CN109779703A - 轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸及汽轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸及包括该排汽缸的汽轮机。该排汽缸包括支撑在基础上的排汽缸外缸，排汽缸外缸内设有与排汽缸外缸刚性连接的轴承座罩壳和位于轴承座罩壳内且用于支撑轴承的轴承座，轴承座与轴承座罩壳通过补偿器挠性连接，轴承座上设有支撑腿，支撑腿伸出轴承座罩壳和排汽缸外缸且固定在基础上。在轴承座落地固定的同时，通过补偿器实现了较大的轴向和径向差胀补偿能力，因此可摆脱排汽温度的限制，完全适应湿冷及空冷条件下的排汽温度，从而具有较强的通用性。采用该轴向排汽排汽缸的汽轮机机组轴承座均可落地固定，从而可极大地改善汽轮机机组轴系的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸及包括该排汽缸的汽轮机。
背景技术
蒸汽汽轮机是电站建设中的关键动力设备之一，是将蒸汽的热能转换成机械能的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经过蒸汽透平，将热能与压力势能转换成汽轮机的机械能，带动汽轮机转子输出轴功，该机械能通过汽轮机转轴传递给发电机，从而将机械能转换成电能。
蒸汽在锅炉加热达到设计参数后经管道引至汽轮机进汽区进入汽轮机内部，蒸汽流经汽轮机内部由静叶动叶交叉布置的通流区做功，将热能转化为机械能最终转化为电能，做功后的蒸汽参数降低，不再满足做功的参数条件，从而成为乏汽，乏汽排向凝汽器最终凝结成水再次回到锅炉加热。
根据乏汽排汽方向的不同，汽轮机可分为向下排汽、侧向排汽和轴向排汽汽轮机。乏汽从排汽缸排出后进入到凝汽器，经过凝汽器内部管束充分换热后，乏汽凝结成水，为了确保乏汽能全部凝结成水形成真空，凝汽器换热面积需得到保证，从而导致凝汽器体积庞大。庞大的凝汽器竖向布置(向下排汽)或横向布置(轴向或侧向排汽)直接决定汽轮机组的标高，标高越高，电厂建设成本越高。向下排汽汽轮机组标高较高；而采用侧向排汽排汽缸或轴向排汽排汽缸的汽轮机组极大的降低了机组标高，从而降低厂房高度减少电厂建设成本。
目前，F级联合循环汽轮机和小型汽轮机如200MW功率以下，主要采用轴向排汽排汽缸的汽轮机机组，降低厂房建设成本同时也降低汽轮机自身的制造成本。当前，现有的轴向排汽汽轮机采用将轴承座支撑在汽缸上的固定方式，称为“座缸式”，如公告号为CN101321929B的发明专利公开了一种配有轴承支撑体的汽轮机，其轴承座通过三根撑脚支撑在汽缸上，在顶部还有一根撑脚。根据投运机组的运行表现，发现座缸式轴承座支撑存在轴系振动不理想、轴承标高容易跟随排汽压力温度等参数的变化而变化、轴承座支撑刚度相对较小等情况，且座缸式轴向排汽汽轮机因其振动、标高等极易受排汽参数变化影响，为了适应排汽参数变化幅度大的空冷机组，此种形式的座缸式轴向排汽汽轮机只能通过设置较大的动静间隙来满足机组安全运行的要求，损失了部分机组效率。
公开号为CN205189969U的专利公开了一种轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其排汽缸轴承座通过两支撑腿结构支撑在基础上，但是，由于其补偿方式仅能实现横向补偿，无法进行轴向补偿，所以机组的死点设置必须设置在低压排汽缸轴承中心线处，推力轴承设置在高压缸和中低压缸之间，这样中压轴承座必须设计成滑动式轴承座，而滑动式轴承座相比轴承座落地固定式的支撑刚度差不利于轴系的稳定，同时高压转子的绝对膨胀量为中低压缸外缸的膨胀加上高压转子自身膨胀，增大了转子膨胀测量的难度(测量转子膨胀仪器量程有限)和成本，对于单轴机组增加离合器的补偿量和不确定量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具备轴向和径向