專利名稱：改進的汽輪機進汽系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽輪機，更具體地說涉及汽輪機的進汽方法和進汽裝置，用以提高汽輪機的效率，從而降低設備成本。
一般來說，蒸汽是通過若干弧形噴咀室進入大型汽輪機的，這些噴咀室沿圓周設置在汽輪機的上下缸體內。噴咀室的進汽通過分組安裝在各進汽室內的汽閥進行調節(jié)，汽閥開啟時蒸汽從進汽室通過絕熱供汽管進入噴咀室，汽閥關閉時停止進汽。有的汽輪機設計成全弧段進汽汽輪機，在這種汽輪機中，第一級的噴咀在各種負荷情況下都是開啟的，有的汽輪機設計成分弧段部分進汽汽輪機，在這種汽輪機中第一級的開啟噴咀的數(shù)量隨著負荷的改變而改變，實際表明在各種不同的負荷情況下，對汽輪機的輸出功率可采用分弧段部分進汽的設計以取得較為有效的調節(jié)，在這種設計中，進汽噴咀分成獨立的幾個組，裝在一些單個的噴咀室內，通過對一些單個的噴咀室進行相繼配汽而盡量減少節(jié)流配汽的方式與通過全弧段進行節(jié)流配汽的方式相比可取得較高的效率。在采用多汽閥調節(jié)進入單個噴咀室的蒸汽流量時，對這些汽閥一般都進行同步調節(jié)。
根據(jù)已經完善的熱力學原理，可通過理論證明在負荷改變的情況下，采用無限個汽閥全開工況點可取得最大的汽輪機效率。汽閥全開工況點可定義為一個或一個以上的汽閥處于或者全開或者全閉狀態(tài)下的工況點。因此，為取得最大的效率需采用無限個汽閥。汽輪負荷增減時，就可開閉各汽閥以無限小的增量增減蒸汽流量。除了實際上不可能配置無限個汽閥和相應的供汽管、進汽口等等外，采用大量的汽閥在經濟上也是不可行的。每在汽輪機缸體上增設一個進口，連同進汽噴口、供汽管和汽閥就得明顯地增加設備成本。對某一給定的汽輪機單元來說，一般采用4-8個調節(jié)汽閥。
為在提高汽輪機的效率和增加汽閥數(shù)量而提高基本投資這兩者之間謀求取得最佳的兼顧方案，主要應集中考慮相互連系的兩個方面的問題，一方面是減少缸體上的進汽口的數(shù)量，另一方面則集中在采取不同的汽閥開啟順序來保持最佳的汽閥全開工況點的數(shù)量。
對上述第一方面的考慮，通過對具有8個噴咀室進汽噴口的一些8汽閥設計和具有4個汽閥、4個進汽噴口的4汽閥設計這兩者之間所進行的比較來表明8汽閥設計中缸體和噴咀室的直徑較大。其結果是壓力缸的壁體較厚，螺栓較粗大，重量也較大，從而增加了汽輪機缸體、進汽室和供汽管的成本。
一些8汽閥的設計都設有兩種規(guī)格的噴咀室，在上下缸體中各設一個較大的居中設置的噴咀室和兩個較小的設置在兩側的噴咀室。這些噴咀室由兩個進汽室供汽，一個在左，一個在右。兩個較大的噴咀室各具有兩個分別與兩個進汽室連接的單獨的供汽管。如上所述，具有一個以上進汽口的這種噴汽室，其供汽閥一般是同步調節(jié)的。在其他的一些設計中，采用了一種Y形配件以連接從兩個單獨的進汽室通向各中央噴咀室的單個的大進汽噴口的兩個供汽管。在新近的一些設計中，采用了一種T形配件以連接通向較大噴咀室的兩個單獨的供汽管。這些配件減少了缸體進汽口的數(shù)量，從而使缸體直徑和噴咀室直徑具有與4汽閥設計相同的直徑，但是，這些配件很昂貴。因此，有必要免除這種配件。
另外須考慮的一個有關設備的問題是在現(xiàn)有的設備中，通向上缸體內各噴咀室的供汽管從進汽室向下延伸，然后作180°迂回，再向上延伸，這種供汽管中的迂回段較直行的供汽管昂貴得多，且彎管接頭加大了壓力損失。目前采用的一種解決辦法是采用一倒置的進汽室，由倒置的進汽室對上缸體內的全部噴咀室進行供汽。但是，這種解決辦法會使各供汽管的作用力相互之間不能得到平衡，會對汽輪機缸體產生一個扭矩。
