CN1474907A - 用于涡轮发电机的引入结构和固定法兰 - Google Patents

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Abstract

一种用于在循环介质的循环作业中连接涡轮发电机的引入结构。上述的涡轮发电机(1)具有封闭在一个共同的壳体构件(20，30)内的一个涡轮(11)、一个发电机(13)以及一个可能有的供给泵(12)，上述的壳体构件(20，30)具有：至少一个用于导引热的蒸汽态的循环介质(8)进入涡轮(11)的第一导管；一个用于导引循环介质(9)排出涡轮(11)的第二导管(25)；和一个用于导引冷的液态循环介质(10a)进入例如供给泵(12)的第三导管(24)。该第三导管(24)具有一个最好是同心地设置在具有管形通道(26)的第二导管(25)周围的环形通道(23)。第一导管(21)具有一个最好同心地设置在第二导管(25)与第三导管(24)的环形通道(23)之间的环形通道(22)。安置上述引入结构的固定法兰(20)具有一个由压力介质控制的封闭阀(28)，该封闭阀使第二导管(25)的管形通道(26)通常保持在打开状态，并在壳体(30)分离时保持在封闭状态，上述的封闭阀(28)安置在管形通道(26)内。

Description

用于涡轮发电机的引入结构和固定法兰
本发明涉及用于在循环介质的循环过程中连接涡轮发电机的引入结构。本发明还涉及用于在循环介质的循环过程中可拆卸地连接涡轮发电机以便于维修的固定法兰。
气密的高速涡轮发电机是众所周知的，其气密性能基于其涡轮、发电机以及最好还有的供给泵都安装在同一轴上并且都装在一个共同的壳体内，其中，例如从转动轴密封件的外部漏泄是可避免的，而仅仅可能的是上述各部件之间的内部漏泄，换言之，这种涡轮发电机外部是气密的。芬兰专利出版物FI 66234公开了一种公知的涡轮发电机，它是用来将热能转换成电能的装置。在该作业中所用的循环介质在热的锅炉中汽化，从锅炉导入涡轮，在涡轮中膨胀，再流入一冷凝器。该涡轮使发电机转动，通过公知的方法，例如由异步电机产生高频电流。该循环介质从上述冷凝器被导入一供给泵，再返回上述锅炉。芬兰专利申请FI 904720提出了另一种公知的涡轮发电机的作业，其中，涡轮发电机的支承系统也采用上述的循环介质作为润滑剂。
来自锅炉等的高温汽化的循环介质和来自冷凝器的冷却循环介质都必须被引入涡轮发电机的壳体内。而且，膨胀的循环介质必须通过该壳体从涡轮被导入一回流换热器或直接导入该冷凝器内。上述的锅炉、冷凝器和回流换热器是与涡轮发电机分开的装置，它们之间通常由管形通道来连接。涡轮发电机通常有一个圆形的端部法兰，该法兰用螺栓固定连接到圆筒形壳体上，让循环介质通过它。该端部法兰还备有必需的管接头，以便用例如螺纹连接固定上述的管形通道。为了获得可靠的气密，上述管形通道常采用焊接法互相连接。
上述端部法兰的问题尤其在于法兰连接的气密性。根据LavjolaJ.，Lindgren O.，Vakkilainen E.所著出版物“Shkhukkalmmst”No.D：194，1991，贸易与工业部能源局赫尔辛基，业已在实践中发现，汽化的循环介质的入口由于热位移而特别容易漏泄。这是发电技术中公知的问题。在涡轮发电机中，上述的热位移对输送汽化的和膨胀的循环介质的热的引入导管尤其有损害。
当所用循环介质是除水以外的介质而且在涡轮发电机的功率较低时，气密特性就尤为重要，因为漏泄不会使成本显著提高和造成功率显著减小。根据Jokinen T.，Larjola J.，Mikhaltser I.，所著的论文“科研潜水艇的动力装置”，电动船舶国际会议文集，伊斯坦布尔，1998.9.1.P114～118，在漏泄可能造成设备本身损伤的特定情况下，气密特性尤其重要。
