專(zhuān)利名稱(chēng)：用于將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中的控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，用于將蒸汽輸入一帶有蒸汽主流路徑的汽輪機(jī)中，其中設(shè)有一控制閥，用該控制閥可調(diào)節(jié)主流路徑的汽流截面。本發(fā)明還涉及一種將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中的方法，該汽輪機(jī)具有多個(gè)透平級(jí)。
具有部分進(jìn)汽的汽輪機(jī)是這樣來(lái)設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)可瞬時(shí)地給出一超出其計(jì)算的設(shè)計(jì)功率的功率值。該提高的功率被用于用部分進(jìn)汽來(lái)工作的汽輪機(jī)，如在Hans-Walter Roemer所著的“汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)與操作介紹”一書(shū)中第1、7.3和7.4節(jié)中所寫(xiě)的那樣(“Dampfturbinen,Einfuehrung in Bau undBetrieb”Von Hans-Walter Roemer,Verlag W.Girardet,Essen,1972)。汽輪機(jī)的部分進(jìn)汽將通過(guò)多個(gè)并聯(lián)的、一個(gè)接一個(gè)相繼打開(kāi)的閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣一第一透平導(dǎo)葉片系列，亦即調(diào)節(jié)級(jí)，則可用體積可控制的新汽流所充汽。這些閥用一共用的閥柱加以連接，通過(guò)閥柱的升程來(lái)相繼控制閥門(mén)的打開(kāi)。為達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)較高的功率，設(shè)置有一附加的、與閥柱相連接的過(guò)載閥。通過(guò)該過(guò)載閥，一部分新汽在旁路通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)條件下直接被導(dǎo)入位于下游的全部進(jìn)汽的透平級(jí)。增加的蒸汽流通量將在較少的透平級(jí)中被處理，由此會(huì)產(chǎn)生效率的降低，即使這種降低在多數(shù)場(chǎng)合是很少的，但特別是通過(guò)增加了隨后級(jí)的長(zhǎng)度，也能實(shí)現(xiàn)效率的提高。
本發(fā)明的目的在于提供一種控制裝置，用它來(lái)提供部分蒸汽流，尤其是為將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中提供部分蒸汽流。本發(fā)明的另一目的是提供一種將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中的方法。
這種針對(duì)一種控制裝置的目的根據(jù)本發(fā)明是通過(guò)一種用于汽輪機(jī)蒸汽輸入的控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該控制裝置具有一蒸汽的主流路徑，該主流路徑具有一汽流截面，該截面可由至少一調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)該調(diào)節(jié)閥將一為蒸汽提供的輔流路徑與該主流路徑流體力學(xué)地連接起來(lái)。
由此可達(dá)到從主流路徑流出的蒸汽被分支到輔流路徑中。這樣的優(yōu)點(diǎn)是采用控制裝置而無(wú)需附加的過(guò)載閥即可將出自汽輪機(jī)新汽流的蒸汽進(jìn)行分支。調(diào)節(jié)閥由此能滿(mǎn)足雙重功能，即調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的蒸汽量以及引入過(guò)載以提高透平機(jī)效率。
