CN1091210C - 汽轮机、汽轮机装置以及冷却汽轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽轮机(1)，它有进汽区(2)、排汽区(3)和沿轴向设在它们之间被汽轮机汽缸(5)围绕的叶片区(4)。此外还设有可借助于关闭机构(8)关闭和打开的冷却流体进口(7)，冷却流体(6)可通过它流入汽轮机汽缸(5)。通过一用于抽吸冷却流体(6)的抽吸装置(10)可重新从汽轮机汽缸(5)抽出已流入的冷却流体(6)。此外，本发明还涉及汽轮机装置(20)和冷却汽轮机(1)的方法。

Description

汽轮机、汽轮机装置以及 冷却汽轮机的方法
本发明涉及一种汽轮机，它有进汽区、排汽区和沿轴向布置在它们之间被汽轮机汽缸包围的叶片区。本发明还涉及一种冷却具有汽轮机汽缸的汽轮机的方法。
在DE-PS 324 204中介绍了一种冷却空载汽轮机或燃气轮机的方法和设备。为了实施这种冷却，提供了一个经由阀与汽流管道连接的抽汽器。借助此抽汽器，蒸汽逆正常的流动方向经流入管道抽出。至于该被抽出的蒸汽可以是另一台汽轮机的抽汽或排汽，以及可以是湿的或饱和的新蒸汽。
US-PS 3173654涉及一种具有高压汽轮机段和双流道低压汽轮机段的汽轮机，它在备用工作状态下运行。为避免汽轮机叶片过热设有一冷却系统，借助此冷却系统，通过许多既有在低压汽轮机段中也有在高压汽轮机段中的管道，将来自凝汽器的高压水喷入这些汽轮机段中。这些水完全汽化，并由于真空泵处于运行之中，又重新被抽回凝汽器中。喷入的水量根据汽轮机段中的温度针对每根喷水管道借助于相应的阀分别调整。
在日本专利摘要，第8卷，第37期(N-287)的专利JP 58-220907中提供了一种带有低压汽轮机段，高压汽轮机段以及中压汽轮机段的汽轮机装置。在其低压汽轮机段上连接有一冷凝器。为防止在冷却过程中产生热应力和热膨胀，高压汽轮机段和低压汽轮机段的排汽管道和一真空泵相连。通过该泵，空气逆工作蒸汽(工作蒸汽在汽轮机正常工作时流过该汽轮机)的流动方向被强制流过高压汽轮机段和中压汽轮机段。流过高压汽轮机段的空气直接来自于冷凝器，而流过中压汽轮机段的空气则间接通过低压汽轮机段但同样也来自于冷凝器。空气是经一真空断路器(Vakuumbrecher)进入该冷凝器的。空气的进口因而处于远离高压-和中压汽轮机段的下游，位于工作蒸汽的流动途径的末端，亦即在低压汽轮机段的冷凝器中。
因此上述两个文件所涉及的都是空载的或在备用工作状态运行的汽轮机的冷却。在那里冷却仅仅通过蒸汽进行，蒸汽或直接输入，或通过汽化水产生。所以上述两个文件涉及的汽轮机处于这样一种状态，即，排走产生的外热，这些热量是在以工作转速例如为3000转/分钟运行的汽轮机中由于摩擦产生的。若不排走这些热量，则汽轮机内的温度将远高于运行温度。
在蒸汽轮机中，尤其是具有前置中间过热器的高压汽轮机或中压汽轮机中，当负荷运行时温度可达500℃以上。在负荷运行期间，例如处于全负荷状态下，这种负荷运行可能持续几周或几个月，汽轮机汽缸以及汽轮机转子和别的汽轮机部件，如新蒸汽阀、快速关闭阀、汽轮机叶片等，均被加热至高温。在整个汽轮机装置停机后，每个汽轮机的汽轮机转子可借助一旋转装置在一预定的时间内以一降低了的转速继续旋转，以及借助抽真空装置将蒸汽压力抽成真空。为了在汽轮机停机后能尽早实施维护或检查工作以及必要时的改装工作，在有的情况下可能值得追求的是，在汽轮机转子与例如汽轮机汽缸之间出现的膨胀差保持在规定范围内的条件下尽可能快速地冷却汽轮机。
本发明的目的是提供一种汽轮机以及汽轮机装置，它可借助于强迫冷却装置迅速均匀地冷却。本发明另一个目的是提供一种冷却汽轮机的方法。