差胀补偿能力的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸及包括该排汽缸的汽轮机，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：一种轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，包括支撑在基础上的排汽缸外缸，排汽缸外缸内设有与排汽缸外缸刚性连接的轴承座罩壳和位于轴承座罩壳内且用于支撑轴承的轴承座，轴承座与轴承座罩壳通过补偿器挠性连接，轴承座上设有支撑腿，支撑腿伸出轴承座罩壳和排汽缸外缸且固定在基础上。
优选地，轴承座与转子轴封刚性连接，补偿器的两端分别与转子轴封和轴承座罩壳相连接。
优选地，排汽缸外缸内还设有补偿器保护罩，补偿器保护罩外套于补偿器且与补偿器之间具有间隔空间。
优选地，补偿器保护罩与转子轴封相连接。
优选地，转子轴封位于轴承座的上游侧，补偿器保护罩包括位于补偿器外周侧的管状部和从管状部的一端沿径向向中心延伸的隔板部，隔板部与转子轴封密封连接，补偿器位于隔板部与轴承座罩壳之间。
优选地，补偿器位于转子轴封的外周侧，且转子轴封的轴封管路置于补偿器内部。
优选地，补偿器为波纹管。
本发明还提供一种汽轮机，包括转子和套设于转子的排汽缸，排汽缸为如上所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸。
优选地，汽轮机设有前轴承和后轴承，排汽缸内的轴承座为后轴承座且用于支撑后轴承，排汽缸的进汽侧设有用于支撑前轴承的前轴承座，前轴承座落地固定或滑动设置。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，在轴承座落地固定的同时，通过补偿器实现了较大的轴向和径向差胀补偿能力，因此可摆脱排汽温度的限制，完全适应湿冷及空冷条件下的排汽温度，从而具有较强的通用性，有利于提高汽轮机机组的安全性和可靠性，并缩短新的汽轮机机组的开发周期。由于该轴向排汽排汽缸的轴承座落地固定，同时能够满足轴承座与排汽缸外缸在任何工况下的轴向和径向差胀补偿，因此采用该轴向排汽排汽缸的汽轮机机组轴承座均可落地固定，从而可极大地改善汽轮机机组轴系的稳定性，同时，通过补偿器的补偿能力也可便于机组轴系标高的调整。
本发明的汽轮机，其排汽缸的轴承座落地固定，同时通过补偿器能够满足轴承座与排汽缸外缸在任何工况下的轴向和径向差胀补偿，因此该汽轮机机组轴承座均可落地固定，从而使机组轴系的稳定性得到极大地改善，同时，通过补偿器的补偿能力也可便于机组轴系标高的调整。
附图说明
图1是本发明实施例轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸的结构原理示意图。
图2是本发明实施例轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸的横剖示意图。
图3是图2中A部的放大示意图。
图4是本发明实施例轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸的轴承座安装用固定装置。
图5是图4中B部的放大示意图。
图6是本发明实施例轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸的运输用固定装置。
其中，附图标记说明如下：
1、基础 2、排汽缸外缸
3、轴承座罩壳 4、轴承座
41、轴承座油封 5、补偿器
6、支撑腿 7、轴承
8、转子轴封 81、轴封管路
9、转子 10、补偿器保护罩
101、管状部 102、隔板部
11、前轴承座 201、上支架
202、下支架 203、垫片
204、固定螺栓 301、法兰盖
302、运输环 303、拉杆螺栓
