CN109826675A - 汽轮机冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽轮机冷却技术领域,尤其涉及一种汽轮机冷却系统,包括转子和套设在转子外部的汽缸,汽缸与转子间具有待冷却区域,待冷却区域具有压力较低的低压端和压力较高的高压端,汽缸设有用于引入冷却蒸汽的孔道,孔道在高压端端部位置处与待冷却区域相连通,冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动。还涉及一种汽轮机冷却方法,待冷却区域具有压力较低的低压端和压力较高的高压端,在高压端端部位置处引入冷却蒸汽,冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动。能够有效降低所需冷却蒸汽的压力能级,且只需考虑向低压端一侧的密封和冷却,可合理减少所需冷却蒸汽流量。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机冷却技术领域,尤其涉及一种汽轮机冷却系统及一种汽轮机冷却方法。
背景技术
冷却技术广泛应用于高温、高压蒸汽环境下汽轮机汽缸和转子设计。针对汽轮机汽缸和转子需要冷却的高温区域,通常采用向汽缸和转子之间的待冷却区域内通入高压低温的冷却蒸汽,冷却蒸汽可在高低压差的作用下在待冷却区域内顺向流动,由此对其进行冷却,以使得该区域的蠕变寿命满足设计要求。
参见图1,对于汽缸1和转子2的某一待冷却区域[P2,P1],其高温侧的压力为P1、低温侧的压力为P2,且P1>P2。现有技术中,通常在该区域的中部位置引入高压低温的冷却蒸汽,冷却蒸汽的压力为P′且满足:P′>P1>P2,则如图1中箭头所示,冷却蒸汽在高低压差的作用下进入汽缸1和转子2之间后分别向右汇入低压(P1)高温区域、向左汇入低压(P2)低温区域,实现对待冷却区域[P2,P1]的冷却。为使冷却蒸汽能够进入待冷却区域并在其内左右流动,尤其是向压力较高的一侧(P1)流动,上述冷却方式需要引入压力能级较高的冷却蒸汽,且需要考虑待冷却区域[P2,P1]两侧的密封和冷却,需要的冷却蒸汽流量大,不利于汽轮机系统高品质蒸汽的节省和经济性的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种汽轮机冷却系统及一种汽轮机冷却方法,能够降低所需冷却蒸汽的压力能级、减少所需冷却蒸汽流量,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:一种汽轮机冷却系统,包括转子和套设在转子外部的汽缸,汽缸与转子间具有待冷却区域,待冷却区域具有压力较低的低压端和压力较高的高压端,汽缸设有用于引入冷却蒸汽的孔道,孔道在高压端端部位置处与待冷却区域相连通,冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动。
优选地,冷却蒸汽的压力值与高压端端部的压力值之间具有预设偏差值,冷却蒸汽的压力值为P,高压端端部的压力值为P1,预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。
优选地,预设偏差值满足:0≤ΔP≤10%P1。
优选地,孔道贯穿汽缸并与外部管道相连通,外部管道向孔道内输送冷却蒸汽。
优选地,外部管道上设有逆止阀。
优选地,外部管道上设有节流装置。
优选地,孔道在汽缸内部延伸并与汽缸的通流级相连通。
本发明还提供一种汽轮机冷却方法,用于对汽缸和转子间的待冷却区域进行冷却,待冷却区域具有压力较低的低压端和压力较高的高压端,在高压端端部位置处引入冷却蒸汽,冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动。
优选地,冷却蒸汽的压力值与高压端端部的压力值之间具有预设偏差值,冷却蒸汽的压力值为P,高压端端部的压力值为P1,预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。
优选地,预设偏差值满足:0≤ΔP≤10%P1。
与现有技术相比,本发明具有显著的进步:
本发明的汽轮机冷却系统及汽轮机冷却方法,将冷却蒸汽进入待冷却区域的位置设置在待冷却区域高压端的端部位置处,引入的冷却蒸汽的压力值只需要使得冷却蒸汽能够进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动即可,因此冷却蒸汽可选择压力能级位于待冷却区域高压端端部压力能级附近的蒸汽,相较现有技术中的冷却蒸汽压力必须大于待冷却区域高压端端部压力以使其能够从待冷却区域的中部位置向高压端流动,本发明能够有效降低所需冷却蒸汽的压力能级;同时,冷却蒸汽从高压端的端部位置处进入待冷却区域内并从高压端向低压端流动,可对待冷却区域高压端外侧的高温蒸汽起到隔离作用,因而只需考虑向低压端一侧的密封和冷却,所需冷却蒸汽的流量因此可以合理减小。故,本发明能够有效避免汽轮机系统中高品质蒸汽的浪费,为系统节约能量,提高系统经济性。
