CN206860242U - 隔热罩装置及包括其的超高压中间再热式汽轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隔热罩装置及包括其的超高压中间再热式汽轮机。其中用于汽轮机汽缸的隔热罩装置包括：筒状罩体，其具有周向壁和在所述周向壁中形成的开口；以及与所述开口连通的衬管。本实用新型有助于减小中低压缸体的热应力并提高中低压缸体的使用寿命。

Description

隔热罩装置及包括其的超高压中间再热式汽轮机

技术领域

本实用新型涉及汽轮机领域，尤其涉及一种隔热罩装置及包括其的超高压中间再热式汽轮机。

背景技术

汽轮机是火电站建设中的关键动力设备之一，是把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经高压进汽管进入汽轮机，经过各叶片级逐级膨胀作功，汽轮机转子将旋转机械能传递给发电机，从而将机械能转换成巨大的电能输出。

现有的高压、超高压亚临界以及更高进汽参数的汽轮机，为了提高蒸汽的热功转换效率，一般都选用中间再热结构，简述为来自锅炉的高温高压蒸汽经汽轮机高压缸作功后，由高压排汽口排出，进入锅炉的中间再热装置再次加热升温后，送入汽轮机中低压缸部分继续作功。这样可以有效地大幅度提高汽轮机机组热效率。汽轮机中间再热后的蒸汽温度一般与高压缸的进汽温度相同，通常高达530℃～560℃。由于汽轮机的中低压缸通常是单层缸壁结构，中低压缸进汽口处的环形空腔周围的缸壁温度较低，而中低压缸进汽口处的环形空腔的温度则非常高。中低压缸的缸壁长期处于这样的巨大温差之下，会在中低压缸进汽口处的环形空腔附近壁面上产生巨大的热应力，使中低压缸的缸壁极易产生变形，导致中低压缸漏汽、密封面不严，严重的可致使中低压缸体产生裂纹甚至损坏，进而威胁到汽轮机机组安全运行。

因此，行业内存在着对汽轮机进行改进以减小中低压缸体所受热应力进而提高中低压缸使用寿命的需求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能够提高汽轮机中低压缸使用寿命的隔热罩装置。

本实用新型还旨在提供一种应用上述改进的隔热罩装置的超高压中间再热式汽轮机。

根据本实用新型的一个技术方案，提供一种用于汽轮机汽缸的隔热罩装置，包括：筒状罩体，其具有周向壁和在所述周向壁中形成的开口；以及与所述开口连通的衬管。隔热罩装置有助于在中低压缸体中形成隔热降温的冷却夹层，防止中低压缸体的缸壁受高温蒸汽影响而热应力过大，提高中低压缸体的使用寿命。

根据一个优选的实施方式，所述筒状罩体还具有设置在其一端或两端处的径向安装壁。这样方便将隔热罩装置固定在中低压缸体上。

根据一个优选的实施方式，所述周向壁具有形成在其至少一个端部并与所述径向安装壁相连接的折弯段。这样便于向夹层空间中引入冷却流体。

优选地，所述周向壁具有在一端上形成的与径向安装壁相连接的折弯段和在另一端中形成的多个泄流孔。这样便于将冷却流体排出以形成能够使流体流通的通路。

优选地，所述多个泄流孔沿所述周向壁周向均匀间隔布置。这样便于均匀平稳地排出冷却流体。

根据一个优选的实施方式，所述筒状罩体包括可拆卸地拼接的上半部和下半部，所述周向壁的所述开口形成在所述下半部上。这样便于加工隔热罩且易于安装。

根据本实用新型的另一个技术方案，提供一种超高压中间再热式汽轮机，包括：汽缸，其具有高压缸体和中低压缸体，所述中低压缸体具有中低压缸进汽口；以及设置在所述中低压缸进汽口处的前述的隔热罩装置，其中，所述衬管连通所述中低压缸进汽口。这样，从中低压缸进汽口进入的高温蒸汽直接经衬管流入筒状罩体内而不会接触缸壁，隔热罩装置起到了隔热冷却的作用以避免缸壁受冷热温差影响而产生过大的热应力。

根据一个优选的实施方式，所述高压缸体具有高压缸进汽口，该高压缸体还包括外层缸壁和内层缸壁以及在外层缸壁和内层缸壁之间限定出的位于高压缸进汽口下游的夹层空间，在所述中低压缸体与所述筒状罩体的所述周向壁之间限定出与所述夹层空间相连通的冷却夹层。冷却夹层中的冷却流体可以降低中低压缸进汽口处的温度，使热应力始终处于安全范围，从而避免缸壁受冷热温差影响而产生过大的热应力。