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至图6所示，本发明轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸的一种实施例。
参见图1、图2和图3，本实施例的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸包括排汽缸外缸2，排汽缸外缸2支撑在基础1上。排汽缸外缸2内设有轴承座罩壳3、轴承座4和补偿器5。轴承座罩壳3与排汽缸外缸2刚性连接，即轴承座罩壳3与排汽缸外缸2相对固定。轴承座4用于支撑汽轮机的轴承7，轴承7用于支撑汽轮机的转子9。轴承座4位于轴承座罩壳3内，轴承座罩壳3将轴承座4与排汽缸外缸2隔离。轴承座4上设有支撑腿6，支撑腿6伸出轴承座罩壳3和排汽缸外缸2，且支撑腿6伸出排汽缸外缸2的端部固定在基础1上，从而实现轴承座4的落地固定，轴承座4和支撑腿6不与轴承座罩壳3和排汽缸外缸2固定。轴承座4与轴承座罩壳3通过补偿器5挠性连接。通过补偿器5能够实现排汽缸外缸2与轴承座4之间的径向热差胀和轴向热差胀的补偿，且补偿能力大。
本实施例的上述轴向排汽排汽缸，在轴承座4落地固定的同时，通过补偿器5实现了较大的轴向和径向差胀补偿能力，因此可摆脱排汽温度的限制，完全适应湿冷及空冷条件下的排汽温度，从而具有较强的通用性，有利于提高汽轮机机组的安全性和可靠性，并缩短新的汽轮机机组的开发周期。由于该轴向排汽排汽缸的轴承座4落地固定，同时能够满足轴承座4与排汽缸外缸2在任何工况下的轴向和径向差胀补偿，因此采用该轴向排汽排汽缸的汽轮机机组轴承座均可落地固定，从而可极大地改善汽轮机机组轴系的稳定性，同时，通过补偿器5的补偿能力也可便于机组轴系标高的调整。
参见图1、图2和图3，本实施例中，优选地，轴承座4与转子轴封8刚性连接，转子轴封8设于转子9上，补偿器5的两端分别与转子轴封8和轴承座罩壳3相连接。排汽缸外缸2受热膨胀时会拖动轴承座罩壳3一起移动，而转子轴封8与轴承座4刚性连接，因此转子轴封8与轴承座罩壳3之间会发生相对位移，通过连接转子轴封8与轴承座罩壳3的补偿器5可补偿两者之间的差胀，同时又保证了汽轮机的密封性。
本实施例中，优选地，补偿器5可以为波纹管，波纹管具有较强的挠性变形能力，从而具有较强的轴向和径向补偿能力。波纹管两端的连接法兰设为一端较大且另一端较小，法兰较大的一端可以与轴承座罩壳3通过螺栓连接，法兰较小的一端则与转子轴封8紧固连接。
进一步，本实施例中，排汽缸外缸2内还设有补偿器保护罩10，补偿器保护罩10外套于补偿器5且与补偿器5之间具有间隔空间。补偿器保护罩10用于将补偿器5与排汽缸外缸2内的排汽汽流隔离开，对补偿器5起到保护的作用，补偿器保护罩10与补偿器5之间的间隔空间则使得补偿器保护罩10不会妨碍补偿器5在进行轴向和径向补偿时发生的形变。
优选地，补偿器保护罩10可以与转子轴封8固定连接。本实施例中，沿转子9的轴向，转子轴封8位于轴承座4的上游侧，本文中的“上游”是指沿排汽缸外缸2内的排汽汽流方向a位于上游的方位。补偿器保护罩10包括位于补偿器5外周侧的管状部101和从管状部101的一端沿径向向中心延伸的隔板部102，隔板部102与转子轴封8密封连接，补偿器5位于隔板部102与轴承座罩壳3之间。由此，可以达到将排汽缸外缸2内的排汽汽流与补偿器5隔开的目的。
本实施例中，优选地，补偿器5位于转子轴封8的外周侧，且转子轴封8的轴封管路81置于补偿器5内部，轴封管路81的一端与转子轴封8相连接，轴封管路81的另一端可以沿轴向伸出补偿器5的端部，且穿过轴承座4底部中后方后穿出排汽缸外缸2。本实施例中，转子轴封8可以为汽封体，轴封管路81则为与汽封体相连通的汽封管。
本实施例中，在轴承座4的外侧可以设有轴承座油封41，用于对轴承座4进行密封。轴承座油封41可以通过螺栓固定在轴承座4的外侧。
本实施例中，优选地，轴承座4、轴承座罩壳3、转子轴封8以及补偿器保护罩10均为上下半结构，有利于装配，且在检修轴承座4时，只需拆除轴承座罩壳3上半，再拆除轴承座4上半，即可对轴承座4内部进行检修，操作简单方便。
