CN108180045A - 燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及联合循环技术领域，尤其涉及一种燃气‑蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，包括单轴布置的燃气轮机、发电机和汽轮机，燃气轮机的转子与发电机的转子的一端通过第一离合器连接，发电机的转子的另一端与汽轮机的转子通过第二离合器连接，在燃气轮机的转子上设有第一推力轴承作为第一死点，在第一离合器与发电机之间布置有第二推力轴承作为第二死点，在汽轮机的转子上设有第三推力轴承作为第三死点。可实现调相运行时发电机轴系与燃气轮机轴系及汽轮机轴系的安全脱开，保证调相运行的安全可靠，从而保证机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换。
Description
技术领域
本发明涉及联合循环技术领域，尤其涉及一种燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构。
背景技术
燃气-蒸汽联合循环机组是将燃气轮机作为前置透平，由回收燃气轮机的排气余热，产生若干档压力蒸汽，并将蒸汽引入汽轮机，燃气轮机和汽轮机均输出轴功，带动发电机输出电能。燃气-蒸汽联合循环机组具有发电效率高、调峰性能优异的特点，无论是从支撑电网对新能源的吸纳，还是从节能减排的角度出发，都具有明显的优势。但因其高效环保，且具有较强的快速启停能力，目前，燃气-蒸汽联合循机组广泛作为调峰机组来运行。
公告号为CN206903704U的专利公开了一种燃气-蒸汽联合循环电站，该燃气-蒸汽联合循环电站通过在燃气轮机与发电机之间、汽轮机与发电机之间均设置离合器，且发电机配置变频启动装置，可实现既能作为调峰电站高效运行，又能作为调相电站零排放运行，从而提高机组运行的灵活性，同时也提高电站设备的可利用小时数。当这种燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组采用单轴布置时，需要在单轴上设置两个离合器，现有技术中的燃气-蒸汽联合循环单轴机组的轴系支撑结构显然无法满足该燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组的要求。因此，亟需一种能够满足燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组的运行要求、保证其能够实现调峰运行和调相运行并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，能够满足燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组的运行要求、保证燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，包括单轴布置的燃气轮机、发电机和汽轮机，燃气轮机的转子与发电机的转子的一端通过第一离合器连接，发电机的转子的另一端与汽轮机的转子通过第二离合器连接，在燃气轮机的转子上设有第一推力轴承作为第一死点，在第一离合器与发电机之间布置有第二推力轴承作为第二死点，在汽轮机的转子上设有第三推力轴承作为第三死点。
优选地，燃气轮机的转子的两端分别设有第一径向轴承和第二径向轴承进行支撑，第一径向轴承设于燃气轮机的转子远离第一离合器的一端，第二径向轴承和第一推力轴承均设于燃气轮机的转子靠近第一离合器的一端。
优选地，第一推力轴承为具有轴向移动功能的推力轴承。
优选地，第二径向轴承与第一推力轴承为同一第一径向推力联合轴承。
优选地，发电机的转子的两端分别设有第三径向轴承和第四径向轴承进行支撑，第三径向轴承设于发电机的转子靠近第一离合器的一端，第四径向轴承设于发电机的转子靠近第二离合器的一端。
优选地，第二推力轴承与第三径向轴承为同一第二径向推力联合轴承。
优选地，在第一离合器的两侧分别设有第五径向轴承和第六径向轴承，第五径向轴承设于第一离合器靠近燃气轮机的一侧，第六径向轴承设于第一离合器靠近发电机的一侧。
优选地，第二推力轴承与第六径向轴承为同一第二径向推力联合轴承。
优选地，汽轮机的转子的两端分别设有第七径向轴承和第八径向轴承进行支撑，汽轮机包括高压缸和中压缸，第三推力轴承为设置在高压缸与中压缸之间的第三径向推力联合轴承。
优选地，在第二离合器靠近发电机的一侧设有第九径向轴承。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