优选地，还具有高压缸体和中低压缸体之间的分隔部，在分隔部中形成有冷却流体通道。这样提供了一种简单的连通冷却夹层和夹层空间的结构。

根据本实用新型的又一个技术方案，提供一种超高压中间再热式汽轮机，包括：汽缸，其具有高压缸体和中低压缸体，所述中低压缸体具有外缸壁、设于所述外缸壁上的中低压缸进汽口，还具有位于中低压缸进汽口部位且与所述缸壁隔开的内层壁，在所述内层壁和外缸壁之间限定出冷却夹层，冷却夹层内充有冷却流体或与冷却流体源流体连通。这样提供了一种简单结构以形成冷却夹层，为中低压缸体的缸壁提供冷却隔热效果。

本实用新型的其它特征和优点的一部分将会是本领域技术人员在阅读本申请后显见的，另一部分将在下文的具体实施方式中结合附图描述。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1是根据本实用新型的实施例的超高压中间再热式汽轮机的剖视图；

图2是图1的A处放大图；

图3是图1的B处放大图；

图4是根据本实用新型的实施例的隔热罩装置的剖视图；

在本实用新型中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

附图标记说明(以具体实施方式中出现的顺序为准)

100.汽轮机；1.汽缸；21.中心线；2.转子；3.叶片级；30.静叶片；32. 动叶片；24.叶轮；4.分界线；40.高压段；42.中低压段；26.转子高压段；2 8.转子中低压段；15.前轴承；16.后轴承；a-e.蒸汽流动方向；10.高压缸体； 11.中低压缸体；107.高压缸进汽口；103.高压缸排汽口；118.再热管口；1 19.高排中压抽汽口；108.外层缸壁；109.内层缸壁；106.夹层空间；1082. 安装凸脊；111.中低压缸进汽口；114.低压抽汽口；12.隔热罩装置；6.中间再热装置；115.外缸壁；1084.安装凸脊；117.中低压隔板套；140.环形空腔；121.筒状罩体；122.衬管；124.冷却夹层；127.周向壁；1083.冷却流体通道；128.折弯段；126.泄流孔；129.径向安装壁；123.螺栓；1211.上半部；1212.下半部。

具体实施方式

现参考附图来详细说明本实用新型所公开的隔热罩装置及包括其的超高压中间再热式汽轮机的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本实用新型的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本实用新型的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有的附图或示例。

在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，例如“内”、“外”、“上方”、“下方”和其它方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。

本实用新型所使用的术语“第一”、“第二”及其类似术语在本实用新型中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个部件与其它同类部件进行区分。

图1示出了根据本实用新型的实施例的超高压中间再热式汽轮机的剖视图，以下将对其进行描述以更好地理解本实用新型的技术方案。如图1 所示，本实用新型的超高压中间再热式汽轮机100例如为超高压中间再热单轴单缸单排汽冲动式汽轮机，包括呈回转圆筒体状以整体形式构造的汽缸，即单个汽缸1、设置在该单个汽缸1中可以绕中心线21转动的单个转子2以及沿转子2的中心线21方向布置的多个叶片级3。其中每一个叶片级3包括多个静叶片30和多个动叶片32，所述静叶片30设置在汽缸1的内壁上，所述动叶片32设置在以整体形式构造的叶轮24与转子2上。

对于100MW至200MW输出功率等级的超高压中间再热式汽轮机10 0来说，符合进汽参数的高温高压蒸汽进入汽轮机100后，在各个叶片级 3之间流过，逐级膨胀作功，带动汽轮机100的转子2高速旋转。随着蒸汽在汽轮机100内作功，沿着蒸汽在汽轮机100内的行进路径，蒸汽的压力也在逐渐减小。因此，在本实用新型中，根据蒸汽在汽轮机100内压力的大小，以分界线4为界，大致将所述汽轮机100分为左右布置的高压段 40和中低压段42。

如图1所示，本实用新型的转子2为单个转子，即一根整锻转子。该转子2设置在汽缸1内并横向延伸。根据图1对汽轮机100的高压段40 和中低压段42的划分，分界线4也相应地将转子2划分为左右布置的转子高压段26和转子中低压段28。应当理解，这里按照分界线4进行分段仅是依照蒸汽的工作压力进行分段并且使得下文的描述更好理解，而转子 2本身仍是一根整锻的转子。