本实施例中，轴承座4在安装时可以采用轴承座安装用固定装置，以防止轴承座4在安装过程中发生位移。参见图4和图5，轴承座安装用固定装置包括上支架201、下支架202、垫片203以及固定螺栓204。在安装时，上支架201与轴承座4的支撑腿6焊接，下支架202与排汽缸外缸2下半焊接，垫片203设于上支架201与下支架202之间，上支架201、下支架202和垫片203通过固定螺栓204固定连接，且上支架201、下支架202和垫片203之间通过定位销定位。由此，在安装过程中，轴承座4与排汽缸外缸2下半通过该轴承座安装用固定装置临时固定，从而可以防止轴承座4发生位移。直至现场安装完成后，则可拆除固定螺栓204及定位销，并抽出垫片203，即可实现轴承座4与排汽缸外缸2的解锁，使轴承座4不与排汽缸外缸2固定。
本实施例的轴向排汽排汽缸在运输过程中，可以通过运输用固定装置加强运输的稳定性。参见图6，本实施例的轴向排汽排汽缸中，在轴承座4的端部设有转子出轴端，供转子9找中用，运输用固定装置包括法兰盖301、运输环302和拉杆螺栓303。在整体运输时，可以通过螺钉将法兰盖301固定到轴承座4的转子出轴端处，在法兰盖301外侧面中心开设具有螺纹的盲孔，用于与拉杆螺栓303螺纹配合连接，运输环302与排汽缸外缸2可拆卸地固定连接，通过拉杆螺栓303将法兰盖301与运输环302连接，从而轴承座4与排汽缸外缸2连接在一起，可加强运输过程中轴承座4的稳定性。现场安装时，则可拆除运输环302、拉杆螺栓303和法兰盖301，找中转子出轴后，再用法兰封堵轴承座4和轴承座罩壳3出轴端上的开孔即可。
由于补偿器5具备横向补偿能力，因此，在现场找中的过程中，需要调整轴承扬度时，可以先单独调整轴承座4的标高来实现轴承扬度的调整，而无需与排汽缸外缸2同时调整，从而简化了现场调整过程。
基于上述轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，本实施例还提供一种汽轮机。本实施例的汽轮机包括转子9和套设于转子9的排汽缸，所述排汽缸为本实施例的上述轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸。由于该轴向排汽排汽缸的轴承座4落地固定，同时能够满足轴承座4与排汽缸外缸2在任何工况下的轴向和径向差胀补偿，因此本实施例的汽轮机机组轴承座均可落地固定，从而可极大地改善汽轮机机组轴系的稳定性，同时，通过补偿器5的补偿能力也可便于机组轴系标高的调整。
参见图1和图2，本实施例的汽轮机设有前轴承和后轴承，后轴承为上述轴承7，排汽缸外缸2内的轴承座4为后轴承座且用于支撑后轴承，排汽缸的进汽侧设有用于支撑前轴承的前轴承座11，前轴承座11可以落地固定或滑动设置。即，本实施例的汽轮机的滑销系统可以采用以下几种实施方式中的任意一种。
实施方式一、前轴承座11和后轴承座均落地固定，转子9死点设于前轴承座11，汽缸死点设于前轴承座11。则汽轮机热胀时，转子9和汽缸均朝+X方向膨胀。此为最佳的实施方式。
实施方式二、前轴承座11和后轴承座均落地固定，转子9死点设于后轴承座，汽缸死点设于排汽缸端部。则汽轮机热胀时，转子9和汽缸均朝-X方向膨胀。
实施方式三、前轴承座11滑动设置，后轴承座落地固定，转子9死点设于前轴承座11，汽缸死点设于排汽缸端部。则汽轮机热胀时，汽缸朝-X方向膨胀，推动前轴承座11朝-X方向滑动，转子9以前轴承座11为相对死点朝+X方向膨胀。
实施方式四、前轴承座11滑动设置，后轴承座落地固定，转子9死点设于后轴承座，汽缸死点设于排汽缸端部。则汽轮机热胀时，转子9和汽缸均朝-X方向膨胀，汽缸推动前轴承座11朝-X方向滑动。
所述“+X方向”、“-X方向”以图1中所示坐标为基准，该坐标中，X向与转子9的轴向相平行，Z向在竖直平面内垂直于X向。
