CN104204415A - 低压蒸汽涡轮密封布置 - Google Patents

Abstract

一种密封布置安装在低压蒸汽涡轮排气罩(2)的面对的共面部分与形成蒸汽涡轮模块(1)的排气导管结构(10B)的一部分的圆形隔板(16)之间。密封布置形成排气罩的内部与外部之间的真空密封件，并且包括呈环形隔膜形式的柔性垫圈(18)。该隔膜具有与隔板(16)密封的径向内圆周部分(30)、与排气罩(2)密封的径向外圆周部分(32)，以及径向中间回弹性部分(34)。密封通过提供径向内夹持凸缘(36)和径向外夹持凸缘(38)来实现，该径向内夹持凸缘(36)和该径向外夹持凸缘(38)操作成将垫圈(18)的内圆周部分(30)和外圆周部分(32)分别密封地夹持于隔板(16)和排气罩(2)。为了使得能够快速接近排气罩(2)的内部，夹持凸缘包括上半部和下半部，并且垫圈(18)的上部通过凸缘(36,38)和反凸缘(40,42)的布置密封于排气罩(2AU)和隔板(16U)的上部，反凸缘可释放地装固于排气罩和隔板的外表面。

Description

低压蒸汽涡轮密封布置

技术领域

本公开涉及用于发电站中的类型的大型蒸汽涡轮，其用以将由锅炉产生的蒸汽的热能转换成机械能，机械能接着用于驱动发电机。本公开具体涉及一种真空密封布置，其有效地密封在排气罩与容纳在排气罩内的低压蒸汽涡轮的壳体之间。

背景技术

以上类型的蒸汽涡轮包括高压模块，通常有中压模块，以及至少一个低压模块。在一些设备中，可存在若干低压模块。来自锅炉的高温蒸汽发送至高压涡轮模块，并且接着继而在蒸汽的温度和压力由于涡轮抽取能量而降低时发送至中压和低压涡轮模块。最后，蒸汽从低压涡轮模块或各个低压涡轮模块排放到冷凝器中。

在本文中公开的特定布置中，低压涡轮模块或各个低压涡轮模块具有外壳体，其称为排气罩，以及内涡轮壳体，蒸汽从该内涡轮壳体排放到排气罩中。蒸汽接着从排气罩进入冷凝器中，该冷凝器位于排气罩下方。涡轮壳体为组件，其包括(a)大体上圆筒形的壳体部分，其包含轴流式低压蒸汽涡轮级，以及(b)扩散排气导管结构，其布置成使蒸汽流在涡轮的出口处转离其轴向路径，并且将其沿径向向外排放到排气罩中。排气罩包围涡轮壳体，但不支承其，然而排气罩和冷凝器的壁刚性地连结在一起，并且因此形成不同于涡轮壳体的组件。在涡轮操作期间，冷凝器中和低压涡轮的出口处的蒸汽的压力仅为大约几十毫巴，所以排气导管结构、排气罩以及冷凝器必须一起形成不透蒸汽和空气的封壳，其可称为真空封壳。

蒸汽涡轮具有涡轮转子轴，该涡轮转子轴穿透排气导管结构，以便将机械功率传送至涡轮模块外的发电机。转子轴支承在轴承组件中，该轴承组件通过轴承支承件集成到涡轮壳体的排气导管结构中，该轴承支承件继而连接于巨大的混凝土基块并且由巨大的混凝土基块支承。为了限制基块上的负载，其布置成其仅承载涡轮壳体及其内容物的重量，涡轮和基块的组合重量由基块下方的土木工程结构承载。排气罩和冷凝器的组合重量传送至独立于负载路径的土木工程结构的底板，该负载路径传送涡轮和基块的组合重量。

为了便于涡轮模块的组装和拆卸，排气罩、涡轮壳体(包括排气导管结构)以及轴承组件均包括下部和上部，它们在公共平面处沿螺栓连接凸缘来螺栓连接和密封在一起。

必须在用于涡轮模块的有效真空密封的设计中同时解决许多问题。

(a)排气罩与涡轮壳体的结构隔离，这由独立于彼此被支承的涡轮和排气罩的重量引起，必须不被真空密封危害。

(b)必须在操作期间(特别是在涡轮的启动和停转期间)克服涡轮壳体关于排气罩的热引起的轴向和径向移动(增长和收缩)保持排气罩与涡轮壳体的动态隔离。此外，在涡轮调整成发起和除去涡轮转子叶片和隔膜上的蒸汽负载并且在热增长和收缩期间改变间隙时，可存在涡轮壳体的瞬时移动。此外，排气罩/冷凝器封壳还将经历来自涡轮壳体和转子的不同速率和量下的热引起的增长和收缩。因此，真空密封必须不干扰排气罩和涡轮壳体的动态隔离。