另外，众所周知，法兰接头或其他引入导管和渗漏处是以焊缝密封的，那么，很显然，这就会使涡轮发电机的拆卸、重装和维修更加困难得多。
本发明的目的是采用新型的引入导管和新型的固定法兰结构来克服上述的缺点。为了达到此目的，本发明的引入结构的特征为：第三导管包括一个导引循环介质流至例如供给泵，并且最好同心地围绕第二导管安置的环形通道，并且，上述的第一导管包括一个导引循环介质流入供给涡轮并且最好同心地安置在第二导管与第三导管的环形通道之间的环形通道。而本发明的固定法兰的特征为固定法兰包括：至少一个用于导引蒸汽态的热循环介质进入涡轮的第一导管；至少一个用于将循环介质排出涡轮外的第二导管；和至少一个用于导引冷的液态循环介质进入例如供给泵的第三导管，其中该第三导管包括一个可将循环介质导引至例如供给泵并且最好同心地设置在第二导管周围的环形通道，上述的第一导管包括一个可将循环介质导引至供给轮并且最好同心地设置在第二导管与第三导管的环形通道之间的环形通道。所述的特征。
本发明的重要优点是采用尽可能防止漏泄的方式与环流作业的其余部分气封连接，而不采用困难的焊接接头或其他昂贵的专用密封构件进行连接。另一个优点是，尽管由于密封表面的粗糙度和热位移可能发生漏泄，但该漏泄物现在可被导入膨胀的循环介质的流道内，还可被导至冷凝器，这在实践中是几乎没有害处的。因此可以避免有害的系统处的漏泄。
也可以通过焊接方法将管形通道固定在该固定法兰上而防止管形通道漏泄。一个特别的好处是，对于维修工作而言，例如可采用螺栓连接法，现在可快捷、方便且可拆卸地将涡轮发电机固定到上述固定法兰上。因此，该固定法兰可保留在其适当的位置，其焊接接头却不需要打开。在现场维修时，该固定法兰及与它相连接的部件可以同时露出来。固定法兰的封闭阀安置在一个管形通道内，上述封闭阀在该管形通道内是可露出的，便于进行维修，并且可以从管形通道内拆下和取出封闭阀以便例如进行更换。
下面参看附图作为例子详细说明本发明的几个优选实施例，附图中：
图1示出应用涡轮发电机的现有技术的循环作业的原理图；
图2示出本发明的第一优选实施例的与涡轮发电机相连接的引入结构和固定法兰的侧视图；
图3示出本发明的第二优选实施例的引入结构和固定法兰的侧视图。
参看图1，所用的循环介质经过例如锅炉2中的废热能加热汽化后，流入涡轮发电机1的涡轮11内发生膨胀，并在回流换热器3(如果在系统内设置这种回流换热器3的话)内冷却，然后流至冷凝器4内冷凝，冷凝器4内的冷凝剂是例如生水或空气。涡轮发电机1的供给泵12将循环介质直接泵回到锅炉2或通过回流换热器3泵回到锅炉2。系统中通常还有一个预给泵5。由涡轮发电机1内的发电机13产生的高频电流14通过公知的电路7按所需方式形成例如适合于普通电网的标准电流6。上述的发电机13是一种所谓的同步电机或异步电机，其中，从例如电路7获得的用于发电机13的转子或定子的磁化或者说磁化电流按公知的相应方式分布。按照气密密封涡轮发电机1的原理，将涡轮11、发电机13的转子和供给泵12安置在一根连接轴15上，它们都位于涡轮发电机1的连接壳体内，该壳体上又设置有例如发电机13的定子和轴15所需的轴承，并且具有多个必需的引入导管，这些导管至少用于连接电导线14、引入汽化的循环介质8的管形通道、排出膨胀的循环介质9的管形通道、以及连接循环介质进入供给泵的管形通道10a和退出供给泵的管形通道10b。