對于前述第二方面的考慮導致了相繼開啟各噴咀室以盡量增加汽閥全開工況點的數(shù)量的必要性，與此同時，在汽輪機葉片經過各關閉的噴咀室時應補償汽輪機葉片上的能量損失和應力。在旋轉葉片離開開啟的進汽弧段的情況下，來自噴咀室的蒸汽必須作用在滯止的蒸汽上以使其重新流動，這就造成了效率的下降或位移損失。如果開閉噴咀室的順序能使汽輪機內部圓周上關閉的噴咀室始終不超過一個區(qū)段，也就是兩個或兩個以上相鄰的噴咀室，這就是所謂的單調變操作。雙調變操作包含有兩個斷開的開啟的進汽弧段和兩次具有等量熱率下降的位移損失。所以，迄今都選用單調變操作。
轉讓給Westinghouse電氣公司的Silvestri的4，325，670號美國專利公開了一種開啟各單個噴咀室的改進的方法，以盡量提高汽輪機的效率。這種方法采用了一種開閉兩種不同規(guī)格的6個噴咀室的順序以增加汽閥全開工況點的數(shù)量，從而降低了熱率，也就是提高了效率。半數(shù)的噴咀室一開始就開啟以取得50%的進汽弧段。經驗證明，低于50%的進汽弧段會造成較差的熱效率和較高的熱應力。其余的噴咀室隨即相繼開閉以綜合地取得62.5%、75%、87.5%和100%的進汽流量。
下表提供了在汽輪機熱率方面，在75%和87.5%的部分進汽弧段之間雙調變和單調變所得效果之間的比較數(shù)據(jù)。
節(jié)流流量 熱率，Btu/KWh(KJ/KWh)1b/h(Kg/h) 單調變 雙調變3，330，000(1510478) 79，9(8354.9619) 7920(8356.0169)3，260，000(14782602) 7920(8356.0169) 7923(8359.1821)3，200，000(1451510.4) 7919(8354.9619) 7922(8358.127)3，130，000(1419758.6) 7913(8348.6315) 7917(8352.8518)事實上，由于蒸汽射流在開啟的進汽弧段和關閉的進汽弧段之間擴散到了噴咀和旋轉葉片之間的間隙中去，還由于側向泄漏的流量進入了關閉噴咀區(qū)內，因此，雙調變操作中的位移損失就會低于單調變操作中相應損失的兩倍，這里，在單調變操作中，關閉弧段相對地是比較短的。另外，只要不致明顯地降低熱效率，應盡量避免采用一些昂貴的構件。
此外，某些分析表明，在節(jié)流壓力為24001b/in2(170Kg/Cm2)、帶有側進式調節(jié)級葉根的汽輪機上，在進汽流量為75%的情況下，采用雙調變操作時所形成的應力和作用力不高于而且還可能低于在進汽流量為50%的情況下采用單調變操作時的應力和作用力。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供最合理的汽閥開閉順序以降低熱率，也就是提高熱效率，同時降低設備成本。
鑒于這一目的，本發(fā)明提供一種使蒸汽從進汽室通過供汽管進入汽輪機的改進的進汽系統(tǒng)，此汽輪機具有上缸體和下缸體，每缸體具有一單個的較大噴咀室，此噴咀室沿圓周至少與一較小的噴咀室相鄰，蒸汽通過這些噴咀室進入汽輪機，此進汽系統(tǒng)的特征是這些單個的具有相應規(guī)格的汽閥用以調節(jié)進入噴咀室的蒸汽流量;這些汽閥依次分組安裝在彼此相反的方向上，安裝時使用以調節(jié)進入上缸體內噴咀室蒸汽流量的各汽閥與向上設置的供汽管連接，使用以調節(jié)進入下缸體蒸汽流量的各汽閥與向下設置的供汽管連接。
這種布置的優(yōu)點是首先，可減少通向噴咀進汽噴口的絕熱供汽管中迂回管段的數(shù)量和縮短供汽管的長度，從而取得汽流的較直且短捷的路線;其次，彼此倒置的相鄰汽閥可為單獨設置的各汽閥的伺服馬達留出安裝的空間，從而取得汽閥動作順序安排上的靈活性。本發(fā)明還提供了一種改進的汽閥動作順序的方法。