(c)出于操作和维护目的，涡轮转子轴的对准应当能够调整，而不需要进入涡轮模块封壳，并且不干扰真空密封的完整性。

发明内容

因此，真空密封布置安装在排气罩的面对的共面部分与形成排气导管结构的一部分的圆形隔板或分隔件之间。真空密封布置形成排气罩的内部与外部之间的密封，并且可包括呈环形隔膜形式的柔性垫圈，其具有：

用于与隔板密封的径向内圆周部分；

用于与排气罩密封的径向外圆周部分；以及

径向中间回弹性部分；

其中密封通过提供径向内夹持凸缘和径向外夹持凸缘来实现，该径向内夹持凸缘和该径向外夹持凸缘操作成将垫圈的内圆周部分和外圆周部分分别夹持于隔板和排气罩。

垫圈的径向中间回弹性部分有效地使涡轮壳体和涡轮转子与排气罩和冷凝器在结构上且动态地断开，同时保持有效密封。此外，在涡轮模块的安装和维护期间，垫圈便于调整涡轮转子轴关于基块的对准，其轴承由该基块支承。

作为优选，垫圈的径向中间回弹性部分包括朝排气罩的内部为凸形的部分。

为了便于制造，并且还有助于垫圈的组装和拆卸，夹持凸缘分段，节段包括半圆形的上半凸缘和下半凸缘，节段之间的直径向连结线与排气导管结构和排气罩的上部与下部之间的密封平面重合。

为了提供涡轮的充分支承，前文提到的混凝土基块紧密地包绕排气罩的下部，使得涡轮模块看起来部分地浸没在基块中，直到刚好在转子轴轴承组件下方的水平，后者通过轴承支承结构固定于基块。结果，垫圈的下部不可方便地装固于排气罩和涡轮排气导管结构的下部的外表面，因为基块紧密地接近它们。因此，垫圈必须夹持于排气罩和排气导管结构的内表面。尽管排气罩上的下部一旦就位就除了在严重损坏的情况之外都不除去，但当期望在涡轮停止期间或为了定期维护而除去排气罩的上部以接近内部时，将垫圈夹持于内表面为不方便的。

在又一方面，提出了通过借助于凸缘和反凸缘的布置将垫圈的上部密封于排气罩和排气导管结构隔板的上部来便于除去排气罩的上部。在优选布置中：

径向内夹持凸缘的上半部可释放地装固于径向内反凸缘的内表面，并且径向内反凸缘可释放地装固于隔板的上部的外表面；

径向外夹持凸缘的上半部可释放地装固于径向外反凸缘的内表面，并且径向外反凸缘可释放地装固于排气罩的上部的外表面；

垫圈的上部的径向内圆周部分密封地夹持在径向内夹持凸缘的上半部与径向内反凸缘之间；并且

垫圈的上部的径向外圆周部分密封地夹持在径向外夹持凸缘的上半部与径向外反凸缘之间。

由于邻近混凝土基块，故垫圈的下部借助于布置固定于排气罩和排气导管结构隔板的下部，在该布置中：

径向内夹持凸缘的下半部可释放地装固于隔板的下部的内表面；

径向外夹持凸缘的下半部可释放地装固于排气罩的下部的内表面；

垫圈的下部的径向内圆周部分密封地夹持在径向内夹持凸缘的下半部与隔板的下半部的内表面之间；并且

垫圈的下半部的径向外圆周部分密封地夹持在径向外夹持凸缘的下半部与排气罩的下部的内表面之间。

凸缘可通过螺栓等可释放地装固。

凸缘和反凸缘的上述布置便于接近涡轮模块的内部。如果排气罩的上部从下半部旋开，并且反凸缘节段从排气罩的上部的外表面释放，则排气罩的上部接着可升离下部。

附图说明

现在将参照附图仅经由实例来描述上述设计的实施例，在该附图中：

图1示意性地示出了支承低压蒸汽涡轮模块及其冷凝器的土木工程结构的构造；

图2为示出位于排气罩内的蒸汽涡轮壳体的轴向分解透视图，该排气罩在蒸汽从涡轮排出之后将蒸汽引导到冷凝器中；

图3为示出密封在排气罩与蒸汽涡轮壳体之间的垫圈布置的下部的截面视图；以及

图4为示出垫圈布置的上部的截面视图。

具体实施方式

图1示出了涡轮模块1与支承其的土木工程结构的主要构件的关系，该土木工程结构包括基块4、柱6、底板5和地板7。参照图1和2，在本文中公开的特定布置中，低压蒸汽涡轮模块1或各个低压蒸汽涡轮模块1具有称为排气罩的外壳体2，以及内涡轮壳体10。排气罩2包围涡轮壳体10，但并不支承其。