通过在燃气轮机的转子上设置第一推力轴承作为第一死点，在第一离合器与发电机之间布置第二推力轴承作为第二死点，在汽轮机的转子上设置第三推力轴承作为第三死点，可以实现调相运行时发电机轴系与燃气轮机轴系及汽轮机轴系的安全脱开，保证调相运行的安全可靠，从而保证燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换。
附图说明
图1是本发明的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构的布置示意图。
图中：
1、燃气轮机 2、发电机
3、汽轮机 HP、高压缸
IP、中压缸 LP、低压缸
4、第一离合器 5、第二离合器
A1、第一死点 A2、第二死点
A3、第三死点
Z1、第一径向轴承 Z2、第一径向推力联合轴承
Z3、第二径向推力联合轴承 Z4、第四径向轴承
Z5、第五径向轴承 Z6、第六径向轴承
Z7、第七径向轴承 Z8、第八径向轴承
Z9、第九径向轴承 Z10、第三径向推力联合轴承
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构的一种实施例。本实施例的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构包括燃气轮机1、发电机2和汽轮机3，燃气轮机1、发电机2和汽轮机3单轴布置。
其中，燃气轮机1的转子与发电机2的转子的一端通过第一离合器4连接，第一离合器4的输入端与燃气轮机1的转子相连接，第一离合器4的输出端与发电机2的转子相连接。优选地，第一离合器4的输入端与燃气轮机1的压气机端的转子相连接。发电机2的转子的另一端与汽轮机3的转子通过第二离合器5连接，第二离合器5的输入端与汽轮机3的转子相连接，第二离合器5的输出端与发电机2的转子相连接。优选地，第二离合器5的输入端与汽轮机3的高压侧转子相连接。发电机2与一励磁装置和一变频启动装置(图中未示出)连接，在励磁装置和变频启动装置的作用下，可将发电机2变为电动机，并使发电机2达到所要求的转速。
则当燃气轮机1和汽轮机3运行，先后同步并网时，第一离合器4和第二离合器5啮合，并传递扭矩，带动发电机2向电网输入有功功率，可以带基本负荷运行，也可以调峰运行。当电网有无功功率或调相运行需求时，燃气轮机1和汽轮机3均不运行，此时，通过励磁装置和变频启动装置控制发电机2升速并网，向电网输入无功功率，第一离合器4和第二离合器5均处于脱开状态，燃气轮机1受到第一离合器4的油拖力矩作用下低速运转或处于盘车转速下运转，汽轮机3受到第二离合器5的油拖力矩作用下低速运转或处于盘车转速下运转，从而实现零排放调相运行。由此，本实施例中的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组既能作为调峰电站高效运行，又能作为调相电站零排放运行，显著提高了运行灵活性，同时也提高了电站设备的可利用小时数。
为保证该燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换，本实施例的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构中，在燃气轮机1的转子上设有第一推力轴承作为第一死点A1，在第一离合器4与发电机2之间布置有第二推力轴承作为第二死点A2，在汽轮机3的转子上设有第三推力轴承作为第三死点A3，则调相运行时发电机2轴系与燃气轮机1轴系及汽轮机3轴系可安全脱开，保证调相运行的安全可靠，从而保证燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换。
本实施例中，在机组运行过程中，第一离合器4可以起到补偿第一死点A1和第二死点A2间热胀的作用，第二离合器5可以起到补偿第二死点A2和第三死点A3间热胀的作用。作为第一死点A1的第一推力轴承能够承受燃气轮机1工作时在其转子上产生的轴向推力，同时也能够承受轴系热胀时在第一离合器4齿上产生的轴向摩擦力。作为第二死点A2的第二推力轴承能够承受轴系热胀时在第一离合器4齿和第二离合器5齿上产生的轴向摩擦力。作为第三死点A3的第三推力轴承能够承受汽轮机3工作时在其转子上产生的轴向推力，同时也能够承受轴系热胀时在第二离合器5齿上产生的轴向摩擦力。
优选地，第一推力轴承可以为具有轴向移动功能的推力轴承，则可使燃气轮机1在热态运行时其转子能够朝向发电机2端移动，从而增加燃气轮机1冷态启动时的动静间隙，有利于快速启动，且有利于提高热态运行时的效率。
