本實(shí)用新型涉及蒸汽渦輪性能，且具體而言，涉及渦輪轉(zhuǎn)子和罩殼的保持溫暖，以便限制在蒸汽渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間的壽命周期應(yīng)力。

背景技術(shù)：

影響蒸汽渦輪壽命的主要因素是低循環(huán)疲勞。用于生成功率的蒸汽渦輪典型地具有大直徑轉(zhuǎn)子和罩殼(casing)，該轉(zhuǎn)子和罩殼由于它們的尺寸而傾向于處于低循環(huán)疲勞形式的熱應(yīng)力損傷。該損傷在加載和卸載循環(huán)期間是最普遍的，具體而言是在開始/停止循環(huán)期間，由于在這些事件期間發(fā)生的熱膨脹和金屬溫度的大變化速率。當(dāng)積累的低循環(huán)疲勞損傷達(dá)到構(gòu)件的材料極限時(shí)，可形成裂紋，從而需要替換。結(jié)果，期望避免導(dǎo)致低循環(huán)疲勞的事件或至少使其減到最少。

歐洲專利no. EP 2 351 912 A1論述了將太陽(yáng)能站從關(guān)機(jī)狀態(tài)和/或啟動(dòng)階段開始加熱至操作溫度所要求的總體工作時(shí)間的問(wèn)題的解決方案。所論述的解決方案包括加熱裝置，其能夠連接至軸的內(nèi)部孔，該加熱裝置實(shí)現(xiàn)渦輪的軸的加熱。

美國(guó)專利No. 4,282,708公開了備選的方法，該方法包括通過(guò)將加熱的蒸汽供應(yīng)至軸封(gland)區(qū)段來(lái)對(duì)蒸汽渦輪進(jìn)行溫暖保持(warm keeping)。

專利申請(qǐng)CA1245059A1論述了另一重新啟動(dòng)方法，該方法使用在空氣間隙上方的多個(gè)電加熱毯，以將渦輪轉(zhuǎn)子的溫度維持在期望的初始啟動(dòng)溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

公開了一種蒸汽渦輪溫暖保持設(shè)備，其可提供簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，在該簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)蒸汽渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間的溫暖保持帶來(lái)的對(duì)轉(zhuǎn)子低循環(huán)疲勞壽命的益處。

一個(gè)普通方面包括蒸汽渦輪設(shè)備，其包括：主蒸汽線路，其用于將工作蒸汽供給到蒸汽渦輪中，以便于從該工作蒸汽提取功；停止閥，在該主蒸汽線路中，用于隔斷該主蒸汽線路；控制閥，在該主蒸汽線路中，在該停止閥的下游，用于控制通過(guò)該主蒸汽線路的工作蒸汽流；蒸汽渦輪外罩殼，具有第一端部和遠(yuǎn)側(cè)的第二端部，其中，該主蒸汽線路朝該第一端部連接至該蒸汽渦輪罩殼；和蒸汽渦輪排出柱，朝第二端部連接至該渦輪外罩殼，用于排放該工作蒸汽。該方面還包括溫暖保持蒸汽線路，其在該停止閥的下游連接至該主蒸汽線路。該方面使得可能當(dāng)蒸汽渦輪離線時(shí)使加溫蒸汽(warming steam)行進(jìn)通過(guò)整個(gè)蒸汽渦輪工作流體流動(dòng)路徑。通過(guò)當(dāng)蒸汽渦輪離線時(shí)用這種方法將蒸汽渦輪保持在升高的溫度下減小了溫度變化，從而減輕低循環(huán)疲勞。

其他方面包括下列特征中的一個(gè)或更多個(gè)：溫暖蒸汽線路在停止閥與控制閥之間連接至主蒸汽線路；溫暖保持蒸汽線路中的阻斷閥；用于在溫暖保持蒸汽行進(jìn)通過(guò)溫暖保持蒸汽線路時(shí)加熱該溫暖保持蒸汽的加熱裝置；電加熱裝置；混合裝置，其在溫暖蒸汽線路中，在該加熱裝置處或附近，構(gòu)造成在該加熱裝置的附近形成湍流，從而增大熱傳遞效率；用于控制加溫保持蒸汽的流動(dòng)速率的控制系統(tǒng)；和構(gòu)造成僅當(dāng)滿足以下條件中的各項(xiàng)時(shí)才操作該加熱裝置的控制系統(tǒng)：停止閥關(guān)閉、控制閥打開、和外罩殼內(nèi)的壓力等于或小于周圍壓力。