蒸汽涡轮壳体10具有位于中心的蒸汽入口12，从该处，蒸汽通过涡轮叶片级(未示出)分成沿两个轴向方向对称地流动，以通过在涡轮壳体10的中心的大体上圆筒形部分10A的各端处的扩散排气导管结构10B,10C排出。因此，涡轮壳体10包括(a)包含轴流式低压蒸汽涡轮(未示出)的大体上圆筒形的中心壳体部分10A，以及(b)基本上相同的扩散排气导管结构10B,10C。

排气导管结构10B,10C布置成使蒸汽流转离其在涡轮出口处的轴向路径，并且将其沿径向向外排入排气罩2中，排气罩2接着在巨大的混凝土基块4下方将其引导到位于排气罩2之下的冷凝器3中。在涡轮操作期间，冷凝器3中和低压涡轮的出口处的蒸汽的压力仅为大约几十毫巴，所以排气导管结构10B,10C、排气罩2和冷凝器3必须一起形成不透空气和蒸汽的封壳，其可称为真空封壳。

冷却水通过入口导管3B进入冷凝器3的内部，并且通过出口导管3C流出。

蒸汽涡轮具有涡轮转子轴19，其穿透排气导管结构10B，以便将机械功率传送至涡轮模块外的发电机(未示出)。转子轴19支承在涡轮壳体10的各端处的轴承组件22中。这些轴承组件22通过轴承支承板17集成到涡轮壳体10的排气导管结构10B,10C中，其继而通过轴承支承支柱9由基块4固定和支承。尽管相对短，但支柱9能够按需要调整，以允许轴19和涡轮壳体10关于基块4的位置被调整，从而调整轴对准(如果这在涡轮模块1的架立或维护期间是所需的)。这些支柱9例如可包括螺旋千斤顶促动器，并且/或者包括简单的楔形承载表面。

为了便于组装涡轮模块1，排气罩2、涡轮壳体10和轴承组件22均包括下部和上部，它们在公共密封平面Ps处沿螺栓连接凸缘(未示出)螺栓连接和密封在一起。

如可从图2最佳认识到的，排气罩2还包括前部2A和后部2B。前部2A包括在密封平面Ps处螺栓连接在一起的下部2AL和上部2AU。类似地，后部2B包括在密封平面Ps处螺栓连接在一起的下部2BL和上部2BU。排气罩2在连结平面Pj处刚性地连结于冷凝器3。

各个排气导管结构10B,10C包括：

环形蒸汽扩散导管13，其与涡轮壳体10的中心部分10A同轴，并且沿下游的轴向方向分叉(注意，仅示出了环形导管的外壁)；

中空圆锥15的平截头体，其与扩散导管13同轴地布置，但远离扩散导管的出口分叉，并且其作用在于有助于使蒸汽沿径向向外转动到排气罩2中；以及

垂直地定向的环形板或隔板16，其配合在设在排气罩的前部2A和后部2B中的圆形孔24内。

圆锥15的小直径端邻接环形扩散导管13的径向内壁(未示出)。包括圆锥15和隔板16的组件通过系杆14固定于扩散导管13的径向外壁，系杆14从排气导管结构10B,10C横跨出口延伸。

为了限制基块4上的负载，其仅承载涡轮壳体10及其内容物的重量，基块4从混凝底板5经由混凝土柱6和弹簧20支承，底板继而倚靠在混凝土地板7上。在另一方面，排气罩由冷凝器独立地支承，该冷凝器继而由底板5支承。然而，提供这些独立支承的结构引起隔板16与排气罩2之间的圆形界面24处的问题，其中必要的是在排气罩/冷凝器封壳与外部环境之间产生和维持真空密封，同时维持隔板16与排气罩2之间的大致结构隔离。

