CN114508393A - 甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机 - Google Patents

甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甩负荷时轴向推力为零的汽缸，包括转子、内缸和外缸，内缸设置于外缸内；所述外缸的两内端分别设置漏汽腔室和排汽腔室，漏汽腔室和排汽腔室处的转子直径相同；所述内缸与外缸之间设置夹层，通过夹层连通漏汽腔室和排汽腔室；所述转子上设置位于转子和内缸之间的动叶，内缸设置与动叶配合的静叶；所述内缸设有进汽腔室，进汽腔室通过动叶、静叶连通排汽腔室，进汽腔室通过内缸和转子之间的漏汽通道连通漏汽腔室。采用本发明的甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机，在甩负荷时轴向推力为零，对应的甩负荷时推力轴承的受力大幅减轻，可提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。

Description

甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机
技术领域
本发明涉及一种甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机，属于汽轮机技术领域。
背景技术
随着现代电网大型化及环境保护要求的日益严格，以及电力市场的开发与竞争激烈，对发电厂的运行灵活性提出了更高的期望，目前已有更多的燃煤蒸汽轮机以及燃汽-蒸汽轮机联合循环电厂被要求频繁启停参与调峰，光热汽轮机更是需要频繁启停。
但是传统的汽轮机停机时，甩负荷时轴向推力不为零，对应的甩负荷时推力轴承的受力较大，频繁启停汽轮机会对汽轮机的运行安全造成隐患。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供甩负荷时轴向推力为零的汽缸、一次及二次再热汽轮机，本发明在甩负荷时轴向推力为零，对应的甩负荷时推力轴承的受力大幅减轻，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
本发明采用的技术方案如下：
一种甩负荷时轴向推力为零的汽缸，包括转子、内缸和外缸，内缸设置于外缸内；
所述外缸的两内端分别设置漏汽腔室和排汽腔室，漏汽腔室和排汽腔室处的转子直径相同；
所述内缸与外缸之间设置夹层，通过夹层连通漏汽腔室和排汽腔室；
所述转子上设置位于转子和内缸之间的动叶，内缸设置与动叶配合的静叶；
所述内缸设有进汽腔室，进汽腔室通过动叶、静叶连通排汽腔室，进汽腔室通过内缸和转子之间的漏汽通道连通漏汽腔室。
本发明的汽缸通过夹层连通漏汽腔室和排汽腔室，在甩负荷后的瞬间，外缸以内的蒸汽处于闷缸状态，即外缸以内的蒸汽压力可近似认为是相同的。而轴向推力＝蒸汽压力×受力面积，而在本发明中通过设置漏汽腔室和排汽腔室处的转子直径相同，就能够使轴向向左和轴向向右的受力面积相同，从而使转子受到向左和向右的轴向推力相同而抵消，从而达到在甩负荷时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
作为优选，所述内缸为整体式结构。
作为优选，沿进汽腔室到排汽腔室方向，动叶和静叶的半径依次变大。
作为优选，沿进汽腔室到排汽腔室方向，内缸的内径依次变大。
在上述方案中，蒸汽从进汽腔室到排汽腔室过程中，蒸汽体积会不断膨胀，从而动叶和静叶的尺寸不断变大，以适应不断膨胀的蒸汽。
作为优选，所述进汽腔室的出口朝向动叶和静叶。
作为优选，动叶和漏汽通道处，转子的直径大于排汽腔室处的转子。
一种甩负荷时轴向推力为零的一次再热汽轮机，使用上述的汽缸作为高压缸，包括依次设置的高压缸、中压缸和低压缸；
锅炉通过高压进汽管连通高压缸；
高压缸通过高压排汽管连通锅炉再热器，锅炉再热器通过中压进汽管连通中压缸；
中压缸通过连通管连通低压缸。