通過以下按附圖所作詳細說明可更好地了解本發(fā)明。


圖1為一曲線圖，用以比較幾種不同的汽輪機設計，圖中所示為熱率對蒸汽流量的曲線;
圖2所示為一示范性汽輪機上典型噴咀室的布置;
圖3為一8汽閥汽輪機簡化的橫剖面圖，汽輪機帶有噴咀室和接在噴咀室上的供汽管，這是本發(fā)明所要取代的布置方法;
圖4為具有本發(fā)明推薦結構的進汽室的平面圖;
圖5為圖4中進汽室Ⅵ-Ⅵ剖面圖;
圖6為一汽輪機簡化的通過第一級的噴咀室的剖面圖，并示有根據(jù)本發(fā)明布置的供汽管。
圖1為一示范性汽輪機以Btu/KWh計量的熱率對以1061b/h計量的節(jié)流流量的曲線圖，圖上示有處于50%進汽流量和100%進汽流量之間的5個汽閥全開工況點，圖上的曲線11為假定汽輪機具有無數(shù)個汽閥時汽閥全開工況點的軌跡。在進汽流量從50%到100%的負荷下，通過曲線12、14和16對幾種不同的汽閥結構形式進行了比較。曲線12在進汽流量為50%和100%之間只有一個汽閥全開工況點，其汽閥工況曲線表明高出曲線14 24Btu/KWh，曲線14在87.5%的進汽流量下設一附加汽閥全開工況點。曲線16所示為一8汽閥汽輪機在進汽流量為50%和100%之間，具有62.5%、75%和87.5%三個可能的汽閥全開工況點。然而，由于雙調變的關系，各汽閥的實際操作情況是汽閥工況曲線先按曲線16到達進汽流量約為3.1×1061b/h(75%的進汽流量)的工況點。然后，按曲線12從進汽流量為75%的工況點到達進汽流量為100%的工況點。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)均為機械液壓系統(tǒng)，因此，汽閥的周期性工作很難實現(xiàn)。如圖1所示隨汽閥全開工況點的減少，汽輪機的熱率增加而效率降低。
圖2為一多噴咀室分弧段汽輪機簡化的部分剖面圖，圖上示出了一示范性汽輪機六個噴咀室A、BC、D、E、F和GH的布置，節(jié)流蒸汽通過這些噴咀室流向汽輪機葉片。噴咀室BC和GH的面積分別為各噴咀室A、D、E和F面積的兩倍。各噴咀室開啟的典型順序為先同時開啟通向噴咀室A、BC和D的調節(jié)汽閥(圖上未示出)從而取得50%的起始進氣弧段。然后，隨著負荷的增大，依次開啟噴咀室E、F和GH。當GH開啟到流量級相當于62.5%和89.5%的汽閥工況曲線與75%和100%之間的汽閥工況曲線兩者的交會工況段時，噴咀室E或F的供汽閥是關閉的，噴咀室GH的供汽閥則開得較大。隨著負荷的繼續(xù)增大，GH的供汽閥即完全打開而達到87.5%的進氣流量。隨著負荷的進一步增大，關閉的汽閥重新開啟，進汽流量即達到100%。通過這種操作方法就可在汽閥全開工況點75%和87.5%之間形成一較短的汽閥工況曲線。
開啟汽閥的另一種方法是第一步先開啟50%的進汽弧段，然后開啟噴咀室E，再開啟噴咀室F。當達到75%的進汽流量時，關閉噴咀室F和D或A和E，開啟GH的供汽閥。汽輪機的進汽換量仍為75%。這樣也就形成一種單調變的操作方法，在這種情況下汽輪機葉片每轉一周，只遇到一個中斷的進汽弧段。
雙調變操作也可產生一較短的汽閥工況曲線。在雙調變操作中葉片每轉一周經過兩個關閉區(qū)和兩個開啟的進汽弧段。在第一種方法中，在進汽流量為75%時噴咀室D和E或A和F的供汽閥是關閉的，而噴咀室GH是開啟的，然后，如上所述。隨著負荷的增大，較小的噴咀室依次重新開啟。在第二種方法中，關閉的兩個噴咀室完全處于對置的狀態(tài)，這樣會對轉子產生較小的側向推力。
在現(xiàn)有設計技術中，噴咀室BC和GH各由兩個汽閥供汽，每對汽閥同步進行調節(jié)。在以下將要說明的本發(fā)明的改進方案中，這兩個噴咀室的流量各由一個單獨的較大的汽閥進行調節(jié)。