當(dāng)調(diào)節(jié)閥同樣完全開(kāi)放整個(gè)汽流截面時(shí)，輔流路徑也最好被完全打開(kāi)。在一完全被打開(kāi)的主流路徑中，輔流路徑因此也始終被新蒸汽全部充滿(mǎn)，這樣在這種情況下可達(dá)到一種持續(xù)的過(guò)載狀態(tài)(功率提高)。這一點(diǎn)特別對(duì)節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)是具有優(yōu)點(diǎn)的。在這種情況下可進(jìn)行將蒸汽過(guò)負(fù)荷導(dǎo)入容納有裝有葉片組的透平軸的汽輪機(jī)汽包中。
為在一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)中不引入過(guò)負(fù)荷而實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷，既可以來(lái)提高新蒸汽壓力，或者當(dāng)不可能這樣做時(shí)可在正常負(fù)荷情況下實(shí)行節(jié)流。一個(gè)5％的過(guò)負(fù)荷在此情況下要求同樣有約5％的節(jié)流量。這種情況等于相對(duì)于一無(wú)節(jié)流的運(yùn)行狀況的汽輪機(jī)的熱消耗率有約0.5％的惡化。
在完全打開(kāi)主流路徑的情況下，亦即在對(duì)透平葉片組實(shí)施完全充汽的情況下，通過(guò)一種能將過(guò)負(fù)荷蒸汽引入汽包中的控制裝置可在過(guò)負(fù)荷情況下使熱消耗相對(duì)于一種無(wú)過(guò)負(fù)荷作用的實(shí)施方案僅造成很小的惡化(約0.1％)，但在正常負(fù)荷情況下對(duì)于節(jié)流約5％的透平來(lái)說(shuō)，這種惡化至少可被消除。
在部分進(jìn)汽情況下，亦即在完全或至少部分受阻(被節(jié)流)的汽流截面情況下，輔流路經(jīng)被完全關(guān)閉。由此可保證為引入過(guò)負(fù)荷而進(jìn)行的蒸汽經(jīng)輔流路徑的分支僅在汽輪機(jī)過(guò)負(fù)荷工作時(shí)進(jìn)行。
在該控制裝置中，調(diào)節(jié)閥包括一閥活塞和一活塞殼體。該活塞殼體具有一從主流通道分支到閥活塞的進(jìn)汽管以及一從閥活塞導(dǎo)至輔流路徑的出汽管。該閥活塞本身有一輔助通道，通過(guò)該輔助通道將進(jìn)行管同出汽管從流體技術(shù)上加以連接，在調(diào)節(jié)閥中因此也已組合進(jìn)了一種過(guò)負(fù)荷可能性，這樣一來(lái)不需另外安設(shè)一附加的過(guò)負(fù)荷閥。由此可免除附加的設(shè)計(jì)方向的費(fèi)用，尤其是附加的管道和增加的空間等方面的費(fèi)用。在完全打開(kāi)調(diào)節(jié)閥時(shí)，則可在主流路徑和輔流路徑之間形成一經(jīng)入汽管、輔助通道和出汽管的汽流連接。
在優(yōu)選地沿一主軸延伸的閥活塞中，輔助通道被構(gòu)造成一相對(duì)于主軸基本旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的環(huán)形通道。當(dāng)然該輔助通道也可以有其它構(gòu)造形式，比如作為中心孔或作為在活塞殼體中可由活塞封閉的槽。
調(diào)節(jié)閥優(yōu)選地為一擴(kuò)壓閥，尤其是一單座擴(kuò)壓閥。該閥在汽輪機(jī)的新蒸汽輸入中可與一快速關(guān)閉閥相組合。閥活塞和連接其上的閥桿可由一整塊料加工制成。在閥桿和閥活塞上的滑動(dòng)面可比如采用等離子弧法用司太立硬質(zhì)合全加以鎧裝。閥活塞可經(jīng)一液壓式單一驅(qū)動(dòng)器加以調(diào)節(jié)。
該控制裝置優(yōu)選地被配量在一汽輪機(jī)上，尤其是配置在一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)上，該汽輪機(jī)具有多個(gè)透平級(jí)，這些透平級(jí)各自包括一動(dòng)葉片系列和一導(dǎo)葉片系列，其中主流路徑通向位于汽流方向上的第一透平級(jí)亦即所謂的調(diào)節(jié)級(jí)，而輔流路徑則通向位于調(diào)節(jié)級(jí)下游的一透平級(jí)。因此，具有與流入調(diào)節(jié)級(jí)的新蒸汽基本相同的蒸汽狀態(tài)的新蒸汽被輔流路徑直接送入另一位于下游的透平級(jí)。在該透平級(jí)中，蒸汽的狀態(tài)尤其是壓力和溫度因此被提高，這樣可達(dá)到對(duì)動(dòng)葉片更高的沖擊作用并伴隨有由此而造成的更高的透平功率。