附图说明
图1是现有技术中汽轮机冷却方式的气流走向图。
图2是本发明实施例的汽轮机冷却系统的气流走向图。
其中,附图标记说明如下:
1、汽缸 2、转子
3、待冷却区域 31、高压端
32、低压端
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2所示,本发明的汽轮机冷却系统的一种实施例。本实施例的汽轮机冷却系统包括汽缸1和转子2,汽缸1套设在转子2外部,转子2可绕轴线转动。汽缸1与转子2间具有需要进行冷却处理的待冷却区域3,通过向该待冷却区域3内通入高压低温的冷却蒸汽,可以对该待冷却区域3处的汽缸1和转子2进行冷却。待冷却区域3具有压力较高的高压端31和压力较低的低压端32,且高压端31一侧的温度较高,低压端32一侧的温度较低。汽缸1设有用于引入冷却蒸汽的孔道(图中未示出),该孔道在高压端31端部位置处与待冷却区域3相连通,以将引入的冷却蒸汽送入待冷却区域3内。由孔道引入的冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动,冷却蒸汽的温度值则满足在冷却蒸汽从高压端31向低压端32流动的过程中能够与待冷却区域3产生热交换且吸收热量,从而对待冷却区域3进行冷却。
本实施例的上述汽轮机冷却系统,将冷却蒸汽进入待冷却区域3的位置设置在待冷却区域3高压端31的端部位置处,引入的冷却蒸汽的压力值只需要使得冷却蒸汽能够进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动即可,因此冷却蒸汽可选择压力能级位于待冷却区域3高压端31端部压力能级附近的蒸汽,相较现有技术中的冷却蒸汽压力必须大于待冷却区域高压端端部压力以使其能够从待冷却区域的中部位置向高压端流动,本实施例的汽轮机冷却系统能够有效降低所需冷却蒸汽的压力能级;同时,冷却蒸汽从高压端31的端部位置处进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动,可对待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽起到隔离作用,因而只需考虑向低压端32一侧的密封和冷却,所需冷却蒸汽的流量因此可以合理减小。故,本实施例的汽轮机冷却系统能够有效避免汽轮机系统中高品质蒸汽的浪费,为系统节约能量,提高系统经济性。
本实施例中,优选地,冷却蒸汽的压力值与高压端31端部的压力值之间具有预设偏差值,冷却蒸汽的压力值为P,高压端31端部的压力值为P1,预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。换言之,本实施例中,引入的冷却蒸汽的压力能级可以与待冷却区域3高压端31端部压力能级相匹配,即冷却蒸汽的压力值P与待冷却区域3高压端31端部的压力值P1相等;引入的冷却蒸汽的压力能级也可以位于待冷却区域3高压端31端部压力能级附近,即允许冷却蒸汽的压力值P与待冷却区域3高压端31端部的压力值P1之间存在预设偏差值ΔP。如图2中箭头所示,当冷却蒸汽的压力值P等于或略低于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,冷却蒸汽从高压端31的端部位置处进入待冷却区域3后,将全部向待冷却区域3低压端32(向左)流动,几乎没有向待冷却区域3高压端31外侧(向右)的流动;在冷却蒸汽的压力值P略低于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,会存在少量待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽参混向左流动的情况;当冷却蒸汽的压力值P略高于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,则会存在少量冷却蒸汽向右流动混参的情况。但上述各种情况下,冷却蒸汽在进入待冷却区域3高压端31端部后,均能起到有效隔绝待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽的作用,并向待冷却区域3低压端32一侧流动进行冷却。即,通过在待冷却区域3高压端31端部位置处引入相似压力能级的冷却蒸汽,能隔绝待冷却区域3高压端31外侧高温蒸汽,有效对待冷却区域3进行冷却。
本实施例中,引入的冷却蒸汽的压力值P与高压端31端部的压力值P1之间存在的预设偏差值ΔP的大小并不局限,优选地,预设偏差值ΔP满足:0≤ΔP≤10%P1,更优地,ΔP=5%P1。例如,待冷却区域3高压端31端部的压力值P1为10MPa、温度值为600℃,待冷却区域3低压端32端部的压力值P2为4MPa、温度值为450℃,则选择的冷却蒸汽的参数可以为:压力值P为10.5MPa、温度值为500℃。