根據(jù)結(jié)合附圖作出的下列描述，本公開的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，附圖作為示例來(lái)例示本實(shí)用新型的示范實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

作為示例，參考附圖在下文中更全面地描述本公開的實(shí)施例，在附圖中：

圖1是可應(yīng)用示范實(shí)施例的現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽渦輪的截面圖；

圖2是已應(yīng)用了示范實(shí)施例的圖1的蒸汽渦輪；且

圖3示出可應(yīng)用至圖1的蒸汽渦輪的去往主蒸汽線路連接點(diǎn)的備選加溫蒸汽線路。

圖4示出了湍流器。

參考標(biāo)號(hào)

10 蒸汽渦輪

12 主蒸汽線路

14 控制閥

16 停止閥

20 蒸汽渦輪主體

22 外罩殼

23 熱隔離件

24 內(nèi)罩殼

26 進(jìn)口螺管(inlet spiral)

28 渦輪腔

30 轉(zhuǎn)子

32 軸承

34 軸封

40 排出柱

50 溫暖保持蒸汽線路

52 阻斷閥

54 加熱器

56 湍流器。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖描述本公開的示范實(shí)施例，其中，自始至終，類似的參考標(biāo)號(hào)用于指類似的元件。在下列說(shuō)明中，為了說(shuō)明，陳述了許多具體細(xì)節(jié)以提供本公開的透徹理解。然而，本公開可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，且不限于本文中公開的示范實(shí)施例。

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)蒸汽渦輪10，該蒸汽渦輪10包括朝蒸汽渦輪主體20的第一端部對(duì)該蒸汽渦輪主體20進(jìn)行供給的主蒸汽線路12。經(jīng)由控制閥14行進(jìn)通過(guò)主蒸汽線路12的蒸汽行進(jìn)通過(guò)蒸汽渦輪主體20，且借助于排出柱40離開蒸汽渦輪主體，該排出柱40在蒸汽渦輪10為中間壓力蒸汽渦輪10的情況下典型地連接至(未示出的)低壓蒸汽渦輪?？刂崎y14的目的是調(diào)節(jié)通過(guò)蒸汽渦輪主體20的蒸汽流且因此控制蒸汽渦輪10的加載。

蒸汽渦輪主體20包括外罩殼22和進(jìn)口螺管26，該進(jìn)口螺管26用于將基本上徑向供給的供給蒸汽引導(dǎo)到基本上軸向定向的蒸汽膨脹區(qū)段中，該蒸汽膨脹區(qū)段由內(nèi)罩殼24和轉(zhuǎn)子30限定，其中，膨脹的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子30。離開蒸汽膨脹區(qū)段的膨脹蒸汽在于第二軸向遠(yuǎn)端處經(jīng)由排出柱40離開蒸汽渦輪主體20之前進(jìn)入外罩殼22內(nèi)的渦輪腔28。外罩殼22可由熱隔離件23包圍。

軸封34用于靠著轉(zhuǎn)子30密封外罩殼22，同時(shí)軸承32還用于支撐轉(zhuǎn)子30。

圖2示出蒸汽渦輪10的示范實(shí)施例，其中溫暖保持蒸汽線路50在控制閥14和外罩殼22之間連結(jié)主蒸汽線路12。溫暖保持蒸汽線路50的目的是使加溫蒸汽流能夠通過(guò)蒸汽渦輪10的工作流動(dòng)路徑，包括通過(guò)進(jìn)口螺管26，在內(nèi)罩殼24和轉(zhuǎn)子30之間，到渦輪腔28中且通過(guò)排出柱40離開。只要當(dāng)渦輪腔28中的流體壓力等于或小于周圍壓力時(shí)加溫保持蒸汽線路50運(yùn)行，對(duì)待機(jī)操作期間的軸封蒸汽的需求就是不必要的。在圖2中示出的示范實(shí)施例中，控制閥14包括停止閥16。

在圖3中示出的更改的示范實(shí)施例中，主蒸汽線路12包括在控制閥14的上游的分開的停止閥16，其構(gòu)造成處于完全打開位置或者完全關(guān)閉位置。在該示范實(shí)施例中，溫暖保持蒸汽線路50在停止閥16與控制件14之間連結(jié)主蒸汽線路12。在該設(shè)備中，通過(guò)在溫暖保持蒸汽線路50中使用閥來(lái)調(diào)節(jié)溫暖保持蒸汽流速率是可能的。優(yōu)選地使用控制閥14來(lái)在溫暖保持蒸汽流速率典型地顯著小于標(biāo)稱操作蒸汽速率時(shí)調(diào)節(jié)該溫暖保持蒸汽流速率，且因此通常單獨(dú)使用控制閥14來(lái)穩(wěn)定地控制是不可能的。