涡轮发电机1采用一种公知的经流式涡轮，该涡轮安装在轴承(例如止推轴承)上，轴承中用作支承表面的支承气膜层或液膜层从循环介质中获得。还有各种普通的磁性轴承。供给泵12是一种例如单相涡轮泵，其漏泄流可返回至冷凝器内。
图2较详细地示出一种高速的涡轮发电机1，它具有一个供给泵12，并通过固定法兰20与该系统的其余部分相连接。涡轮11、发电机13和供给泵12安装在同一轴15上，它们按相同的转速绕同一旋转轴线X转动。使涡轮11转动的气流大致沿径向向着旋转轴线X流过涡轮11，并且大致沿轴向向着固定法兰20离开涡轮11。涡轮发电机1的液流和气流8、9、10a和10b(见图1)被导引而通过固定法兰20。通过一个独立的环形通道23以气密的方式封闭较难对付的引入导管21及其环形通道22来实现涡轮发电机1的外部密封(所述的引入导管21内流过汽态的和气态的热的循环介质，而环形通道23则属于流过来自冷凝器4的冷的液态循环介质的引入导管24)。在固定法兰20与涡轮发电机1的壳体件30的支架之间的密封中，使用例如环形密封圈来密封两侧的通道23。壳体的部件20和30一起构成封闭涡轮发电机1的壳体构件，并被几个引入导管穿过。在通道22内，有一个金属的环形密封圈22c，该密封圈22c(虽然是冷态的)可能由于存留的热位移而发生漏泄。漏泄物被导入设置在中央的流过膨胀气体的引入导管25、并导入管形通道26，再进入冷凝器4，其中漏泄的气体仍留在循环通路中且不能流到系统之外。
参看图3。固定法兰20具有一个大致平坦的密封表面20a，该表面20a朝着涡轮发电机1的壳体件30，并将其封闭。在本实施例中，表面20a是大致为圆环形的平面，主要位于围绕管件27之端部的套环27b上。引入导管21、24、25通常以气密的方式在表面20a上形成多个孔口，这些孔口位于并且面对着涡轮发电机1的相应的孔口、通道或槽路。管形通道26位于中心轴线X上，并由呈横向平面的环形通道22所包围。通道22在套环27b的另一侧面上即相对于表面20a的反面20b上形成，并由盖子22a盖住，该盖子也与管形通道系统相连接。因此，通道22的底部位于距密封表面20a一定距离处，从底部伸出几个沿圆周分布的轴向钻孔22b以使蒸汽均匀分布。管形通道26与钻孔22b由金属环形圈22c隔开。参看图2，环形通道22也由在密封表面20a上形成的环形通道23所包围。钻孔22b与通道23由环形圈22d隔开。
中心思想在于，要使输送压力较低的冷的流体的环形通道23位于输送热的循环介质的通道22和26之外围。由于输送冷的液态循环介质的引入导管24可由合适的环形圈(具体说是环形圈23a)有效地密封，所以整个系统可以做到从外部完全密封。输送热流体的引入导管21、25可能发生的漏泄，通过管形通道26漏入冷凝器4即漏入系统之中，这实际上是无害的。进来的和返回的冷的液态循环介质也可通过引入导管24沿两个方向输送到其他的例如与涡轮发电机相连接的部件。另外，固定法兰20除了具有引入导管24以外还可具有其他的引入导管。
通道23的一部分在法兰20内形成，另一部分在壳体件30内形成，这两半拉彼此紧靠而构成环形通道23。另外，通道23也可以只在法兰20上形成，就像一个在表面20a上切成的凹槽，并由位于壳体件30上的相应的密封表面来封闭。壳体件30的例如对着固定连接用的套环27b设置的套环部分也具有一个通道或者例如一个伸至供给泵12的管形通道。参看图3，在壳体件30的相应密封表面上整个地形成环形的槽路，就像例如由表面20a封闭的切出的凹槽，在该凹槽内，冷却循环介质与表面20a相接触，并使法兰20冷却。循环介质的入口24a和出口24b最好位于径向两端处，互相隔开一定距离。沿轴向方向，各环形通道也互相隔开一定距离。通道23由环形圈23a密封之。在最外围有一个环形连接件29，并可能还有其他的用于输送压力较低的冷却循环介质的引入导管。在密封表面20a的环形槽内设置有环形圈289和导流盘281的边缘。显然，也可将带有环形圈和凹槽的密封件22b、22c、22d和23a设置在壳体件30上。各密封表面上做出连接引入导管的并被上述密封件密封的孔口。