本发明有关汽轮机方面的目的是这样来实现，即，汽轮机汽缸可与用于流入冷却流体的冷却流体进口连接，其中，此冷却流体进口可借助于一关闭机构关闭和打开且设置于排汽区域的上游，以及，设置用于从汽轮机汽缸抽出冷却流体的抽吸装置。冷却流体进口最好在汽轮机正常的负荷运行期间关闭，在正常的负荷运行时，工作蒸汽流入汽轮机内的进汽区、流过叶片区驱动汽轮机轴以及从排汽区流出此汽轮机。因此，在负荷运行期间没有冷却流体进入汽轮机内。当汽轮机停机后，这时不再有工作蒸汽流过流轮机，冷却流体进口通过关闭机构打开，于是冷却流体尤其是来自汽轮机周围大气中的空气流入汽轮机内。流入的冷却流体借助于抽吸装置，例如产生负压的抽真空设备，从汽轮机汽缸内被抽出。其结果是有可能在40小时内，最好在约24小时内，将汽轮机(汽缸和轴)快速冷却到200℃以下，尤其是150℃至180℃。冷却流体进口最好是有一流动截面的一个单独的口，例如是接在汽轮机上的空气进口接管，流动截面的尺寸应这样确定，即，能有足够用于快速冷却的冷却流体进入汽轮机。也可以设置多个冷却流体进口。
关闭机构可以是一个可打开的封闭法兰、一个阀或类似物。此关闭机构例如可借助于第一控制器自动地例如电机驱动地打开。也可以采用手动开启的关闭机构。
抽吸装置，例如用于在凝汽器内造成负压的抽真空设备，最好与一个用于控制其抽吸功率的控制器连接。此外，此控制器可用于自动断开抽吸装置与汽轮机汽缸之间在流动上的连接。在高压汽轮机中，在正常的负荷运行期间，最好切断在汽轮机汽缸与抽吸装置之间在流动上的连接。
冷却流体进口最好与通入进汽区的供汽管道连接。冷却流体进口最好与用于调整新汽量的伺服阀连接，因此可以在汽轮机负荷运行结束后同样冷却此伺服阀。
抽吸装置最好与通入排汽区中的排汽管道连接。因此，在冷却过程中此排气管道可借助于止回阀截止，使得流过汽轮机的全部冷却流体都流过抽吸装置。抽吸装置最好与凝汽器，尤其是冷凝容器的蒸汽区在流动上连接起来。这样一来，已在负荷运行期间使用的抽真空设备，也可以作为抽吸装置用于在停机后冷却汽轮机以及别的汽轮机部件，如伺服阀、快速关闭阀等。这种抽真空设备可在负荷运行结束后例如用来抽空冷凝容器内的蒸汽腔，或抽空汽轮机内的蒸汽压力。
本发明有关具有一个高压汽轮机段和至少一个中压汽轮机段的汽轮机装置方面的目的是这样来实现的，即，令这些汽轮机段的汽缸分别与一冷却流体进口连接并设置一抽吸装置，该抽吸装置通过抽吸管道与凝汽器连接以及通过相关的连接管道与这些汽轮机段连接，这些汽轮机段的冷却流体进口分别设置在其排汽区的上游。在汽轮机装置停机后，按下列方式实施每个汽轮机段的冷却，即，冷却流体，尤其是空气经相关的冷却流体进口流入相关汽轮机段的汽缸内，并借助于既与汽轮机段也与凝汽器连接的抽吸装置从汽轮机段中被抽出。抽吸装置最好造成一个负压，由于此负压，促使冷却流体，即空气，流过汽轮机段以及相应的部件，如伺服阀和快速关闭阀。空气在每个汽轮机段内吸收热量，从而使汽轮机段冷却。在这里抽吸装置可以是抽真空设备，这一设备在汽轮机装置停机后便随即用来抽空每个汽轮机段内的蒸汽压力。因此，汽轮机装置的汽轮机段的冷却可以不再需要附加的设备，例如压缩空气储罐或压缩空气泵等，在这种情况下，只是在需要的位置设置具有相关截止机构的冷却流体进口以及用于引导冷却流体流动的数量有限的管道。
本发明有关冷却具有汽轮机汽缸的汽轮机的方法方面的目的是这样来实现的，即，在甩负荷后将冷却流体进口与汽轮机汽缸在流动上连接起来，并借助于一抽吸装置使通过此冷却流体进口流入的冷却流体，尤其是空气在吸热的情况下沿在正常负荷运行时工作蒸汽流过蒸汽轮机的方向流过汽轮机汽缸。采取这种汽轮机的强迫冷却方式，例如在汽轮机转子与汽轮机汽缸尤其是汽轮机内缸之间的膨胀差保持在预先规定的范围内的条件下，有可能在一天之内冷却数百度。因此，在甩负荷后经过一天便已经可以实施汽轮机的维修工作、保养工作或改装工作。在甩负荷后，汽轮机尤其是借助于驱动电机以约50转/分钟的低转速(转子旋转运行)旋转。由此尽可能不产生任何附加的热量。