转子2的前端和后端分别可转动地设置在位于汽缸1两端的前轴承1 5和后轴承16上。转子高压段26上的动叶片32以反蒸汽流向的方式布置，以平衡转子2的轴向推力。图1中虚线所示箭头方向由a至e为蒸汽在汽缸1内部的流动方向。

继续参考图1，所述单个汽缸1沿水平方向横向延伸，并出于容易说明的目的也以所述分界线4为界大致分为左右布置的高压缸体10和中低压缸体11。应当注意，在本发明中，高压缸体10和中低压缸体11整体上构成一个汽缸，即所述的单个汽缸1，而区别于现有技术中的多个汽缸。转子2延伸经过高压缸体10和中低压缸体11。

高压缸体10具有高压缸进汽口107和位于高压缸进汽口107下游的高压缸排汽口103。高压缸排汽口103的下游被构造成分流三通结构，分流三通结构的一个出口是再热管口118，另一个出口是高排中压抽汽口11 9。在这里，“高排中压”意指膨胀作功后从高压缸体10的排出侧、即出口排出的中压蒸汽；此时，虽然该蒸汽来自于高压缸体10，但其压力因为已推动高压缸体10内的多个叶片级3作功而降至中压。“高压缸进汽口”意指连接至高压缸体10的流入侧的蒸汽入口，这些蒸汽将用于推动高压缸体10内的多个叶片级3作功。在所示的实施例中，高压缸进汽口107 邻近分界线4设置。

根据图1和图2示出的实施例，高压缸体10的至少一部分为双层缸壁结构。具体来说，包括外层缸壁108、位于所述外层缸壁108内部的内层缸壁109以及在外层缸壁108与内层缸壁109之间形成的环形夹层空间 106，夹层空间106位于高压缸进汽口107的下游和高压缸排汽口103的上游。外层缸壁108可形成向内突伸的安装凸脊1082以帮助连接内层缸壁109。

继续参考图1，中低压缸体11设有中低压缸进汽口111、低压抽汽口 114以及隔热罩装置12。其中，中低压缸进汽口111与高压缸体10的再热管口118相连通且两者之间设有中间再热装置6。隔热罩装置12位于中低压缸体11内部用于平衡中低压缸进汽口111周围缸壁的温度。低压抽汽口114位于中低压缸进汽口111的下游侧，用于抽取蒸汽提供给下游工业用汽用户系统。

根据图1和图3示出的实施例，中低压缸体11为单层缸壁结构。具体来说，包括外缸壁115、例如借助于形成在外缸壁115上的安装凸脊10 84安装至外缸壁115的中低压隔板套117以及由外缸壁115与中低压隔板套117限定出的环形空腔140。该环形空腔140与中低压缸进汽口111相连通。

从锅炉(未示出)流出的高温高压蒸汽沿箭头a方向从高压缸进汽口 107流入高压缸体10内的夹层空间106后，在高压段40膨胀作功带动转子2转动。如前所述地，蒸汽在高压段40做功后，其压力通常降至中压，例如2.0Mpa～3.0Mpa。同时温度也降低至约300℃～350℃，降至中压的蒸汽沿箭头b经高压缸排汽口103流出，其中一部分蒸汽沿箭头f经连接在高排中压抽汽口119输送给下游工业用汽用户系统，如工业生产用汽系统和/或供热管网用汽系统使用；另一部分蒸汽沿箭头c经中间再热装置6进行中间再热升温后，通过沿箭头d方向经中低压缸进汽口111进入中低压缸体11的环形空腔140并继续膨胀作功带动转子2转动。中低压缸体11 内的一部分蒸汽经低压抽汽口114沿箭头g方向抽出，供下游工业用汽用户系统使用，另一部分蒸汽最后流至单个低压排汽口113沿箭头e方向排出，进入下方的巨大冷凝器(图中未示出)，冷凝后的凝结水通过凝结水泵和高压给水泵回到锅炉重新加热，完成水蒸汽的热、功转换传递循环。