控制裝置優(yōu)選地至少部分地與汽輪機(jī)透平殼體相澆鑄在一起。為此還提供有調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥可直接被澆鑄在透平殼體上，另外還有輔流路徑，該路徑比如可被設(shè)計(jì)成被澆鑄在透平殼體之上或之內(nèi)的一過(guò)負(fù)荷管道。通過(guò)至少部分地將該控制裝置組合進(jìn)透平殼體中，則可為能采用較少的設(shè)計(jì)費(fèi)用和更高的機(jī)械可靠性來(lái)引入過(guò)負(fù)荷提供一種設(shè)計(jì)上特別簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)然也可將調(diào)節(jié)閥用螺釘擰緊在透平殼體上并將過(guò)負(fù)荷管道用鉆孔鉆在透平殼體中、焊接或螺栓擰緊在該透平殼體上。
這種針對(duì)一用于將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)中的方法的任務(wù)根據(jù)本發(fā)明是如下地加以解決的在充分打開(kāi)一調(diào)節(jié)閥時(shí)，通過(guò)該調(diào)節(jié)閥新蒸汽可被節(jié)流地經(jīng)在汽流方向上的第一透平節(jié)亦即所謂的調(diào)節(jié)級(jí)的一主流路徑被輸入，此時(shí)輔流路徑被打開(kāi)，通過(guò)該路徑從調(diào)節(jié)閥出來(lái)有一部分蒸汽流被分支并被輸入到位于調(diào)節(jié)閥下游的一透平級(jí)中。調(diào)節(jié)閥因此具有一種雙重功能，它一方面用于調(diào)節(jié)對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)充汽的新蒸汽量，另一方面則可另外對(duì)一也位于下游的透平級(jí)進(jìn)行充汽。這一另外的充汽優(yōu)選地在充分打開(kāi)調(diào)節(jié)閥時(shí)進(jìn)行且因此可對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行完全進(jìn)汽。通過(guò)該另外的進(jìn)汽，則在從屬的透平級(jí)中實(shí)施過(guò)負(fù)荷蒸汽的導(dǎo)入，從而提高了在該透平級(jí)中的蒸汽狀態(tài)，這樣做導(dǎo)致在全負(fù)荷工作時(shí)提高汽輪機(jī)的功率，由此可進(jìn)一步補(bǔ)償因提高蒸汽吞吐量而出現(xiàn)的熱消耗量虧空。
以下根據(jù)附圖所示的實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明用于汽輪機(jī)蒸汽輸入的控制裝置以及用來(lái)導(dǎo)入過(guò)負(fù)荷蒸汽的方法。附圖中


圖1為一具有部分被澆鑄入的控制裝置的汽輪機(jī)的橫截面圖，圖2為根據(jù)圖1所得的放大了的一局部圖，圖3為汽輪機(jī)沿透平軸的一縱截面圖。
圖1、2和3為清楚起見(jiàn)是部分示意性的且是不合比例的。圖中所用的相同附圖標(biāo)記分別具有相同意義。
圖1示出一汽輪機(jī)11的一橫截面圖，汽輪機(jī)11具有一控制裝置1，用于將蒸汽的過(guò)負(fù)荷導(dǎo)入位于一第一透平級(jí)亦即調(diào)節(jié)級(jí)18a下游的一透平級(jí)18軸中(見(jiàn)圖3)。該控制裝置1具有兩個(gè)與透平殼體9相連接的、尤其是相澆鑄成一體或用螺栓相擰緊的、相對(duì)而立的擴(kuò)壓調(diào)節(jié)閥4。每個(gè)調(diào)節(jié)閥4具有一沿主軸15對(duì)齊的閥活塞4a以及一至少部分包括該閥活塞4a的活塞殼體4b。閥活塞4a在閥殼體4b中可沿主軸15移動(dòng)。通過(guò)每個(gè)調(diào)節(jié)閥4走過(guò)有一蒸汽的主流路徑2，用于驅(qū)動(dòng)一配置在透平殼體9中且沿一透平軸線(xiàn)20伸展的透平8(見(jiàn)圖3)。