圖3為一典型的現(xiàn)有汽輪機10的部分剖面圖，圖中示出了圖2所示各噴咀室的供汽管18A和18B的布置。圖中示出了進汽室20、調節(jié)汽閥22和伺服馬達組26。汽輪機10采用了一昂貴的Y形配件28和一T形配件30，用以將較大的噴咀室(BC和GH)進汽噴口32的數(shù)量各減為一個。
在絕熱供汽管的一般布置中，供汽管18從進汽室20引至進汽噴口32，共有8個供汽管4個供汽管18A通向下缸體36的各噴咀室，4個供汽管18B通向上缸體38的各噴咀室。從圖中可以明顯地看出，供汽管18B比供汽管18A多兩個90°的彎曲管段，消除供汽管18B的這些彎曲管段和向下迂回的管段是本發(fā)明的重要組成部分。圖3中僅示出了汽輪機10右側的進汽室20、調節(jié)閥22和伺服馬達組26，可以理解，在汽輪機的左側也設置有相同的裝置。
圖4為具有本發(fā)明推薦結構的新型進汽室50的平面圖。本發(fā)明用兩個各具有3個調節(jié)汽閥(圖中未示出)和3個出汽口54、56和58的進汽室代替具有兩個4汽閥進汽室50的8汽閥調節(jié)系統(tǒng)，其中的一個出口54較一般的出口，如出口56為大，該出口54用以調節(jié)與汽輪機缸體上較大噴咀室BC或GH連接的單個噴口32的流量。出口54最好位于相應進汽室50的封閉端60近處。較小的出口56和58用以向較小的噴咀室A、D、E和F供汽。減少調節(jié)閥22的數(shù)量并不影響這里所述合理的噴咀室開啟順序。如上所述，現(xiàn)有技術中8汽閥調節(jié)系統(tǒng)采用如圖2所示噴咀室的結構形式，較大噴咀室BC或GH的兩個供汽閥是同步開閉的，出口54和相應汽閥的規(guī)格是按相當于現(xiàn)有技術中從雙汽閥系統(tǒng)所取得的蒸汽流量來考慮的。圖中示出了蒸汽入口62。調節(jié)汽閥22可基本上如圖3所示相同的方式連接到這種進汽室，這里各汽閥都配置有各自的伺服馬達，對出口54和56上汽閥的伺服馬達可予以倒裝。
圖5為圖4中進汽室50的Ⅵ-Ⅵ剖面圖。進汽室50的結構應使較大的出口54和較小的一個出口56位于使蒸汽向某一垂直方向流出的位置上。另一較小的出口58則位于進口54和56之間、進汽室50上與出口54和56相反的一側，從而使蒸汽向相反的另一垂直方向流出。出口54和56以及與其相關的汽閥(圖中未示出)用以調節(jié)進入上缸體38內兩個噴咀室的蒸汽流量。出口58及與其相關的汽閥(圖中未示出)則用以調節(jié)進入下缸體36內較小的噴咀室的蒸汽流量。由較小出口56和58供汽的較小噴咀室D和F與圖4所示進汽室50位于汽輪機10相同的一側。一個與這一進汽室完全對稱的進汽室(圖中未示出)位于汽輪機相對的另一側，但各出口的布置是相反的，也就是一大一小兩個出口朝向下方，而一個居中的較小出口朝向上方。
這種新型進汽室的布置免去了幾個昂貴的構件。例如，將調節(jié)汽閥22的數(shù)量從8個減至6個，將進汽室和噴咀室之間供汽管18的數(shù)量從8個減至6個。采用較大的出口54免去了Y形和T形配件，因為這里不再需要成對的供汽管。同時還免去了將供汽管18B從進汽管50引到上缸體內噴咀室所需迂回180°的管段。
圖6示出了本發(fā)明所能采用的新型簡化了的絕熱供汽管的結構形式。不僅供汽管18的總數(shù)減少了，而且從進汽室50下側出口接出來的供汽管采取了較為短捷的路線。如圖中所示，在汽輪機10左側的供汽管18A和18B與左側的進汽室(圖上未示出)連接，在其右側的供汽管則與右側的進汽室50連接。調節(jié)汽閥與圖3所示汽閥22相當，這在出口54、56和58上未予示出，可以理解，每一出口都配置有相應規(guī)格的調節(jié)汽閥22，每一汽閥都由大體上如圖3所示的伺服馬達26進行調節(jié)。