在本发明中，锅炉出来的新蒸汽通过高压进汽管进入高压缸，高压缸的排汽通过高压排汽管进入锅炉再热器，经过锅炉再热器加热后，再热蒸汽通过中压进汽管进入中压缸，中压缸的排汽通过连通管进入低压缸，低压缸的排汽进入凝汽器或其他装置。由于使用上述汽缸作为高压缸，在甩负荷时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
作为优选，所述高压缸和中压缸为单流程汽缸，低压缸为双流程汽缸；高压缸的蒸汽流动方向与中压缸的蒸汽流动方向相反。
在上述方案中，通过上述设置能够使汽轮机在运行过程中，高压缸和中压缸的轴向推力相互抵消，从而降低运行过程中推力轴承的受力。
作为优选，所述高压缸和中压缸采用分缸布置。
作为优选，所述高压进汽管和中压进汽管上均设置主汽阀和调节阀。
一种甩负荷时轴向推力为零的二次再热汽轮机，使用上述的汽缸作为超高压缸和高压缸，包括依次设置的超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；
锅炉通过超高压进汽管连通超高压缸；
超高压缸通过超高压排汽管连通锅炉一次再热器，锅炉一次再热器通过高压进汽管连通高压缸；
高压缸通过高压排汽管连通锅炉二次再热器，锅炉二次再热器通过中压进汽管连通中压缸；
中压缸通过连通管连通低压缸。
在本发明中，锅炉出来的新蒸汽通过超高压进汽管进入超高压缸，超高压缸的排汽通过超高压排汽管进入锅炉一次再热器，经过锅炉一次再热器加热后，再热蒸汽通过高压进汽管进入高压缸，高压缸的排汽通过高压排汽管进入锅炉二次再热器，经过锅炉二次再热器加热后，再热蒸汽通过中压进汽管进入中压缸，中压缸的排汽通过连通管进入低压缸，低压缸的排汽进入凝汽器或其他装置。由于使用上述汽缸作为高压缸，在甩负荷时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
本领域技术人员应该知晓，本发明中所述的超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸只是压力不同的区别，而不是指汽缸内压力为超高压或高压。
作为优选，所述超高压缸和高压缸为单流程汽缸，中压缸和低压缸为双流程汽缸；超高压缸的蒸汽流动方向与高压缸的蒸汽流动方向相反。
在上述方案中，通过上述设置能够使汽轮机在运行过程中，高压缸和中压缸的轴向推力相互抵消，从而降低运行过程中推力轴承的受力。
作为优选，所述超高压缸、高压缸和中压缸采用分缸布置。
作为优选，所述超高压进汽管、高压进汽管和中压进汽管上均设置主汽阀和调节阀。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：在甩负荷时轴向推力为零，对应的甩负荷时推力轴承的受力大幅减轻，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是汽缸的结构示意图；
图2是一次再热汽轮机的示意图；
图3是二次再热汽轮机的示意图；
图4-图5是推力为零的示意图。
图中标记：1-外缸，2-内缸，3-转子，4-排汽腔室，5-漏汽腔室，6-动叶，7-静叶，8-漏汽通道，9-夹层，10-进汽腔室，11-超高压缸，12-高压缸，11-中压缸，14-低压缸，15-锅炉，16-锅炉一次再热器，17-锅炉二次再热器，18-锅炉再热器，19-主汽阀，20-调节阀，11a-超高压进汽管，11b-超高压排汽管，12a-高压进汽管，12b-高压排汽管，13a-中压进汽管，14a-连通管。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种甩负荷时轴向推力为零的汽缸，包括转子3、内缸2和外缸1，内缸2设置于外缸1内，内缸2为整体式结构；
外缸1的两内端分别设置漏汽腔室5和排汽腔室4，漏汽腔室5和排汽腔室4处的转子3直径相同，即图1中DK1＝DK2；
内缸2与外缸1之间设置夹层9，通过夹层9连通漏汽腔室5和排汽腔室4；
转子3上设置位于转子3和内缸2之间的动叶6，内缸2设置与动叶6配合的静叶7；沿进汽腔室10到排汽腔室4方向，动叶6和静叶7的半径依次变大，内缸2的内径依次变大；
内缸2设有进汽腔室10，进汽腔室10通过动叶6、静叶7连通排汽腔室4，进汽腔室10通过内缸2和转子3之间的漏汽通道8连通漏汽腔室5；进汽腔室10的出口朝向动叶6和静叶7；动叶6和漏汽通道8处，转子3的直径大于排汽腔室4处的转子3。