环形通道22和23各自位于大致垂直于中心轴线X的平面内，管形通道26则平行于中心轴线X。密封表面20a也大致垂直于中心轴线X，它也可由几个位于不同平面上的环形表面组成。环形通道22和23最好是同心的，它们也可分别由两个或多个可互相连接而形成一个通道的小的环形通道组成。在本实施例中，通道的横截面形状为矩形，但也可以是其他的形状。环形通道22的圆周直径小于环形通道23的圆周直径，它们之间不设置其他的通道。在本实施例中，环形通道的沿径向的尺寸大于沿轴向的尺寸。管形通道40、50置于套环27b的同一侧面上，所需的钻孔和孔口皆大致平行于中心轴线X。
松开壳体件30与固定法兰20之间的连接件29(通常是螺栓连接)可将涡轮发电机1拆开以便进行维修。同时，通常也可按公知的松紧接头的方法从各引入导管拆下涡轮发电机1的电连接件。这种电连接件通常设置在壳体件30内。法兰20可按安装和防漏的方式直接焊到回流换热器或冷凝器上。因此，固定法兰20构成上述装置的一部分，并成为安装涡轮发电机1的支承件。法兰20可借助于例如导管25的管件27焊接到上述装置上。进流管形通道40也可按相应的方式焊接到引入导管21上，以确保气密性能。同样地，用于导引循环介质进入供给泵12的管形通道50也可焊接到引入导管24上。其他的导管也可按相应的方式安置在法兰20内，其中一些导管也可焊接在其相应位置上，例如引入管形通道60。
考虑到维修作业方便，蒸汽管和液体管必须通过封闭阀来封闭。为了省去单独设置的封闭阀，在法兰20的通道26内设置一个可由压力介质来控制的盘状的封闭阀28。该封闭阀28可在作业过程中防止冷凝器流干，并可避免冷凝器在作业过程中发生会引起迟延现象的充气。封闭阀28的圆柱形结构的活塞由加压流体控制，该加压流体最好从预供给泵5供入，其特征在于，除了循环介质外，不需要其他的外部压力源。
参看图3。封闭阀28的封闭机构是一种与可控圆柱形的活塞282的活塞杆283相连接的导流盘281。活塞282和活塞杆283同轴安装在管形通道26内的旋转轴线X上，导流盘281可沿轴线X方向往复移动。弹簧机构284(一种受压的断路弹簧)倾向于将活塞282推动至其上部位置(见图2)，该位置是敞开位置，此时，导流盘281在涡轮发电机1内部分地朝着涡轮11移动，并靠近涡轮11。导流盘281的弯曲的下表面281a可导引循环介质，使其转变成沿轴向方向进入管形通道26，这就可省去单独的导引和封闭机构。导流盘的向着涡轮11的上表面281b是凹入面。因此，封闭阀28的导流盘281成为涡轮发电机1的基本部件。在涡轮发电机1松开并打开法兰20之前，可使加压的循环流体从预供给泵流入通道285(这也是一条例如包围管件27的环形通道)。管件27的内表面27a做成可导引循环介质，其中，管形通道26的直径逐渐增大，然后为一恒定值。管件27可以是一件或由多件互相连接而成。从通道285有一个连接机构286可通向管件27和管形通道26，并可通向安装在中央的圆柱形构件287的加压区288。