很明显，在环形空腔140中靠近中低压缸进汽口111处，来自中间再热装置6的蒸汽虽然压力不高，但是其温度却与高压缸进汽口107处的蒸汽温度相同，对于仅有单层缸壁的中低压缸体11而言，环形空腔140周围的缸壁温度较低，但环形空腔140内局部温度会由于再热高温蒸汽的引入而远远高于周围缸壁温度。在这种巨大温差作用下，环形空腔140处、尤其是中低压缸进汽口111附近的缸壁会产生巨大热应力，长期运行会导致中低压缸体11局部变形、漏汽甚至破裂损坏。为了克服这一问题，在环形空腔140中安装前述的隔热罩装置12从而对中低压缸体11进行有效的局部冷却降温隔热保护。

如图3和图4所示，隔热罩装置12安装在中低压缸体11内，包括筒状罩体121和连接至筒状罩体121的衬管122。筒状罩体121设在中低压缸体11的环形空腔140内，并沿中低压缸体11的周向延伸。筒状罩体1 21包括与中低压缸体11之间限定出冷却夹层124的周向壁127和用于将隔热罩装置12安装至中低压缸体11的安装结构。其中，冷却夹层124通过形成在高压缸体10的安装凸脊1082上的冷却流体通道1083与高压缸体10的夹层空间106相连通，从而将夹层空间106中温度较低的蒸汽引入冷却夹层124。

参见图3，为了对冷却用蒸汽更好地引流，周向壁127在其相对两端形成有冷却流体引入结构和冷却流体排出结构。在示出的实施例中，冷却流体引入结构包括形成在周向壁127的朝向冷却流通道1083的第一端的折弯段128，其远离周向壁127的第二端倾斜延伸，从而对从冷却流通道 1083流出的蒸汽形成引流。冷却流体排出结构包括形成在周向壁127的第二端的泄流孔126，蒸汽沿着泄流孔126流出冷却夹层124后进入筒状罩体121内部。优选地，泄流孔126有多个并沿周向壁127周向均匀间隔布置，可以将蒸汽均匀平稳地从冷却夹层124排出，从而实现冷却蒸汽的流通。

安装结构包括形成在筒状罩体121的第一端和第二端的径向安装壁1 29，其中一个径向安装壁129连接至折弯段128。径向安装壁129可以通过螺栓123固定在中低压缸体11内，例如其中一端的径向安装壁129固定在形成有冷却流通道1083的安装凸脊1082上，另一端的径向安装壁1 29固定在中低压缸体11内的安装凸脊1084上。虽然图中示出了两个径向安装壁129，但本领域技术人员能够想到只设置其中一个径向安装壁来实现对隔热罩装置12的安装，例如仅在筒状罩体121的例如朝向冷却流通道1083的一端形成有径向安装壁129，而筒状罩体121的另一端与安装凸脊1084存在一定间隙作为冷却流体排出结构从而替代泄流孔126。在另一个未示出的实施例中，也可以是仅在筒状罩体121的朝向安装凸脊1084 的一端形成有径向安装壁129。

为了便于加工和安装隔热罩装置12，优选地，筒状罩体121由上半部 1211和下半部1212组合而成。组合方式可例如包括螺栓连接、插接、焊接等。

衬管122的一端与筒状罩体121的开口相连通，另一端远离筒状罩体 121延伸并插入中低压缸进汽口111中。衬管122的外径略小于中低压缸进汽口111的内径，这样，进入中低压缸进汽口111的高温再热蒸汽直接经衬管122进入筒状罩体121内部参与推动转子2作功，而不会与冷却夹层124内的蒸汽混合。为了实现这一目的，衬管122的数量要与中低压缸进汽口111的数量相对应，在本实施例中是两个，且均安装在筒状罩体1 21的下半部1212所形成的开口处。

当高温高压蒸汽从高压缸进汽口107进入，经多级膨胀作功后，其中一小部分流至夹层空间106时已经成为中压低温蒸汽，但其压力仍旧高于经过再热后进入中低压缸进汽口111的高温低压蒸汽的压力，因此，夹层空间106内的低温蒸汽能借助压差而自行通过周向布置的多个冷却流通道 1083沿箭头L方向进入冷却夹层124，产生隔热和冷却效果。通过冷却夹层124之后的蒸汽温度会有所升高，在经周向布置的多个泄流孔126排出后与从中低压缸进汽口111流至筒状罩体121内部的再热蒸汽汇合。由于再热前后的蒸汽温度相差很大，因此冷却夹层124中流过的冷却蒸汽的量无需很大，只需适当控制隔热罩装置12的各种相关参数，即可达到良好的隔热和冷却效果。