在調(diào)節(jié)閥4中，主流路徑2有一汽流截面12，該截面12可由閥活塞4a加以調(diào)節(jié)。閥活塞4a由圖2可見(jiàn)具有一與主軸15基本成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的環(huán)形通道7。活塞殼體4b具有一從主流通道2導(dǎo)至閥活塞4a的進(jìn)汽管道13。在與進(jìn)汽管道13相對(duì)的一側(cè)上活塞殼體4b具有一出汽管道14，它通向一輔流路徑3。該輔流路徑3包括一延伸在透平殼體9中的過(guò)負(fù)荷管道6，該過(guò)負(fù)荷管道6被鑄在、打孔在透平殼體9中，或者被設(shè)計(jì)成管子并通向(見(jiàn)圖3)配置在調(diào)節(jié)級(jí)18a下游的一透平級(jí)18。每一透平級(jí)18、18a各具有一導(dǎo)葉片系列17和一與之相鄰的位于下游的動(dòng)葉片系列16。
閥活塞4a經(jīng)一圖中未示出的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)所需的汽輪機(jī)11的功率大小沿主軸15運(yùn)動(dòng)，這樣汽流截面12則允許一相應(yīng)流通量的新蒸汽19進(jìn)入汽輪機(jī)11中，在充分打開(kāi)汽流截面12時(shí)，閥活塞4a位于一位置上或可延主軸15運(yùn)動(dòng)到這樣一個(gè)位置，此時(shí)進(jìn)汽管道13經(jīng)構(gòu)造成環(huán)形通道的輔助通道7與出汽管道14在汽流上相連。由此使出自主流路徑2的蒸汽19的部分汽流被導(dǎo)入輔流路徑3，從而達(dá)到引入過(guò)負(fù)荷蒸汽。這樣新蒸汽流19從調(diào)節(jié)閥4出來(lái)經(jīng)過(guò)負(fù)荷管道6(見(jiàn)圖3)被導(dǎo)入一另外位于下游的透平級(jí)18中。該新蒸汽19導(dǎo)致該透平級(jí)18以及另一位于下游的透平級(jí)進(jìn)汽量的提高，并由此導(dǎo)致汽輪機(jī)11功率的提高。若汽流截面12被閥活塞4b全部或至少部分阻斷，則主流路徑2和輔流路徑3之間的汽流聯(lián)系被中斷。
本發(fā)明的突出之處是具有一控制裝置，在其中的用來(lái)調(diào)節(jié)流入汽輪機(jī)的新蒸汽量的一調(diào)節(jié)閥中，另外將部分蒸汽量從該新蒸汽流中分支并將過(guò)負(fù)荷導(dǎo)入配置在下游的一透平級(jí)。用較少的設(shè)計(jì)費(fèi)用且采用特別緊湊的結(jié)構(gòu)形式可在對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行全部進(jìn)汽的同時(shí)實(shí)現(xiàn)一種過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。控制裝置的一部分，如調(diào)節(jié)閥和過(guò)負(fù)荷管道，可被鑄在透平殼體中。通過(guò)這種過(guò)負(fù)荷的導(dǎo)入，可對(duì)在節(jié)流操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的熱消耗虧空進(jìn)行補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1．一種控制裝置(1)，用于將蒸汽輸入一汽輪機(jī)(11)，該汽輪機(jī)(11)具有一調(diào)節(jié)閥(4)和一蒸汽的主流路徑(2)，該主流路徑(2)具有一汽流截面(12)，該截面(12)可由調(diào)節(jié)閥(4)所調(diào)節(jié)，其特征在于設(shè)有一用于蒸汽的輔流路徑(3)，該輔流路徑(3)經(jīng)調(diào)節(jié)閥(4)與主流路徑(2)在汽流上相連接。
2．如權(quán)利要求1所述的控制裝置(1)，其中，一旦調(diào)節(jié)閥(4)將汽流截面(12)全部放開(kāi)，則輔流路徑被全部打開(kāi)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的控制裝置(1)，其中，當(dāng)調(diào)節(jié)閥(4)將汽流截面(12)全部或至少部分地阻斷時(shí)，輔流路徑(3)被全部關(guān)閉。