隔板16与排气罩2之间的动态隔离也必须被维持，其中在涡轮模块1的启动和停机操作期间，将存在涡轮转子轴19、涡轮壳体关于彼此10以及它们中的各个关于排气罩/冷凝器组件2/3的热引起的轴向和径向移动(增长和收缩)。此外，在涡轮转子轴19和涡轮壳体调整成发起和除去涡轮转子叶片和隔膜上的蒸汽负载并且在热增长和收缩期间改变轴承间隙和内部密封间隙时，可存在涡轮转子轴19与涡轮壳体之间的瞬时移动。这些各种移动将具有不同速率的发起和减小。此类相对移动还使得合乎需要的是使排气罩/冷凝器组件的移动与涡轮转子轴和涡轮壳体的移动隔离。

为了解决以上问题，密封件18固定于各个隔板16的外周，并且固定于排气罩2的面对部分。密封件18提供排气罩2的外部与内部之间的真空密封，同时允许涡轮壳体10与由排气罩2和冷凝器3形成的组件之间的有限的相对轴向和垂直移动。

图3和4中示出了能够实现以上的密封构造。各个密封件18包括呈环形隔膜形式的柔性垫圈，其具有密封于隔板16的径向内圆周部分30、密封于排气罩2的径向外圆周部分32，以及径向中间回弹性部分34。为了实现垫圈的期望程度的柔性，回弹性部分34朝排气罩的内部凸形地弯曲，以使其接近半环形，或如图3和4中的截面中所见的半正弦波或U形。优选的是，回弹性部分朝排气罩的内部为凸形，因为如果其朝外部凸出，则横跨垫圈的较大压降将把压缩力施加在凸形部分上，从而减小其柔性。真空密封通过使用径向内夹持凸缘36和径向外夹持凸缘38来将垫圈的径向内圆周部分30和径向外圆周部分32分别夹持于隔板16和排气罩2来实现。

为了便于组装和拆卸，夹持凸缘36,38分段，但保持真空紧密度，垫圈18为整体的，是完整的环带。出于本描述的目的，夹持凸缘可认作是包括分别指定为U和L的半圆形的上半凸缘和下半凸缘。按照设计者的意思，这些上半凸缘U和下半凸缘L中的各个可分成两个或更多个节段。上半凸缘U和下半凸缘L之间的直径(水平)连结线(未示出)与排气导管结构10B,10C和排气罩2的上部和下部的密封平面Ps重合。

由于混凝土基块的邻近，并且事实上，一旦就位，则排气罩和内壳体的下部不需要被拆除，除非在异常情况下，这方便将各个整体环形垫片18的下部固定于排气罩2和隔板16的内表面。这在图3中示出，并且借助于布置实现，在该布置中，径向内夹持凸缘36的下半部36L利用螺栓等可释放地装固于隔板16L的下部的内表面，并且径向外夹持凸缘38的下半部38L类似地可释放地装固于排气罩2的下部2AL,2BL的内表面。在该布置中，垫圈18的径向内圆周部分30的下部30L密封地夹持在径向内夹持凸缘36的下半部36L与隔板16L的下部的内表面之间，而垫圈的径向外圆周部分32的下部32L密封地夹持在径向外夹持凸缘38的下半部38L与排气罩的下部2AL,2BL的内表面之间。

为了使垫圈34能够与排气罩的上部2AU,2BU快速且方便地脱离，垫圈的上部借助于凸缘和反凸缘的布置密封于排气罩的上部和排气导管结构隔板。这便于在涡轮停止期间或为了定期维护接近涡轮模块1的内部。

图4示出了包括垫圈18、凸缘36,38和反凸缘40,42的垫圈组件的上部可在需要除去排气罩的上部来接近涡轮模块1的内部时如何拆卸。在本实施例中，径向内夹持凸缘36的上半部36U利用螺栓等可释放地装固于径向内反凸缘40的内表面，该内表面继而利用螺栓等可释放地装固于隔板16U的上部的外表面。类似地，径向外夹持凸缘38的上半部38U可释放地装固于径向外反凸缘42的内表面，该内表面继而可释放地装固于排气罩2的上部2AU,2BU的外表面。在该布置中，垫圈18的上部的径向内圆周部分30U密封地夹持在径向内夹持凸缘36的上半部36U与径向内反凸缘40之间，同时垫圈18的上部的径向外圆周部分32U密封地夹持在径向外夹持凸缘38的上半部38U与径向外反凸缘42之间。