在示范實(shí)施例中，溫暖保持蒸汽線路50包括阻斷閥52且可選地包括加熱器54和湍流器56。

阻斷閥52提供在例如正常操作期間將溫暖保持蒸汽與蒸汽渦輪10隔斷的工具。阻斷閥52是自動(dòng)操作的閥，其連接至未示出的控制系統(tǒng)。

示范實(shí)施例還包括加熱器54。加熱器54的目的是提供將溫暖保持蒸汽加熱至如下溫度的工具，該溫度使行進(jìn)通過(guò)蒸汽渦輪10的溫暖保持蒸汽能夠維持罩殼22、24，且具體而言，轉(zhuǎn)子30，的溫度，從而補(bǔ)償通過(guò)外罩殼22和相關(guān)熱隔離件的周圍熱損耗、以及由行進(jìn)通過(guò)蒸汽渦輪10且通過(guò)排出柱40離開的溫暖保持蒸汽攜帶的熱量的損耗。加熱器54可為能夠?qū)崮苜x予行進(jìn)通過(guò)溫暖保持蒸汽線路50的加溫蒸汽中的任何已知的裝置，包括電氣裝置。在示范實(shí)施例中，加熱器54位于溫暖保持蒸汽線路50的外部。

在示范實(shí)施例中，溫暖保持蒸汽在范圍從100℃直到標(biāo)稱新蒸汽溫度(nominal live steam temperature)的溫度下提供至溫暖保持蒸汽線路50，其中，在阻斷閥52的下游圍繞蒸汽保持蒸汽線路50的外區(qū)段纏繞的電氣元件作用為加熱器54。

在示范實(shí)施例中，加熱器54將溫暖保持蒸汽加熱至高于550℃。由加熱器54加熱至的溫度取決于蒸汽渦輪10的設(shè)計(jì)和操作。

又一示范實(shí)施例包括溫暖保持蒸汽線路50中的湍流器56，其在加熱器54附近或加熱器54的如下場(chǎng)所處，在此加熱器54增大溫暖保持蒸汽的溫度。湍流器56的目的是生成湍流，從而增大加熱器54與溫暖保持蒸汽之間的熱傳遞速率，從而使得可能減小加熱器54的熱傳遞面積。

如圖4所示，在示范實(shí)施例中，各湍流器56包括中空的圓形板，該中空的圓形板具有多個(gè)軸向地對(duì)齊的孔57，孔57位于湍流器的周邊上。當(dāng)阻斷閥52打開時(shí)，沿湍流器流動(dòng)的蒸汽加速，且接連地膨脹，從而增大湍流度且因此改善來(lái)自電加熱器的熱傳遞。

示范實(shí)施例涉及啟動(dòng)加熱器54，且然后，當(dāng)電加熱器中的蒸汽溫度達(dá)到＞550℃(即，標(biāo)稱新蒸汽溫度)時(shí)，通過(guò)關(guān)閉停止閥16和/或控制閥14來(lái)繞過(guò)蒸汽渦輪。下個(gè)步驟是關(guān)掉軸封系統(tǒng)和打開溫暖保持蒸汽線路50中的阻斷閥52。以此方式，加溫蒸汽流動(dòng)通過(guò)蒸汽渦輪10且通過(guò)排出柱40離開。然后阻斷閥52保持打開直到下次開始。

示范實(shí)施例包括典型地與蒸汽渦輪10一起使用的控制系統(tǒng)(未示出)。該控制系統(tǒng)附加地構(gòu)造成控制加溫保持蒸汽的流動(dòng)速率。在示范實(shí)施例中，該控制系統(tǒng)構(gòu)造成僅當(dāng)滿足以下條件中的各項(xiàng)時(shí)才操作加熱裝置54：停止閥16關(guān)閉、控制閥14至少部分地打開、和外罩殼22內(nèi)的壓力等于或小于周圍壓力。

盡管已在本文中以相信是最實(shí)用的示范實(shí)施例的形式示出且描述了本公開，但本公開還可以以其他特例實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前公開的實(shí)施例因此應(yīng)認(rèn)為在各方面均為示例性且不受限的。本公開的范圍由所附權(quán)利要求而非前述描述來(lái)指示，且將在其等同物的意義和范圍內(nèi)的所有改變都確定為包含在其中。