并不是处在全开的位置。阀的位置确定了进汽的状态，其中每个动作的阀处于完全打开，不阻碍汽流的位置，或者阀全部关闭，处于全部阻碍汽流的位置。由此可见，通过利用无限个阀的位置（同样就需要无限数量的阀）可以获得汽轮机的最大效率。

当然，在汽轮机上只能采用有限量的阀，其数量由提高汽轮机性能和因增加阀的数量而成本增加二者综合考虑来决定一个或多个阀调节进入每个喷嘴箱的汽流。喷嘴箱开启是指蒸汽流进入喷嘴箱内开始直到达到最大的蒸汽流量（也就是完全开启）的过程;喷嘴箱关闭是指减少蒸汽流进入喷嘴箱的过程。当用多个阀调节进入一个喷嘴箱的汽流时，这些阀是一起调节的。由于这些阀一起调节，每个喷嘴箱处于全开启或全关闭时，汽轮机的功率为最大。至此，喷嘴箱按预先设计的顺序动作，使之在汽轮机负荷增加过程中喷嘴箱一旦动作，就不会关闭直至汽轮机上的负荷减少为止。对喷嘴动作顺序的其中小数限制之一在于单冲击工况最好在双冲击或多冲击工况的范围内，也就是说，喷嘴箱的开启要使新开启的喷嘴箱（即在最小进汽之后）至少在圆周方向上接近已经开启的喷嘴箱。一种使蒸汽进入蒸汽轮机的示范性的方法在由乔治·Jr和西尔韦斯特里·Jr于1982年4月20日公开的美国专利号为4325670的专利文献中已被披露，该专利已转让给本发明的受让人记载于本说明之中。

然而，这种众所周知的现有技术的汽轮机遇到的又一个技术问题是低周热疲劳。由于许多老式汽轮机是属于象持续负载和时断时续的或“双转换”工况的周期性运行，大大增加了低周热疲劳的可能性。在比较新型的汽轮机中，由于每一阀设置有专用的驱动器，减少了低周热疲劳的技术问题。象用于机械液压传动装置、模拟式电动液压和数字式电动液压的汽轮机调节系统较早的蒸汽室可以配置专用阀的驱动器，在阀之间也可以设置用以容纳专用阀驱动器的足够空间，具体地说驱动器装有弹簧以确保汽轮机遮断时迅速将阀关闭的情况。该问题的一个解决方案是全部更换蒸汽室，但费用很高。比较理想的方案是通过对现有蒸汽室进行改进，使因周期性运行而导致的低周热疲劳减少到最低限度。

众所周知的是，低负载和部分负载的具有可调节流压力的蒸汽轮机不仅能减小低周热疲劳，而且能改善热耗率。特别是，混合式运行（即具有定压顺序阀和可调节流阀的组合型运行）能导致最大的热耗率，同时减小第一级出口温度的变化，从而使低周热疲劳减小。采用混合式运行，部分进汽汽轮机借助于开启专用阀能运行在较高的负荷区域，使负荷随定节流压力工况变化。当负荷减小时，一旦达到阀的特定位置，阀的位置就保持一定，节流压力的改变或调节以实现负荷的进一步减小。对于在最大负荷情况下具有基本上为100%进汽的机组，第一级最小为50%进汽的混合式运行就可得到定节流压力运行的热耗率。此外，当调节阀组合特性曲线下降时，混合式运行的热特性优于具有定节流压力运行和负荷低于最大值65%至70%情况进汽位置50%以下的部分进汽结构。对于在最大负荷情况下具有显著低于100%进汽的机组，阀的位置处于半开或半瘴恢镁湍艿玫阶罴训幕旌鲜皆诵小Ｒ虼耍嗣墙Ｍ淮ㄓ们鞯恼羝业钠只吓渲靡桓鲇梅承虻鹘谄鞯淖爸茫庵肿爸玫牡鹘诜绞侥苁褂氲谝患督?0%相对应的阀全部同时打开以实现最佳的混合式运行。

然而，增加转子寿命的起动程序比起混合式运行需要有不同的操作方式。例如，汽轮机的起动过程中，全周进汽对于转子预热、比较均匀的加热和为提高低周热疲劳而使蒸汽与金属温度的不一致性已证明是有好处的。还注意到的是，除了汽轮机上升到某一负荷值而同步运行之外，保持全周进汽运行是有好处的。但是，在部分负荷情况的全周进汽运行，具有不带有专用阀驱动器的蒸汽室的汽轮机是不可能实现的，因为配置专用阀是为了第一级最小进汽要低于100%。还注意到的是，与所有满负荷方式的全周进汽运行相比在带载运行形成从全周进汽转换到部分进汽时就能达到所期望的转子寿命的增加。因此，显而易见的是，具有能从全周进汽转换为部分进汽（反之亦然）功能阀的蒸汽室配置于周期性运行的汽轮机上是极其理想的。