汽轮机在停机后处于转子旋转运行的状态，与此同时，所存在的抽真空设备继续运行。在高压汽轮机和中压汽轮机上的空气进口，尤其是进气接管被打开。在高压汽轮机上，新汽一侧的接管和在高压汽轮机排气口与凝汽器之间的连接管道被打开。凝汽器与抽真空设备连接，使得经进气接管吸入的空气通过汽轮机叶片和经由连接管道吸入凝汽器内。这就促进了高压汽轮机的冷却。在中压汽轮机上同样可以打开在进汽区内的接管。通过此接管流入的空气可借助于抽真空设备经由中压叶片和必要时按流动方向处于下游的低压汽轮机吸入凝汽器内。因此，尤其是冷却了中压轴和中压汽轮机内缸和/或中压汽轮机外缸、中压叶片、中压汽轮机的伺服阀和快速关闭阀。空气同样也可以经相应的连接管道从中压汽轮机的排汽区在绕过下游的低压汽轮机的情况下引入凝汽器内。高压汽轮机和中压汽轮机最好冷却到一个低于150℃的温度。此冷却过程可借助于例如通过针对负荷运行所设定的温度测量点在汽轮机内部测得的温度测量值进行控制。根据冷却的进程，冷却过程可通过抽吸装置的抽吸功率加快或减慢。这样的冷却过程实施后，不会超过预定的尤其在汽轮机转子与汽轮机内缸和/或外缸之间最大的膨胀差。通过经不同的进气口供入冷却流体，可例如减缓高压汽轮机段的汽轮机转子的冷却，而加速高压汽缸的冷却。
下面借助于在唯一的一个附图中所表示的实施例，进一步说明汽轮机和用于冷却汽轮机的无需附加设备的快速冷却系统。
该附图按局部示意和不按比例的方式表示了一台具有高压汽轮机段1a和中压汽轮机段1b的汽轮机装置20的纵剖面。为了看得更清楚起见，汽轮机装置20的其他部件示意地表示。高压汽轮机段1a具有一进汽区2、一排汽区3和沿轴向位于这两者之间的中叶片区4。供汽管道12即新汽管道19通入进汽区2内，在这些管道内设有作为组合阀的一个快速关闭阀24和一个伺服阀17。伺服阀17有冷却流体进口7，空气管道18通入其中。在空气管道18中设有一关闭机构8，尤其是一个阀，它与第一控制器9连接。借助于第一控制器9可以打开或关闭此关闭机构8，从而可以打开或关闭用于流入冷却流体6尤其是空气的冷却流体进口7。在汽轮机1亦即高压汽轮机段1a的正常的负荷运行期间，关闭机构8是关闭的，而在快速冷却过程中则是打开的，所以在后面这种情况下冷却流体6可以流入伺服阀17内。
在包括没有进一步具体说明的内缸和外缸的高压汽缸5a内部，设有汽轮机转子26a。排汽管道13连接在排汽区3上，排汽管道13经中间过热器21通往中压汽轮机段1b的进汽区2。在排汽区3下游的排汽管道13中设一止回阀22。在排汽区3与止回阀22之间，在排汽管道13内通入一连接管道16a，后者通往凝汽器14。在高压汽轮机段1a正常的负荷运行期间，连接管道16a被关闭机构8a关闭。在中压汽轮机段1b的进汽区2与中间过热器21之间，在中压输入管道23中同样设有一个由伺服阀17与快速关闭阀24组成的组合阀。如上面已说明的那样，在此组合阀的冷却流体进口7中通入空气管道18。中压汽轮机段1b设计为双流道的，并有一个包括没有进一步具体说明的内缸和外缸的中压汽缸5b，其中装有汽轮机转子26b并布置有叶片区4。在汽轮机装置20正常的负荷运行期间，图中没有表示的工作蒸汽从中间过热器21流入进汽区2，在叶片区4内分成两束流体，从相关的排汽区3流入一个或多个排汽管道13内，它(它们)通往一个或多个图中没有表示的低压汽轮机段。一连接管道16b从排汽管道13通入凝汽器14。另一个没有进一步具体说明的管道从一台图中没有表示的低压汽轮机段同样通入凝汽器14。不言而喻，连接管道16b可以取消，这样，在冷却运行期间经伺服阀7流入中压汽轮机段的冷却流体6便通过图中未表示的低压汽轮机段进入凝汽器14内。一凝结水水箱25连接在凝汽器14上，该水箱25经抽吸管道15与一抽吸装置10，例如一抽真空设备、一喷射泵等连接。抽吸装置10可借助于第二控制器11控制其抽吸功率，这样在冷却过程中，抽出的空气量并因而冷却的速度可以调整。当然，也可以设计为将抽吸装置10直接连接在连接管道16a、16b上，冷却流体6便不再流过凝汽器14。