具体地，本实施例中，燃气轮机1的转子的两端分别设有第一径向轴承Z1和第二径向轴承进行支撑，第一径向轴承Z1设于燃气轮机1的转子远离第一离合器4的一端，第二径向轴承设于燃气轮机1的转子靠近第一离合器4的一端。优选地，作为第一死点A1的第一推力轴承也设于燃气轮机1的转子靠近第一离合器4的一端。
进一步，为缩短轴系长度，本实施例中，第一推力轴承与第二径向轴承可以为同一第一径向推力联合轴承Z2，则该第一径向推力联合轴承Z2即为第一死点A1，其可承受燃气轮机1工作时在其转子上产生的轴向推力以及轴系热胀时在第一离合器4齿上产生的轴向摩擦力。
本实施例中，发电机2的转子的两端分别设有第三径向轴承和第四径向轴承Z4进行支撑，第三径向轴承设于发电机2的转子靠近第一离合器4的一端，第四径向轴承Z4设于发电机2的转子靠近第二离合器5的一端。
本实施例中，在第一离合器4的两侧分别设有第五径向轴承Z5和第六径向轴承Z6，第五径向轴承Z5设于第一离合器4靠近燃气轮机1的一侧，第六径向轴承Z6设于第一离合器4靠近发电机2的一侧。则在调峰运行模式下、燃气轮机1并网时，第五径向轴承Z5和第六径向轴承Z6分别在第一离合器4的两侧形成轻载轴承，能够满足第一离合器4的使用要求，保证机组长时间的正常运行，并为燃气轮机1的在线解列提供安全可靠性，从而为机组在调峰运行模式和调相运行模式之间的切换提供安全可靠性。为了实现燃气轮机1的进气口布置，在燃气轮机1的转子靠近第一离合器4的一端设置有一第一中间轴，用于穿越燃气轮机1的进气口。为方便连接和轴系布置，该第一中间轴与第一离合器4的输入端通过一第二中间轴连接，将第五径向轴承Z5设置在该第二中间轴上，在第一离合器4的输出端与发电机2的转子之间设置一第三中间轴，将第六径向轴承Z6设置在该第三中间轴上。
作为第二死点A2的第二推力轴承可以是独立于第三径向轴承和第六径向轴承Z6的设置在第一离合器4与发电机2之间的推力轴承。为缩短轴系长度，在一种实施方式中，参见图1，第二推力轴承与第三径向轴承为同一第二径向推力联合轴承Z3，则该第二径向推力联合轴承Z3即为第二死点A2，其可承受轴系热胀时在第一离合器4齿和第二离合器5齿上产生的轴向摩擦力。并且，该第二径向推力联合轴承Z3为发电机2的支撑轴承，是重载轴承，第二死点A2设在此处有利于轴系的稳定性。在另一种实施方式中，第二推力轴承也可以与第六径向轴承Z6为同一第二径向推力联合轴承，则以该第二径向推力联合轴承作为第二死点A2，且其可承受轴系热胀时在第一离合器4齿和第二离合器5齿上产生的轴向摩擦力。
本实施例中，汽轮机3包括高压缸HP，中压缸IP和低压缸LP，汽轮机3可以采用高压缸HP单独分缸、中压缸IP和低压缸LP合缸的结构。当然，汽轮机3也可以采用高压缸HP、中压缸IP、低压缸LP单独分缸的结构，或者采用高压缸HP和中压缸IP合缸、低压缸LP双流的结构。汽轮机3的转子的两端分别设有第七径向轴承Z7和第八径向轴承Z8进行支撑，第七径向轴承Z7设于汽轮机3靠近第二离合器5的一端(汽轮机3的高压侧)，第八径向轴承Z8设于汽轮机3远离第二离合器5的一端(汽轮机3的低压侧)。
优选地，可以将作为第三死点A3的第三推力轴承设置在汽轮机3的转子上位于高压缸HP与中压缸IP之间的位置。本实施例中，第三推力轴承为设置在高压缸HP与中压缸IP之间的第三径向推力联合轴承Z10，则该第三径向推力联合轴承Z10即为第三死点A3，其可承受汽轮机3工作时在其转子上产生的轴向推力以及轴系热胀时在第二离合器5齿上产生的轴向摩擦力。
本实施例中，在第二离合器5靠近发电机2的一侧设有第九径向轴承Z9。则在调峰运行模式下、汽轮机3并网时，第九径向轴承Z9在第二离合器5靠近发电机2的一侧形成轻载轴承，能够满足第二离合器5的使用要求，保证机组长时间的正常运行，并为汽轮机3的在线解列提供安全可靠性，从而为机组在调峰运行模式和调相运行模式之间的切换提供安全可靠性。为方便连接和轴系布置，可以在第二离合器5与发电机2的转子之间设置一第四中间轴，将第九径向轴承Z9设置在该第四中间轴上。
本实施例中，励磁装置为一励磁机，励磁机的转子(滑环轴)与发电机2的转子相连接，励磁机的转子(滑环轴)可以设置在发电机2与第二离合器5之间，则励磁机转子(滑环轴)的一端与发电机2的转子相连接，励磁机转子(滑环轴)的另一端通过所述第四中间轴与第二离合器5的输出端相连接，第九径向轴承Z9设置在第四中间轴上。
本实施例中，第一离合器4和第二离合器5均可以采用自动同步离合器。优选地，燃气轮机1与发电机2之间的第一离合器4采用具有锁定功能的自动同步离合器，第一离合器4啮合锁定时，可以双向传递扭矩。在燃气轮机1启动或调峰运行时，通过第一离合器4的啮合锁定，可使本实施例的燃气轮机1的运行模式与常规燃气轮机的运行模式相同。第一离合器4也可以采用具备低速棘爪的低速自动同步离合器。汽轮机3与发电机2之间的第二离合器5可以采用继动式离合器。