因此，本发明的总目的是提供一种能在全周进汽或最大进汽下工作的蒸汽室，并且还能从全周进汽转换到部分进汽，反之亦然，使现有的蒸汽室无需专用的阀驱动器就具有所述的功能。

根据这个目的，本发明是属于蒸汽轮机，该汽轮机包括一个具有一个接收汽流的进口装置和一个排出所述汽流出口装置的缸体，一个安装在所述缸体内配置有一排引导所述汽流的静止叶片的定子，一个其轴上有一排转动叶片的转子，转动叶片靠近所述静止叶片用以接收由定子引导的汽流并通过轴向负载传递所做的功，用于调节通过所述进口装置汽流的蒸汽室，该蒸汽室有多个阀，每个阀的提板装置组合用于驱动至少一对所述的阀，高压装置用于驱动剩余的多个阀中的任一个，控制所述提板装置和高压装置的装置使汽轮机的运行能在全周进汽和部分进汽之间变化。

在内提板式蒸汽室中，板的缩短或移去使具有四阀蒸汽室的最里面的这二个阀仍然由提板装置来驱动，而二个位于蒸汽室各端部的外侧阀用配有专用的高压驱动器的阀来取代。对于这些具有端板或外提升板型的蒸汽室，该板固定端的支点将由另一个伺服马达代替，使新伺服马达的驱动杆可安装有外提升板用的轴销。通过现有的伺服马达和新的伺服马达的组合，就有可能在起动时以全周进汽运行，并且无论是理想的负荷情况还是部分进汽量与第一级需要量及最佳负载状态相一致，均形成从全周进汽（或最大量）到部分进汽（反之亦然）的转换。

根据本发明所示的仅以举例方式在下列附图示出的最佳实施例的说明，对本发明会有更清楚地的理解。

图1是现有技术中采用的蒸汽室的蒸汽轮机的半剖视图，

图2示出了具有内提板型的已有蒸汽室的剖面图，

图3是根据本发明的实施例对图2所示的经改进的蒸汽室的截面图，

图3A是根据本发明的第二个实施例对图2所示的经改进的蒸汽室的截面图，

图4示出了具有端板或外提板型蒸汽室，

图5是根据本发明的第三个实施例对图4所示的经改进的蒸汽室的截面图。

参照附图，其中几个附图中相同标号代表相同的或对应的部件。图1示出了蒸汽轮机10的半剖视图，该蒸汽轮机是采用传统的蒸汽室12来调节来自举如化石燃烧锅炉或反应堆（未示出）汽源的汽流。如传统的那样，蒸汽轮机10包括一个具有一个接收汽流的进口装置16和排出汽流装置18的缸体14，安装在缸体14内的定子装置20有一排用于引导汽流的静止叶片22，转子装置24的轴26配置有与静止叶片22接近的一排转动叶片28接收由定子装置20引导的汽流并通过轴26对负载（未示出）传送所做的功。按众所周知的做法，蒸汽室12是用来调节通过进口装置16的汽流。

如图2中更详细地示出那样，蒸汽室12是一种参照现有技术的内提板式蒸汽室组成的蒸汽室12a。这种蒸汽室12a一般包括多个通过各自的阀杆32与其内部的板34相连接的阀30，每个阀30还包括有通过带有螺纹的堵塞35可看见的一个高度调节螺母36，该螺母可以变化各个阀30打开或关闭的位置。板34对阀30的驱动作用是通过一对与提升架40连接的提升杆38，提升架40是通过常用的伺服马达42和压力平衡缸44来驱动的。

正如从图2中可以证实的那样，配置蒸汽室12a通过专用的高压阀驱动器来获得最大的效率，例如选用佛罗里达州Bradenton动力联合公司生产的专用的高压阀驱动器是不适用的，因为这样的驱动器中用的闭合弹簧的尺寸相当于该蒸汽室12a的阀间空间。然而，某种专用的高压阀驱动器，例如由本发明的受让人生产的专用高压阀驱动器又要求由一个外部的泵来提供其压力，从而进一步使安装造成困难。另一方面，由动力联合公司生产的这种“联合式”结构在驱动器壳体内装有流体供入装置和泵。参照图3，该图示出了一种适用于小于满负荷下运行的蒸汽轮机10获得最大效率的装置，该装置配置了能在全周进汽和部分进汽之间的转换。外侧阀30a和30d与板34是不连接的，但配置有上述类型的专用高压阀驱动器46。阀30a和30d分别通过由提升杆套50引导的提升杆48与其各自的驱动器46相连接。为了使提升杆套50的高度减少到最低限度，从而获得与由提升架40、伺服马达42和压力平衡缸44组成的现有伺服马达装置的干扰最小的目的，提升杆套50可以伸到蒸汽室12a中，因为它不会对汽流造成比原有阀杆32、阀杆高度调节螺母36和操作阀30a及30d所必需的那部分杆34有更多的阻力。