当然，本实施的汽轮机也可以设有三个轴承座，依次为前轴承座、中轴承座和后轴承座，本实施例中排汽缸外缸2内的轴承座4作为后轴承座，同样，三个轴承座均可落地固定，则机组的绝对死点和相对死点可以设置在中轴承座处，静子和转子的膨胀在死点处朝两端膨胀，使得膨胀的绝对量大大减小，高压转子的膨胀量则便于检测和控制。
轴承座均落地固定的汽轮机组进行推广运用时，可用于常规小型汽轮机和联合循环汽轮机，使机组具有更好的运行稳定性，从而推广建设成本更低的汽轮机轴向排汽布置方法，同时，可以使联合循环汽轮机不再受乏汽冷却方式的限制，可以在水源匮乏的地区进行推广，从而可产生巨大的经济效益和环保效应。
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 (9)
1.一种轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，包括支撑在基础(1)上的排汽缸外缸(2)，所述排汽缸外缸(2)内设有与所述排汽缸外缸(2)刚性连接的轴承座罩壳(3)和位于所述轴承座罩壳(3)内且用于支撑轴承(7)的轴承座(4)，所述轴承座(4)与所述轴承座罩壳(3)通过补偿器(5)挠性连接，所述轴承座(4)上设有支撑腿(6)，所述支撑腿(6)伸出所述轴承座罩壳(3)和所述排汽缸外缸(2)且固定在所述基础(1)上。
2.根据权利要求1所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述轴承座(4)与转子轴封(8)刚性连接，所述补偿器(5)的两端分别与所述转子轴封(8)和所述轴承座罩壳(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述排汽缸外缸(2)内还设有补偿器保护罩(10)，所述补偿器保护罩(10)外套于所述补偿器(5)且与所述补偿器(5)之间具有间隔空间。
4.根据权利要求3所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述补偿器保护罩(10)与所述转子轴封(8)相连接。
5.根据权利要求4所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述转子轴封(8)位于所述轴承座(4)的上游侧，所述补偿器保护罩(10)包括位于所述补偿器(5)外周侧的管状部(101)和从所述管状部(101)的一端沿径向向中心延伸的隔板部(102)，所述隔板部(102)与所述转子轴封(8)密封连接，所述补偿器(5)位于所述隔板部(102)与所述轴承座罩壳(3)之间。
6.根据权利要求2所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述补偿器(5)位于所述转子轴封(8)的外周侧，且所述转子轴封(8)的轴封管路(81)置于所述补偿器(5)内部。
7.根据权利要求1所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸，其特征在于，所述补偿器(5)为波纹管。
8.一种汽轮机，包括转子和套设于所述转子的排汽缸，其特征在于，所述排汽缸为如权利要求1至7中任意一项所述的轴承座落地支撑的轴向排汽排汽缸。
9.根据权利要求8所述的汽轮机，其特征在于，所述汽轮机设有前轴承和后轴承，所述排汽缸内的所述轴承座(4)为后轴承座且用于支撑所述后轴承，所述排汽缸的进汽侧设有用于支撑所述前轴承的前轴承座(11)，所述前轴承座(11)落地固定或滑动设置。
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- 2019-03-29 CN CN201910250378.XA patent/CN109779703A/zh active Pending
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