在一种实施方式中,冷却蒸汽的引入可以采用内部引流的方式,此时,孔道在汽缸1内部延伸并与汽缸1的通流级相连通,所述通流级为蒸汽参数与所需要的冷却蒸汽参数相匹配的通流级。由此,通过孔道可将本汽缸1内部通流级间合适的低温蒸汽作为冷却蒸汽引入本汽缸1的待冷却区域3,对待冷却区域3处的汽缸1和转子2进行冷却。
在另一种实施方式中,冷却蒸汽的引入可以采用外部引流的方式,此时,孔道贯穿汽缸1并与外部管道相连通,通过外部管道向孔道内输送冷却蒸汽,冷却蒸汽的来源可以是锅炉加热蒸汽,或者是前汽缸的排汽,或者是本汽缸通流级间合适参数的蒸汽,亦或者是前汽缸排汽和本汽缸通流级间蒸汽二者的混参蒸汽。
进一步,采用外部引流的方式时,可以在外部管道上设置逆止阀。通过逆止阀,一方面可以防止蒸汽倒流,有效避免下游的高温蒸汽(待冷却区域3内的高温蒸汽)在变化、异常或极端工况下通过孔道和外部管道逆向流动倒灌进入低温区域,防止汽缸1由此产生不必要的变形,保证汽轮机寿命设计。另一方面,逆止阀的存在使得冷却系统前后压差的设计可以合理减小,进一步确保在待冷却区域3高压端31端部位置处引入相似压力能级的冷却蒸汽的可行性。
进一步,采用外部引流的方式时,可以在外部管道上设置节流装置,节流装置设于逆止阀的下游,用于调节冷却蒸汽流量,匹配压力,以合理利用蒸汽。优选地,节流装置可以为节流阀。
本实施例的汽轮机冷却系统在设计时,可以通过以下步骤进行:
步骤1、基于汽轮机汽缸1和转子2低压高温区域的蠕变寿命计算,确定该区域为待冷却区域3,需要合理冷却汽流进行冷却。
步骤2、基于待冷却区域3蒸汽参数,分析并确定汽轮机系统中合适位置的高压低温蒸汽作为冷却蒸汽。
步骤3、结合待冷却区域3蒸汽参数和结构设计及选好的冷却蒸汽参数,分析并确定所需冷却蒸汽量。
步骤4、根据设计参数,可选择性地选型可靠的逆止阀和节流装置。
步骤5、对整个冷却系统进行考核计算,汽缸1和转子2寿命满足30年设计寿命要求。
本实施例还提供一种汽轮机冷却方法。本实施例的汽轮机冷却方法可以通过本实施例的上述汽轮机冷却系统实现。
参见图2,本实施例的汽轮机冷却方法用于对汽缸1和转子2间的待冷却区域3进行冷却,待冷却区域3具有压力较低的低压端32和压力较高的高压端31,且高压端31一侧的温度较高,低压端32一侧的温度较低。在高压端31端部位置处引入冷却蒸汽,冷却蒸汽的压力值允许冷却蒸汽进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动,冷却蒸汽的温度值则满足在冷却蒸汽从高压端31向低压端32流动的过程中能够与待冷却区域3产生热交换且吸收热量,从而对待冷却区域3处的汽缸1和转子2进行冷却。
本实施例的上述汽轮机冷却方法,将冷却蒸汽进入待冷却区域3的位置设置在待冷却区域3高压端31的端部位置处,引入的冷却蒸汽的压力值只需要使得冷却蒸汽能够进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动即可,因此冷却蒸汽可选择压力能级位于待冷却区域3高压端31端部压力能级附近的蒸汽,相较现有技术中的冷却蒸汽压力必须大于待冷却区域高压端端部压力以使其能够从待冷却区域的中部位置向高压端流动,采用本实施例的汽轮机冷却方法能够有效降低所需冷却蒸汽的压力能级;同时,冷却蒸汽从高压端31的端部位置处进入待冷却区域3内并从高压端31向低压端32流动,可对待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽起到隔离作用,因而只需考虑向低压端32一侧的密封和冷却,所需冷却蒸汽的流量因此可以合理减小。故,本实施例的汽轮机冷却方法能够有效避免汽轮机系统中高品质蒸汽的浪费,为系统节约能量,提高系统经济性。
优选地,本实施例的汽轮机冷却方法中,冷却蒸汽的压力值与高压端31端部的压力值之间具有预设偏差值,冷却蒸汽的压力值为P,高压端31端部的压力值为P1,预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。换言之,本实施例中,引入的冷却蒸汽的压力能级可以与待冷却区域3高压端31端部压力能级相匹配,即冷却蒸汽的压力值P与待冷却区域3高压端31端部的压力值P1相等;引入的冷却蒸汽的压力能级也可以位于待冷却区域3高压端31端部压力能级附近,即允许冷却蒸汽的压力值P与待冷却区域3高压端31端部的压力值P1之间存在预设偏差值ΔP。如图2中箭头所示,当冷却蒸汽的压力值P等于或略低于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,冷却蒸汽从高压端31的端部位置处进入待冷却区域3后,将全部向待冷却区域3低压端32(向左)流动,几乎没有向待冷却区域3高压端31外侧(向右)的流动;在冷却蒸汽的压力值P略低于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,会存在少量待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽参混向左流动的情况;当冷却蒸汽的压力值P略高于待冷却区域3高压端31端部的压力值P1时,则会存在少量冷却蒸汽向右流动混参的情况。但上述各种情况下,冷却蒸汽在进入待冷却区域3高压端31端部后,均能起到有效隔绝待冷却区域3高压端31外侧的高温蒸汽的作用,并向待冷却区域3低压端32一侧流动进行冷却。即,通过在待冷却区域3高压端31端部位置处引入相似压力能级的冷却蒸汽,能隔绝待冷却区域3高压端31外侧高温蒸汽,有效对待冷却区域3进行冷却。