本发明的特点是在负荷运行结束后实施汽轮机的强迫冷却，其中，在甩负荷后打开冷却流体进口和抽吸管道。借助于与抽吸管道连接的抽吸装置，经由冷却流体进口流入汽轮机的空气在吸热的情况下重新从汽轮机排出。采用这种方法可动用现有的汽轮机部件，例如抽真空设备和蒸汽管道。必要时仅需设相应的冷却流体进口(例如进气接管)和从现有的排汽管道分出的支管，以保证强迫空气流通过汽轮机。此方法尤其可以快速冷却高压汽轮机，按此方法可以达到在24小时内冷却达400K。

Claims (11)

1.一种汽轮机(1)，其具有一进汽区(2)、一排汽区(3)和沿轴向设在它们之间被汽轮机汽缸(5)包围的一叶片区(4)，以及一个用于从汽轮机汽缸(5)吸出冷却流体(6)的抽吸装置(10)，其中，设有至少一个可借助于关闭机构(8)关闭和打开的冷却流体进口(7)，相对于正常负荷运行时工作蒸汽流过汽轮机汽缸(5)的流动方向，该冷却流体进口设置在排汽区的上游，冷却流体(6)可通过此冷却流体进口流入汽轮机汽缸(5)。
2.按照权利要求1所述的汽轮机(1)，其中，设有一个与关闭机构(8)连接的第一控制器(9)，用于自动打开冷却流体进口(7)。
3.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其具有第二控制器(11)，用于控制抽吸装置(10)的抽吸功率和/或用于自动切断抽吸装置(10)与汽轮机汽缸(5)在流动方面的联系。
4.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述冷却流体进口(7)与通入进汽区(2)中的一供汽管道(12)连接。
5.按照权利要求4所述的汽轮机，其中，所述冷却流体进口(7)与一个伺服阀(17)连接。
6.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述抽吸装置(10)与通入排汽区(2)中的排汽管道(13)连接。
7.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述抽吸装置(10)通过一抽吸管道(15)在流动上与凝汽器(14)连接。
8.按照权利要求7所述的汽轮机(1)，其具有一高压汽轮机段(1a)，其中，该高压汽轮机段(1a)通过一连接管道(16a)在流动上与凝汽器(14)连接。
9.按照权利要求1或2所述的汽轮机(1)，其中，所述冷却流体进口(7)设计为汽轮机汽缸(5)周围空气的进口。
10.一种汽轮机装置(20)，其具有一高压汽轮机段(1a)，该高压汽轮机段具有一与冷却流体进口(7a)连接的高压汽缸(5a)；还具有一中压汽轮机段(1b)，该中压汽轮机段具有一与冷却流体进口(7b)连接的中压汽缸(5b)；还具有一抽吸装置(10)，它通过一抽吸管道(15)与一凝汽器(14)连接以及通过相关的连接管道(16a、16b)分别与高压汽轮机段(1a)和中压汽轮机段(1b)连接，其中该凝汽器(14)设置在每个汽轮机段(1a，1b)和抽吸装置(10)之间的流体连接通路上，而各冷却流体进口(7a，7b)则分别设置在各排汽区(3)的上游。
11.一种冷却具有一汽轮机汽缸(5)的汽轮机(1)的方法，按此方法，在甩负荷后，使冷却流体进口(7)在流动上与汽轮机汽缸(5)连通，以及，使通过冷却流体进口(7)流入的冷却流体(6)，借助于一抽吸装置(10)在吸热的情况下沿在正常负荷运行时工作蒸汽流过蒸汽轮机(1)的流动方向流过汽轮机汽缸(5)。
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