蒸汽通过进汽管道进入进汽腔室10，蒸汽通过动叶6做功带动转子3转动后来到排汽腔室4排出，部分蒸汽通过漏汽通道8来到漏汽腔室5，然后会有部分蒸汽通过连通的夹层9来到排汽腔室4，减少漏汽量。
本实施例的汽缸通过夹层9连通漏汽腔室5和排汽腔室4，在甩负荷后的瞬间，外缸1以内的蒸汽处于闷缸状态，即外缸1以内的蒸汽压力可近似认为是相同的；通过设置漏汽腔室5和排汽腔室4处的转子3直径相同，就能够使轴向向左和轴向向右的受力面积相同，蒸汽压力和受力面积都相同，从而转子3受到向左和向右的轴向推力相同而抵消，从而达到在甩负荷时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
受力面积包括动叶和转子的轴向面积，其中动叶上轴向向左和轴向向右的受力面积相同互相抵消；对于转子上的受力面积，轴向向右的面积为a+c，轴向向左的面积为b+d；如图4所示，当排汽腔室和漏汽腔室旁转子台阶直径相同时，即DK1＝DK2时，a＝d，b＝c，则轴向受力面积a+c＝b+d；如图5所示，当排汽腔室和漏汽腔室旁转子台阶直径不同时，其中虚线为直径低处转子的等直径线，a被虚线分为a1和a2，b被虚线分为b1和b2，当排汽腔室和漏汽腔室旁转子台阶直径相同时，即DK1＝DK2时，a1＝d，b1＝c，a2＝b2，则轴向受力面积a1+a2+c＝b1+b2+d，即a+c＝b+d；即漏汽腔室和排汽腔室处转子直径DK1＝DK2时，轴向向左和轴向向右的受力面积总相等。
轴向推力＝蒸汽压力×受力面积，包括轴向向左和轴向向右的推力。对于本实施例来说，通过设置夹层连通漏汽腔室和排汽腔室，从而在甩负荷时外缸内的蒸汽压力是相同的；而漏汽腔室和排汽腔室处转子直径DK1＝DK2时，轴向向左和轴向向右的受力面积总相等；在该设置下，轴向向左推力等于轴向向右推力，使甩负荷时轴向推力为零。
实施例2
如图2所示，一种甩负荷时轴向推力为零的一次再热汽轮机，使用上述的汽缸作为高压缸12，包括依次设置的高压缸12、中压缸11和低压缸14，高压缸12和中压缸11采用分缸布置；
锅炉15通过高压进汽管12a连通高压缸12；
高压缸12通过高压排汽管12b连通锅炉再热器18，锅炉再热器18通过中压进汽管13a连通中压缸11；
中压缸11通过连通管14a连通低压缸14；
高压缸12和中压缸11为单流程汽缸，低压缸14为双流程汽缸；高压缸12的蒸汽流动方向与中压缸11的蒸汽流动方向相反；高压进汽管12a和中压进汽管13a上均设置主汽阀19和调节阀20。
在本实施例中，锅炉15出来的新蒸汽通过高压进汽管12a进入高压缸12，高压缸12的排汽通过高压排汽管12b进入锅炉再热器18，经过锅炉再热器18加热后，再热蒸汽通过中压进汽管13a进入中压缸11，中压缸11的排汽通过连通管14a进入低压缸14，低压缸14的排汽进入凝汽器或其他装置。由于使用上述汽缸作为高压缸12，在甩符合时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。
实施例3
如图3所示，一种甩负荷时轴向推力为零的二次再热汽轮机，使用上述的汽缸作为超高压缸11和高压缸12，包括依次设置的超高压缸11、高压缸12、中压缸11和低压缸14，超高压缸11、高压缸12和中压缸11采用分缸布置；
锅炉15通过超高压进汽管11a连通超高压缸11；
超高压缸11通过超高压排汽管11b连通锅炉一次再热器16，锅炉一次再热器16通过高压进汽管12a连通高压缸12；
高压缸12通过高压排汽管12b连通锅炉二次再热器17，锅炉二次再热器17通过中压进汽管13a连通中压缸11；
中压缸11通过连通管14a连通低压缸14；
超高压缸11和高压缸12为单流程汽缸，中压缸11和低压缸14为双流程汽缸；超高压缸11的蒸汽流动方向与高压缸12的蒸汽流动方向相反；超高压进汽管11a、高压进汽管12a和中压进汽管13a上均设置主汽阀19和调节阀20。