在一个实施例中，隔热罩装置12的冷却蒸汽进入冷却流通道1083的直径d1为5～8mm，优选地d1为6mm；冷却流通道1083沿周向分布的数量为8～16个，优选地为10个；泄流孔126的直径d2为12～18mm，优选地d2为15mm；泄流孔126沿圆周分布的数量为36～48个，优选地为42个；筒状罩体121与中低压缸体11之间的冷却夹层124间距h为2 0～40mm，优选地h为30mm。在本实施例中，流入冷却夹层124的冷却蒸汽来自高压段40中与第7个叶片级3相连通的夹层空间106，冷却蒸汽的温度为370℃左右，而中低压缸进汽口111处环形空间140内的中压再热蒸汽温度为535℃，如此大的温度差再配合以一定的冷却蒸汽压力差和冷却蒸汽流量，实际产生的中低压缸体11的局部冷却降温幅度达到80℃以上，达到了本实用新型的发明目的。

本实用新型的隔热罩装置12，适用于各种进汽参数的中间再热单轴单缸单排汽冲动式或反动式汽轮机，并且适用于其它各种需要局部隔热冷却降温的高温热力机械，其工作原理和主要技术特征都是相同的。

除了上述的独立的隔热罩装置12，本领域技术人员能够想到其它的形成冷却夹层124的方式，例如在一个未示出的实施例中，中低压缸体11 的外缸壁115一体形成有位于中低压缸进汽口111处的内层壁，该内层壁与外缸壁115之间形成冷却夹层。该冷却夹层内直接充有冷却流体以对外缸壁115进行降温隔热，或者冷却夹层也可以流体连通至例如位于汽缸1 之外的其它冷却流体源，同样可以起到对中低压进汽口111处的缸壁冷却降温隔热的效果。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，包括：

筒状罩体(121)，其具有周向壁(127)和在所述周向壁(127)中形成的开口；以及

与所述开口连通的衬管(122)。

2.根据权利要求1所述的用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，所述筒状罩体(121)还具有设置在其一端或两端处的径向安装壁(129)。

3.根据权利要求2所述的用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，所述周向壁(127)具有形成在其至少一个端部处并与所述径向安装壁(129)相连接的折弯段(128)。

4.根据权利要求2或3所述的用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，所述周向壁(127)具有在一端上形成的与径向安装壁(129)相连接的折弯段(128)和在另一端中形成的多个泄流孔(126)。

5.根据权利要求4所述的用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，所述多个泄流孔(126)沿所述周向壁(127)周向均匀间隔布置。

6.根据权利要求1所述的用于汽轮机汽缸的隔热罩装置(12)，其特征在于，所述筒状罩体(121)包括可拆卸地拼接的上半部(1211)和下半部(1212)，所述周向壁(127)的所述开口形成在所述下半部(1212)上。

7.一种超高压中间再热式汽轮机(100)，其特征在于，包括：

汽缸(1)，其具有高压缸体(10)和中低压缸体(11)，所述中低压缸体(11)具有中低压缸进汽口(111)；以及

设置在所述中低压缸进汽口(111)处的权利要求1至6中任一项所述的隔热罩装置(12)，其中，所述衬管(122)连通所述中低压缸进汽口(111)。

8.根据权利要求7所述的超高压中间再热式汽轮机(100)，其特征在于，所述高压缸体(10)具有高压缸进汽口(107)，该高压缸体(10)还包括外层缸壁(108)和内层缸壁(109)以及在外层缸壁(108)和内层缸壁(109)之间限定出的位于高压缸进汽口(107)下游的夹层空间(106)，在所述中低压缸体(11)与所述筒状罩体(121)的所述周向壁(127)之间限定出与所述夹层空间(106)相连通的冷却夹层(124)。

9.根据权利要求8所述的超高压中间再热式汽轮机(100)，其特征在于，还具有高压缸体(10)和中低压缸体(11)之间的分隔部，在分隔部中形成有冷却流体通道(1083)。

10.一种超高压中间再热式汽轮机(100)，其特征在于，包括：

汽缸(1)，其具有高压缸体(10)和中低压缸体(11)，所述中低压缸体(11)具有外缸壁(115)、设于所述外缸壁(115)上的中低压缸进汽口(111)，还具有位于中低压缸进汽口(111)部位且与所述外缸壁(115)隔开的内层壁，在所述内层壁和外缸壁(115)之间限定出冷却夹层，冷却夹层内充有冷却流体或与冷却流体源流体连通。