为了给提升杆48和提升杆套50提供空间，如图3所示的那样，将板34予以缩短。如果需要，可以将原有的提升杆38向里移动以适应缩短板34的要求。这样一来，不仅具有高压驱动器46的伺服马达而且原有伺服马达42均可与能控制各种伺服马达的常用装置52相联接，使蒸汽轮机10可以全周进汽运行，而且还能从全周进汽方式转换到部分进汽方式，反之亦然。

本发明的第二个实施例示于图3A中。如图中所示的那样，蒸汽室12a的内板全部取消，外侧阀30a和30d通过由提升杆套50引导的提升杆48按图3装置所示和说明过的相同方式与专用的高压阀驱动器（未示出）相联接。两个经改进的最里面的阀是与其特有的提升杆48和杆套50相联接以取代其阀杆。为了提供外侧阀30a和30d的驱动器有更大的空间，最里面的阀的杆套50可适于示于图2和图3中的堵塞35在入孔内呈螺纹连接。由提升架40、伺服马达（未示出）和压力平衡缸44组成的剩余的提板装置的改进在于减小了架40的臂之间的距离以适应最里面的阀的提升杆48之间距离更短的要求。由于板全部取消，显而易见的是蒸汽室12a内的汽流阻力就较小，压力下降不大。另外，由于阀不再松动地悬挂于板，所以阀的振动较小。

参照图4和图5，图中示出了本发明的第三个实施例。传统的端板或外提板式蒸汽室12b（图4）一般包括三个或四个阀，该阀成一直线地安装在蒸汽室12b内并且借助于位于蒸汽室12b外部的板54经过杆32由伺服马达56而动作。每个阀杆32通过一个连接杆58可转动地连接到板54上。对置于伺服马达56的板54的端部，板54可绕固定到蒸汽室12b上的P点转动。随着伺服马达56的驱动，连接到板54另一端的驱动杆60可向上移动，迫使板54绕P点转动，并打开阀30。通常应用一个闭合弹簧62提供一种强制传动的力在蒸汽轮机遮断的情况下将阀30关闭。

根据本发明的第三个实施例与外提板式蒸汽室12b相配用，在与蒸汽室12b相邻处安装有另一个伺服马达64并通过与支点P呈转动连接的驱动杆66和板54联接。正如图3和图3A所描述的装置那样，伺服马达56和64均与传统的控制装置52相连接，使阀可依据伺服马达56和64的相互作用而工作。

Claims (5)

1、一种蒸汽轮机(10)，该蒸汽轮机包括有一个具有一个接收汽流的进口装置(16)和一个排出所述汽流出口装置(18)的缸体(14)，一个安装在所述缸体内配置有一排导引所述汽流的静止叶片(22)的定子，一个其轴(26)上有一排转动叶片的转子，转动叶片靠近所述静止叶片用以接收由定子引导的汽流并通过轴(26)向负载传递所做的功，用于调节通过所述进口装置(16)汽流的蒸汽室(12a、12b)，该蒸汽室有多个阀(30)，本发明的特征是每个阀的提板装置(34，40，42，54，56)组合用于驱动至少一对所述的阀(30)，高压装置(46)用于驱动剩余的多个阀中的任一个，控制所述提板装置(34，40，42，54，56)和高压装置(46)的装置(52)使汽轮机的运行能在全周进汽方式和部分进汽方式之间变化。

2、根据权利要求1所述的蒸汽轮机，其中所述的提升装置包括一个第一伺服马达（56）、一个连接到第一伺服马达（56）上的提升架（40）、一个连接到一对所述阀（30）上的板（34）和一对联接到提升架（40）和所述板（34）之间的提升杆（38）。

3、根据权利要求1所述的蒸汽轮机，其特征在于所述的高压装置（46）包括一个为每个剩余阀设置的附加伺服马达、一个连接到所述附加伺服马达（46）和其相应的阀（30a、30d）之间的在伺服马达的驱动下打开和关闭所述阀的提升杆（48）和与所述阀联接用以提供一种强制传动力的弹簧装置。

4、根据权利要求1所述的蒸汽轮机，其中在蒸汽室内有成直线安装的多个阀，所述的提板装置包括第一伺服马达（42）和一个连接在所述第一伺服马达（42）和至少一对所述阀之间的提升架（40），所述的一对阀在所述外侧阀的里面并且连接到所述的提升架（40）上。

5、根据权利要求3所述的蒸汽轮机，其特征在于一个提升杆（48）连接在所述每个附加伺服马达（46）和其各自的外侧阀（30a、30b）之间，所述的提升杆（48）在附加伺服马达（46）的驱动下打开和关闭所述的阀（30a、30b）。

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