本实施例的汽轮机冷却方法中,引入的冷却蒸汽的压力值P与高压端31端部的压力值P1之间存在的预设偏差值ΔP的大小并不局限,优选地,预设偏差值ΔP满足:0≤ΔP≤10%P1,更优地,ΔP=5%P1。例如,待冷却区域3高压端31端部的压力值P1为10MPa、温度值为600℃,待冷却区域3低压端32端部的压力值P2为4MPa、温度值为450℃,则选择的冷却蒸汽的参数可以为:压力值P为10.5MPa、温度值为500℃。
本实施例的汽轮机冷却方法中,冷却蒸汽的引入方式并不局限,可以采用外部引流的方式,也可以采用内部引流的方式。所述外部引流方式和内部引流方式可以为本实施例的汽轮机冷却系统中提供的外部引流方式和内部引流方式,此处不再赘述。
综上所述,本实施例的汽轮机冷却系统和汽轮机冷却方法,通过调整冷却蒸汽的引入位置和压力能级,在待冷却区域3高压端31的端部位置处引入相似压力能级的冷却蒸汽,以隔绝待冷却区域3高压端31外侧高温蒸汽,并对待冷却区域3进行冷却,能够有效降低所需冷却蒸汽的压力能级,并且,只需考虑向待冷却区域3低压端32一侧的密封和冷却,所需冷却蒸汽的流量因此可以合理减小,因此能够有效避免汽轮机系统中高品质蒸汽的浪费,为系统节约能量,提高系统经济性。
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)
1.一种汽轮机冷却系统,包括转子(2)和套设在所述转子(2)外部的汽缸(1),所述汽缸(1)与所述转子(2)间具有待冷却区域(3),其特征在于,所述待冷却区域(3)具有压力较低的低压端(32)和压力较高的高压端(31),所述汽缸(1)设有用于引入冷却蒸汽的孔道,所述孔道在所述高压端(31)端部位置处与所述待冷却区域(3)相连通,所述冷却蒸汽的压力值允许所述冷却蒸汽进入所述待冷却区域(3)内并从所述高压端(31)向所述低压端(32)流动。
2.根据权利要求1所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述冷却蒸汽的压力值与所述高压端(31)端部的压力值之间具有预设偏差值,所述冷却蒸汽的压力值为P,所述高压端(31)端部的压力值为P1,所述预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。
3.根据权利要求2所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述预设偏差值满足:0≤ΔP≤10%P1。
4.根据权利要求1所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述孔道贯穿所述汽缸(1)并与外部管道相连通,所述外部管道向所述孔道内输送所述冷却蒸汽。
5.根据权利要求4所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述外部管道上设有逆止阀。
6.根据权利要求4所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述外部管道上设有节流装置。
7.根据权利要求1所述的汽轮机冷却系统,其特征在于,所述孔道在所述汽缸(1)内部延伸并与所述汽缸(1)的通流级相连通。
8.一种汽轮机冷却方法,用于对汽缸(1)和转子(2)间的待冷却区域(3)进行冷却,其特征在于,所述待冷却区域(3)具有压力较低的低压端(32)和压力较高的高压端(31),在所述高压端(31)端部位置处引入冷却蒸汽,所述冷却蒸汽的压力值允许所述冷却蒸汽进入所述待冷却区域(3)内并从所述高压端(31)向所述低压端(32)流动。
9.根据权利要求8所述的汽轮机冷却方法,其特征在于,所述冷却蒸汽的压力值与所述高压端(31)端部的压力值之间具有预设偏差值,所述冷却蒸汽的压力值为P,所述高压端(31)端部的压力值为P1,所述预设偏差值为ΔP,且满足:P=P1±ΔP。
10.根据权利要求9所述的汽轮机冷却方法,其特征在于,所述预设偏差值满足:0≤ΔP≤10%P1。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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