凸缘和反凸缘的上述布置使得能够快速接近排气罩和内涡轮壳体内部。径向外反凸缘42从排气罩的上部2AU,2BU的外表面释放，排气罩的上部从其下部2AL,2BL旋开，并且排气罩的上部接着可升离，露出内涡轮壳体10。

上文仅经由实例描述了以上实施例，并且可在所附权利要求的范围内作出修改。因此，权利要求的宽度和范围不应当限于上述示例性实施例。包括权利要求和附图的说明书中公开的各个特征可由用于相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非明确另外规定。

除非上下文清楚地另作要求，否则在说明书和权利要求各处的词语"包括"、"包含"等将解释为与排他或穷尽意义相反的包括性的；即是说，为"包括但不限于"的意义。

Claims (8)

1. 一种安装在低压蒸汽涡轮排气罩(2)的面对的共面部分与形成蒸汽涡轮模块(1)的排气导管结构(10B)的一部分的圆形隔板(16)之间的真空密封布置，所述真空密封布置密封在所述排气罩的内部与外部之间，并且包括呈环形隔膜形式的柔性垫圈(18)，其具有：

与所述隔板(16)密封的径向内圆周部分(30)；

与所述排气罩(2)密封的径向外圆周部分(32)；以及

径向中间回弹性部分(34)；

密封通过提供径向内夹持凸缘(36)和径向外夹持凸缘(38)来实现，所述径向内夹持凸缘(36)和所述径向外夹持凸缘(38)操作成将所述垫圈(18)的内圆周部分(30)和外圆周部分(32)分别密封地夹持于所述隔板(16)和所述排气罩(2)。

2. 根据权利要求1所述的密封布置，其特征在于，所述垫圈(18)的径向中间回弹性部分包括凸形地弯曲以接近半环形形状的部分(34)。

3. 根据权利要求2所述的密封布置，其特征在于，所述径向中间回弹性部分(34)朝所述排气罩(2)的内部凸形地弯曲。

4. 根据任何前述权利要求的密封布置，其特征在于，所述夹持凸缘(36,38)包括半圆形的上半部(36U,38U)和下半部(36L,38L)，所述半部之间的直径向的连结线与所述排气罩(2AL,2AU)和所述排气导管结构(10B)的下部和上部之间的密封平面(Ps)重合。

5. 根据权利要求4所述的密封布置，其特征在于，所述垫圈(18)的上部通过凸缘(36,38)和反凸缘(40,42)的布置密封于所述排气罩的上部和所述排气导管结构隔板。

6. 根据权利要求5所述的密封布置，其特征在于：

所述径向内夹持凸缘(36)的上半部(36U)可释放地装固于径向内反凸缘(40)的内表面，而所述径向内反凸缘可释放地装固于所述隔板(16)的上部(16U)的外表面；

所述径向外夹持凸缘(38)的上半部(38U)可释放地装固于径向外反凸缘(42)的内表面，而所述径向外反凸缘可释放地装固于所述排气罩(2)的上部分(2AU,2BU)的外表面；

所述垫圈(18)的上部的径向内圆周部分(30U)密封地夹持在所述径向内夹持凸缘(36)的上半部(36U)与所述径向内反凸缘(40)之间；并且

所述垫圈(18)的上部的径向外圆周部分(32U)密封地夹持在所述径向外夹持凸缘(38)的上半部(38U)与所述径向外反凸缘(42)之间。

7. 根据权利要求4至权利要求6中的任一项所述的密封布置，其特征在于，所述垫圈(18)的下部通过布置固定于所述排气罩(2)和所述排气导管结构隔板(16)的下部，其中：

所述径向内夹持凸缘(36)的下半部(36L)可释放地装固于所述隔板(16)的下部(16L)的内表面；

所述径向外夹持凸缘(38)的下半部(38L)可释放地装固于所述排气罩(2)的下部(2AL,2BL)的内表面；

所述垫圈(18)的下部(30L)的径向内圆周部分(30)密封地夹持在所述径向内夹持凸缘(36)的下半部(36L)与所述隔板(16)的下部(16L)的内表面之间；并且

所述垫圈(18)的下部(30L)的径向外圆周部分(32)密封地夹持在所述径向外夹持凸缘(38)的下半部(38L)与所述排气罩(2)的下部(2AL,2BL)的内表面之间。

8. 根据任一项前述权利要求所述的密封布置，其特征在于，所述凸缘由螺栓等可释放地装固。