4．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，其中，所述調(diào)節(jié)閥(4)包括一閥活塞(4a)和一活塞殼體(4b)，其中活塞殼體(4b)具有一從主流路徑(2)分支到閥活塞(4a)的進(jìn)汽管道(13)以及一從閥活塞(4a)到輔流路徑(3)的出汽管道(14)，且閥活塞(4a)具有一輔助通道(7)，通過(guò)該輔助通道(7)使進(jìn)汽管道(13)與出汽管道(14)在汽流上相連接。
5．如權(quán)利要求4所述的控制裝置(1)，其中，所述閥活塞(4a)沿一主軸(15)伸展且輔助通道(7)為一與主軸(15)基本成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的環(huán)形通道。
6．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，其中，所述調(diào)節(jié)閥(5)為一擴(kuò)壓閥。
7．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的特別是位于一節(jié)流調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)上的控制裝置(1)，它具有各自包括多個(gè)透平級(jí)(18,18a)的一動(dòng)葉片系列(16)和一導(dǎo)葉片系列(17)，其中，所述主流路徑(2)通向在汽流方向上的第一透平級(jí)(18a)而輔流路徑(3)通向配置在第一透平級(jí)(18a)下游的一透平級(jí)(18)。
8．如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制裝置(1)，它至少部分地被鑄在、焊在或螺栓擰在汽輪機(jī)(11)的透平殼體(9)上。
9．如權(quán)利要求7或8所述的控制裝置(1)，其中，所述輔流路徑(3)具有一被鑄在、鉆孔在、螺栓擰緊在或焊接在透平殼體(9)上的過(guò)負(fù)荷管道(6)。
10．一種用于將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)(11)中的方法，該汽輪機(jī)(11)具有各自包括多個(gè)透平級(jí)(18,18a)的一動(dòng)葉片系列(16)和一導(dǎo)葉片系列(17)，其中，在完全打開(kāi)調(diào)節(jié)閥(5)時(shí)，新蒸汽經(jīng)該閥(5)可節(jié)流地經(jīng)一主流路徑(2)被輸入在汽流方向上的第一透平級(jí)(18a)，一輔流路徑(3)被打開(kāi)，經(jīng)該輔流路徑(3)從調(diào)節(jié)閥(5)分支出一部分汽流且被輸入位于第一透平級(jí)(18a)下游的一透平級(jí)(18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制裝置(1),用于將蒸汽輸入具有一用于蒸汽的主流路徑(2)的汽輪機(jī)(11)。主流路徑(2)具有一汽流截面(12),該汽流截面(12)可由至少一調(diào)節(jié)閥(4)調(diào)節(jié)。一輔流路徑(3)經(jīng)該調(diào)節(jié)閥(4)與主流路徑(2)汽流相連接。本發(fā)明還涉及一種將過(guò)負(fù)荷蒸汽導(dǎo)入汽輪機(jī)(11)中的方法,用該法在一調(diào)節(jié)閥(4)中新蒸汽(19)的一部分蒸汽流被分支且被輸入一位于調(diào)節(jié)級(jí)(18a)下游的透平級(jí)(18)中。
文檔編號(hào)F01D17/00GK1221471SQ97195332
公開(kāi)日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1997年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者迪特馬·伯格曼 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司