在本实施例中，圆柱形构件287是一种单作动圆柱形，它的位于活塞一侧的区域与管形通道26相连接，在上述区域内还设置有断路弹簧284。圆柱形构件287的外表面287a做成可导引气流。加压区288的压力作用是作为一种力作用在活塞杆283之一侧的活塞282的环形表面区282a上，上述作用力使活塞282移至图3的闭合位置，在该位置上，缩短的断路弹簧284受压缩。这种力的作用与断路弹簧284的张开的力的作用相反。
封闭阀28的固定在活塞杆283的端部的导流盘281的边缘顶着位于其下表面281a一侧的环形密封圈289，它使管形通道26与冷凝器或回流换热器严密封闭。当涡轮发电机分离时，在冷凝器内便有一个负压，同时，作用在导流盘281上的隔离空气压力可增大封闭阀的气密性。如果例如借助于一个阀关闭通向循环流体管10a的连接机构和/或使上述加压区与一个低压区例如大气区相连通而使上述加压区的压力消除，那么活塞282便受断路弹簧284的强制作用而移回到图2所示的位置，因此，气流具有一条从涡轮发电机1的涡轮11通过管形通道26通向冷凝器或回流换热器的自由通路。按照一个优选实施例，上述的连接机构286具有一个或多个径向的钻孔，其中，管形通道26内的导流叶片280具有一个或多个钻孔。同时，有一个或多个叶片280支承着圆柱形构件287。
本发明并不仅仅限于上述的实施例，而可在所附权利要求书的范围内进行改变。

Claims (14)

1.一种用于在循环介质的循环作业中连接涡轮发电机的引入结构，所述的涡轮发电机(1)包括被包封在一个共同的壳体构件(20、30)内的一个涡轮(11)、一个发电机(13)以及可能还会有一个供给泵(12)，上述的壳体构件(20、30)还包括：至少一个导引热的蒸汽样的循环介质(8)进入涡轮(11)的第一导管(21)；一个导引循环介质(9)排出涡轮(11)的第二导管(25)；和一个用于导引冷却液体循环介质(10a)进入例如供给泵(12)的第三导管(24)，其特征在于，上述的第三导管(24)包括一个导引循环介质流至例如供给泵(12)并且最好同心地围绕第二导管(25)安置的环形通道(23)，并且，上述的第一导管(21)包括一个导引循环介质流入供给涡轮(11)并且最好同心地安置在第二导管(25)与第三导管(24)的环形通道(23)之间的环形通道(22)。
2.根据权利要求1的引入结构，其特征在于，上述的壳体构件(20、30)包括一个壳体件(30)和一个固定于其上的固定法兰(20)，该固定法兰(20)气密地封闭该壳体件(30)，并将涡轮发电机(1)固定就位，其中上述壳体件(30)和固定法兰(20)包括彼此贴靠安置的密封表面(20a)，其中一个或多个环形通道(23)由在一个密封表面(20a)上制出的并由另一个密封表面封闭的环形槽组成，或者由在两个彼此贴靠安置的密封表面上制出的构成均匀的环形通道(23)的环形槽组成。
3.根据权利要求2的引入结构，其特征在于，上述第一导管(21)的环形通道(22)设置在固定法兰(20)内并离密封表面(20a)一个距离，循环介质经钻孔(22b)自环形通道(22)被导至上述密封表面(20a)。
4.根据权利要求2或3的引入结构，其特征在于，上述的密封表面(20a)设有一个处在第二导管(25)与第一导管(21)之间的第一密封件(22c)、一个处在第一导管(21)与第三导管(24)之间的第二密封件(22d)和一个处在第三导管(24)周围的第三密封件(23a)。
5.根据权利要求1～4中任一项的引入结构，其特征在于，上述第二导管(25)包括一个管形通道(26)，上述的环形通道(22，23)设置在一个或几个大致垂直于第二导管(25)的轴向管形通道(26)的平行平面上最好设置在涡轮发电机(1)的共同的旋转轴线(X)上。