以上通過實施例對本發(fā)明的原理作了明確的說明，對于本專業(yè)的人員來說不難理解在本發(fā)明的實施中可以對以上所述結構、布置和構件進行某些改變。在不超出本發(fā)明的原則范圍的前提下可以作出其他各種實施例，在以下的權利要求書中對此原則范圍作了說明。例如，采用4汽閥的汽輪機可以取得普通6汽閥汽輪機大體上相同的效率，這里采用了兩個33.33%的進汽弧段和兩個16.67%的進氣弧段。如圖1所示，4汽閥汽輪機可以按具有50%、66.67%、83.33%和100%4個汽閥全開工況點的曲線14進行工作。
權利要求
1.一種使蒸汽從進汽室(50)通過供汽管(18a、18b)進入汽輪機(10)的改進的進汽系統(tǒng)，此汽輪機具有上缸體(38)和下缸體(36)，每缸體(36、38)具有一的較大噴咀室，此噴咀室沿圓周至少與一較小的噴咀室相鄰，蒸汽通過這些噴咀室進入汽輪機，此進汽系統(tǒng)的特征是這些單個的具有相應規(guī)格的汽閥(22)用以調節(jié)進入噴咀室的蒸汽流量；這些汽閥(22)依次分組安裝在彼此相反的方向上，安裝時使用以調節(jié)進入上缸體(38)內噴咀室蒸汽流量的各汽閥與向上設置的供汽管(18b)連接，而使用以調節(jié)進入缸體(36)蒸汽流量的各汽閥與向下設置的供汽管(18a)連接。
2.一種權利要求1所述進汽系統(tǒng)，其特征是具有若干獨立動作的伺服馬達(26)，各伺服馬達(26)控制各相應汽閥(22)的開閉。
3.一種權利要求1或2所述進汽系統(tǒng)，其特征是進汽室(50)具有一左進汽分室和一右進汽分室，上述這些汽閥在左右兩進汽分室之間進行分配，這種分配使分別來自左進汽室的蒸汽流量和來自右進汽分室的蒸汽流量在通過沿圓周鄰接的各噴咀室形成部分進汽弧段開啟的情況下彼此大體上保持平衡。
4.一種權利要求1或2所述進汽系統(tǒng)，其特征是進汽室(20)具有兩個單端式進汽分室，此進汽分室一端為蒸汽入口(62)，另一端為封閉端(60)，用以調節(jié)通向較大噴咀室的較大汽閥設置于此封閉端(60)的近處。
5.用于具有權利要求1所述進汽系統(tǒng)的汽輪機(10)的進汽方法，其特征是使蒸汽進入兩個較大噴咀室(GH、BC)中的一個噴咀室和至少一個相鄰較小的噴咀室(A、E、F、D)以取得至少50%的起始進汽弧段;再隨著汽輪機(10)負荷的增大使蒸汽依次進入各剩下的幾個較小的噴咀室(A、E、F、D);然后在使剩下的這幾個較小的噴咀室(A、E、F、D)停止進汽的同時，使蒸汽進入剩下的較大噴咀室(GH、BC);最后，使蒸汽依次進入剩下的這幾個較小的噴咀室(A、E、F、D)。
6.一種權利要求5所述進汽方法，其特征是同時從一左進汽室和一右進汽室進行供汽，并使由屬于起始進汽弧段的各噴咀室從兩進汽室引入的蒸汽流量彼此大體上保持平衡。
全文摘要
在由一進汽室(50)進行供汽的系統(tǒng)中采用一些單個的具有相應規(guī)格的汽閥(22)以調節(jié)進入各噴嘴室的蒸汽流量；這些汽閥(22)依次分組安裝在彼此相反的方向上，安裝時使用以調節(jié)進入上缸體(38)內噴嘴室蒸汽流量的各汽閥與向上設置的供汽管(18b)連接，使用以調節(jié)進入下缸體(36)蒸汽流量的各汽閥與向下設置的供汽管(18a)連接。
文檔編號F01D17/18GK1058448SQ9010460
公開日1992年2月5日 申請日期1990年7月17日 優(yōu)先權日1989年7月21日
發(fā)明者喬治·約瑟夫·西爾維斯特里 申請人:西屋電氣公司