在本实施例中，锅炉15出来的新蒸汽通过超高压进汽管11a进入超高压缸11，超高压缸11的排汽通过超高压排汽管11b进入锅炉一次再热器16，经过锅炉一次再热器16加热后，再热蒸汽通过高压进汽管12a进入高压缸12，高压缸12的排汽通过高压排汽管12b进入锅炉二次再热器17，经过锅炉二次再热器17加热后，再热蒸汽通过中压进汽管13a进入中压缸11，中压缸11的排汽通过连通管14a进入低压缸14，低压缸14的排汽进入凝汽器或其他装置。由于使用上述汽缸作为高压缸12，在甩负荷时轴向推力为零，大幅减轻甩负荷时推力轴承的受力，提高汽轮机在频繁停机过程中的运行安全性。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：包括转子(3)、内缸(2)和外缸(1)，内缸(2)设置于外缸(1)内；
所述外缸(1)的两内端分别设置漏汽腔室(5)和排汽腔室(4)，漏汽腔室(5)和排汽腔室(4)处的转子(3)直径相同；
所述内缸(2)与外缸(1)之间设置夹层(9)，通过夹层(9)连通漏汽腔室(5)和排汽腔室(4)；
所述转子(3)上设置位于转子(3)和内缸(2)之间的动叶(6)，内缸(2)设置与动叶(6)配合的静叶(7)；
所述内缸(2)设有进汽腔室(10)，进汽腔室(10)通过动叶(6)、静叶(7)连通排汽腔室(4)，进汽腔室(10)通过内缸(2)和转子(3)之间的漏汽通道(8)连通漏汽腔室(5)。
2.如权利要求1所述的甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：所述内缸(2)为整体式结构。
3.如权利要求1所述的甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：沿进汽腔室(10)到排汽腔室(4)方向，动叶(6)和静叶(7)的半径依次变大。
4.如权利要求3所述的甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：沿进汽腔室(10)到排汽腔室(4)方向，内缸(2)的内径依次变大。
5.如权利要求1所述的甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：所述进汽腔室(10)的出口朝向动叶(6)和静叶(7)。
6.如权利要求1所述的甩负荷时轴向推力为零的汽缸，其特征在于：动叶(6)和漏汽通道(8)处，转子(3)的直径大于排汽腔室(4)处的转子(3)。
7.一种甩负荷时轴向推力为零的一次再热汽轮机，使用权利要求1-6任一项所述的汽缸作为高压缸(12)，其特征在于：包括依次设置的高压缸(12)、中压缸(11)和低压缸(14)；
锅炉(15)通过高压进汽管(12a)连通高压缸(12)；
高压缸(12)通过高压排汽管(12b)连通锅炉再热器(18)，锅炉再热器(18)通过中压进汽管(13a)连通中压缸(11)；
中压缸(11)通过连通管(14a)连通低压缸(14)。
8.如权利要求7所述的甩负荷时轴向推力为零的一次再热汽轮机，其特征在于：所述高压缸(12)和中压缸(11)为单流程汽缸，低压缸(14)为双流程汽缸；高压缸(12)的蒸汽流动方向与中压缸(11)的蒸汽流动方向相反。
9.一种甩负荷时轴向推力为零的二次再热汽轮机，使用权利要求1-6任一项所述的汽缸作为超高压缸(11)和高压缸(12)，其特征在于：包括依次设置的超高压缸(11)、高压缸(12)、中压缸(11)和低压缸(14)；
锅炉(15)通过超高压进汽管(11a)连通超高压缸(11)；
超高压缸(11)通过超高压排汽管(11b)连通锅炉一次再热器(16)，锅炉一次再热器(16)通过高压进汽管(12a)连通高压缸(12)；
高压缸(12)通过高压排汽管(12b)连通锅炉二次再热器(17)，锅炉二次再热器(17)通过中压进汽管(13a)连通中压缸(11)；
中压缸(11)通过连通管(14a)连通低压缸(14)。
10.如权利要求9所述的甩负荷时轴向推力为零的二次再热汽轮机，其特征在于：所述超高压缸(11)和高压缸(12)为单流程汽缸，中压缸(11)和低压缸(14)为双流程汽缸；超高压缸(11)的蒸汽流动方向与高压缸(12)的蒸汽流动方向相反。
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