6.根据权利要求1～5中任一项的引入结构，其特征在于，上述循环介质经穿通固定法兰(20)的第一钻孔(24a)被供入第三导管(24)的环形通道(23)，并经穿通壳体件(30)的第二钻孔(24b)离开环形通道(23)，其中上述的钻孔(24a，24b)彼此相隔一定距离。
7.根据权利要求1～6中任一项的引入结构，其特征在于，上述的第二导管(25)包括一个管形通道(26)，上述的固定法兰(20)包括一个能被压力介质控制的封闭阀(28)，该封闭阀(28)使第二导管(25)的管形通道(26)保持通常是敞开，并在壳体件(30)分离时使管形通道(26)保持封闭状态，其中上述的封闭阀(28)设置在上述的管形通道(26)内侧。
8.根据权利要求7的引入结构，其特征在于，上述的封闭阀(28)包括一个可前后移动的导流盘(281)，该导流盘(281)处于其第一位置时可以密封地关闭上述的管形通道(26)，当它处于其第二位置时，可以以其形状导引循环介质进入上述管形通道(26)，上述的封闭阀(281)还包括一个由压力介质控制并可移动与它相连接的导流盘(281)的圆柱形构件(282、283)。
9.根据权利要求8的引入结构，其特征在于，上述的封闭阀(28)在受到作为压力介质的循环介质的压力的强制作用而移动时便可封闭并且保持封闭状态，而当它受到弹簧机构(284)的强制作用而移动时便可打开并保持打开状态。
10.根据权利要求7～9中任一项的引入结构，其特征在于，上述的封闭阀(28)由一个或多个导流叶片(280)支承在管形通道(26)内，上述压力介质经在一个或多个导流叶片(280)内制出的钻孔(286)被导入封闭阀(28)内。
11.根据权利要求1～10中任一项的引入结构，其特征在于，上述的固定法兰(20)包括一个在内部设置第二导管(25)的管形件(27)和一个设置在管形件(27)之端部周围的套环(27b)，在该套环(27b)内可至少安置第一导管(21)和至少安置第三导管(24)。
12.一种用来在循环介质的循环作业中可拆卸地连接涡轮发电机以便于维修的固定法兰，其特征在于，上述固定法兰(20)包括：至少一个用于导引蒸汽态的热循环介质(8)进入涡轮(11)的第一导管(21)；至少一个用于将循环介质(9)排出涡轮(11)外的第二导管(25)；和至少一个用于导引冷的液态循环介质(10a)进入例如供给泵(12)的第三导管(24)，其中该第三导管(24)包括一个可将循环介质导引至例如供给泵(12)并且最好同心地设置在第二导管(25)周围的环形通道(23)，上述的第一导管(21)包括一个可将循环介质导引至供给轮(11)并且最好同心地设置在第二导管(25)与第三导管(24)的环形通道(23)之间的环形通道(22)。
13.根据权利要求12的固定法兰，其特征在于，上述的第二导管(25)包括一个管形通道(26)，上述固定法兰(20)包括一个可由加压力介质控制的封闭阀(28)，该阀(28)可使第二导管(25)的管形通道通常保持在打开状态，并在涡轮发电机(1)分离时保持封闭状态，上述的封闭阀(28)安置在管形通道(26)内。
14.根据权利要求12或13的固定法兰，其特征在于，上述的固定法兰(20)包括一个朝向涡轮发电机(1)的密封表面(20a)，该密封表面(20a)上设有敞开的环形凹槽，该凹槽由涡轮发电机(1)封闭而形成第三导管(24)的环形通道(23)，上述固定法兰(20)包括一组沿圆周分布的从第一导管(21)的环形通道(22)延伸至密封表面(20a)的钻孔(22b)，该钻孔(22b)的直径小于第三导管(24)的环形通道(23)的直径。
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