综上，本实施例的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构构成一种十支点(第一径向轴承Z1、第一径向推力联合轴承Z2、第二径向推力联合轴承Z3、第四径向轴承Z4、第五径向轴承Z5、第六径向轴承Z6、第七径向轴承Z7、第八径向轴承Z8、第九径向轴承Z9以及第三径向推力联合轴承Z10)、三死点(第一死点A1、第二死点A2以及第三死点A3)、双离合器(第一离合器4和第二离合器5)的单轴轴系支撑结构，可以实现调相运行时发电机2轴系与燃气轮机1轴系及汽轮机3轴系的安全脱开，保证调相运行的安全可靠，从而保证燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组能够实现调峰运行和调相运行，并在调峰运行模式和调相运行模式之间安全可靠地切换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，包括单轴布置的燃气轮机(1)、发电机(2)和汽轮机(3)，所述燃气轮机(1)的转子与所述发电机(2)的转子的一端通过第一离合器(4)连接，所述发电机(2)的转子的另一端与所述汽轮机(3)的转子通过第二离合器(5)连接，其特征在于，在所述燃气轮机(1)的转子上设有第一推力轴承作为第一死点(A1)，在所述第一离合器(4)与所述发电机(2)之间布置有第二推力轴承作为第二死点(A2)，在所述汽轮机(3)的转子上设有第三推力轴承作为第三死点(A3)。
2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述燃气轮机(1)的转子的两端分别设有第一径向轴承(Z1)和第二径向轴承进行支撑，所述第一径向轴承(Z1)设于所述燃气轮机(1)的转子远离所述第一离合器(4)的一端，所述第二径向轴承和所述第一推力轴承均设于所述燃气轮机(1)的转子靠近所述第一离合器(4)的一端。
3.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述第一推力轴承为具有轴向移动功能的推力轴承。
4.根据权利要求2所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述第二径向轴承与所述第一推力轴承为同一第一径向推力联合轴承(Z2)。
5.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述发电机(2)的转子的两端分别设有第三径向轴承和第四径向轴承(Z4)进行支撑，所述第三径向轴承设于所述发电机(2)的转子靠近所述第一离合器(4)的一端，所述第四径向轴承(Z4)设于所述发电机(2)的转子靠近所述第二离合器(5)的一端。
6.根据权利要求5所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述第二推力轴承与所述第三径向轴承为同一第二径向推力联合轴承(Z3)。
7.根据权利要求5所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，在所述第一离合器(4)的两侧分别设有第五径向轴承(Z5)和第六径向轴承(Z6)，所述第五径向轴承(Z5)设于所述第一离合器(4)靠近所述燃气轮机(1)的一侧，所述第六径向轴承(Z6)设于所述第一离合器(4)靠近所述发电机(2)的一侧。
8.根据权利要求7所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述第二推力轴承与所述第六径向轴承(Z6)为同一第二径向推力联合轴承。
9.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，所述汽轮机(3)的转子的两端分别设有第七径向轴承(Z7)和第八径向轴承(Z8)进行支撑，所述汽轮机(3)包括高压缸(HP)和中压缸(IP)，所述第三推力轴承为设置在所述高压缸(HP)与所述中压缸(IP)之间的第三径向推力联合轴承(Z10)。
10.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽联合循环调峰调相机组轴系支撑结构，其特征在于，在所述第二离合器(5)靠近所述发电机(2)的一侧设有第九径向轴承(Z9)。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
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