專利名稱：汽輪機(jī)、汽輪機(jī)裝置以及冷卻汽輪機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)，它有進(jìn)汽區(qū)、排汽區(qū)和沿軸向布置在它們之間被汽輪機(jī)汽缸包圍的葉片區(qū)。本發(fā)明還涉及一種冷卻具有汽輪機(jī)汽缸的汽輪機(jī)的方法。
在DE-PS 324 204中介紹了一種冷卻空載汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的方法和設(shè)備。為了實施這種冷卻，提供了一個經(jīng)由閥與汽流管道連接的抽汽器。借助此抽汽器，蒸汽逆正常的流動方向經(jīng)流入管道抽出。至于該被抽出的蒸汽可以是另一臺汽輪機(jī)的抽汽或排汽，以及可以是濕的或飽和的新蒸汽。
US-PS 3173654涉及一種具有高壓汽輪機(jī)段和雙流道低壓汽輪機(jī)段的汽輪機(jī)，它在備用工作狀態(tài)下運行。為避免汽輪機(jī)葉片過熱設(shè)有一冷卻系統(tǒng)，借助此冷卻系統(tǒng)，通過許多既有在低壓汽輪機(jī)段中也有在高壓汽輪機(jī)段中的管道，將來自凝汽器的高壓水噴入這些汽輪機(jī)段中。這些水完全汽化，并由于真空泵處于運行之中，又重新被抽回凝汽器中。噴入的水量根據(jù)汽輪機(jī)段中的溫度針對每根噴水管道借助于相應(yīng)的閥分別調(diào)整。
因此上述兩個文件所涉及的都是空載的或在備用工作狀態(tài)運行的汽輪機(jī)的冷卻。在那里冷卻僅僅通過蒸汽進(jìn)行，蒸汽或直接輸入，或通過汽化水產(chǎn)生。所以上述兩個文件涉及的汽輪機(jī)處于這樣一種狀態(tài)，即，排走產(chǎn)生的外熱，這些熱量是在以工作轉(zhuǎn)速例如為3000轉(zhuǎn)/分鐘運行的汽輪機(jī)中由于摩擦產(chǎn)生的。若不排走這些熱量，則汽輪機(jī)內(nèi)的溫度將遠(yuǎn)高于運行溫度。
在蒸汽輪機(jī)中，尤其是具有前置中間過熱器的高壓汽輪機(jī)或中壓汽輪機(jī)中，當(dāng)負(fù)荷運行時溫度可達(dá)500℃以上。在負(fù)荷運行期間，例如處于全負(fù)荷狀態(tài)下，這種負(fù)荷運行可能持續(xù)幾周或幾個月，汽輪機(jī)汽缸以及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和別的汽輪機(jī)部件，如新蒸汽閥、快速關(guān)閉閥、汽輪機(jī)葉片等，均被加熱至高溫。在整個汽輪機(jī)裝置停機(jī)后，每個汽輪機(jī)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子可借助一旋轉(zhuǎn)裝置在一預(yù)定的時間內(nèi)以一降低了的轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，以及借助抽真空裝置將蒸汽壓力抽成真空。為了在汽輪機(jī)停機(jī)后能盡早實施維護(hù)或檢查工作以及必要時的改裝工作，在有的情況下可能值得追求的是，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與例如汽輪機(jī)汽缸之間出現(xiàn)的膨脹差保持在規(guī)定范圍內(nèi)的條件下盡可能快速地冷卻汽輪機(jī)。
本發(fā)明的目的是提供一種汽輪機(jī)以及汽輪機(jī)裝置，它可借助于強(qiáng)迫冷卻裝置迅速均勻地冷卻。本發(fā)明另一個目的是提供一種冷卻汽輪機(jī)的方法。
本發(fā)明有關(guān)汽輪機(jī)方面的目的是這樣來實現(xiàn)的，即，汽輪機(jī)汽缸可與用于流入冷卻流體的冷卻流體進(jìn)口連接，其中，此冷卻流體進(jìn)口可借助于一關(guān)閉機(jī)構(gòu)關(guān)閉和打開，以及，設(shè)置用于從汽輪機(jī)汽缸抽出冷卻流體的抽吸裝置。冷卻流體進(jìn)口最好在汽輪機(jī)正常的負(fù)荷運行期間關(guān)閉，在正常的負(fù)荷運行時，工作蒸汽流入汽輪機(jī)內(nèi)的進(jìn)汽區(qū)、流過葉片區(qū)驅(qū)動汽輪機(jī)軸以及從排汽區(qū)流出此汽輪機(jī)。因此，在負(fù)荷運行期間沒有冷卻流體進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)。當(dāng)汽輪機(jī)停機(jī)后，這時不再有工作蒸汽流過流輪機(jī)，冷卻流體進(jìn)口通過關(guān)閉機(jī)構(gòu)打開，于是冷卻流體尤其是來自汽輪機(jī)周圍大氣中的空氣流入汽輪機(jī)內(nèi)。流入的冷卻流體借助于抽吸裝置，例如產(chǎn)生負(fù)壓的抽真空設(shè)備，從汽輪機(jī)汽缸內(nèi)被抽出。其結(jié)果是有可能在40小時內(nèi)，最好在約24小時內(nèi)，將汽輪機(jī)(汽缸和軸)快速冷卻到200℃以下，尤其是150℃至180℃。冷卻流體進(jìn)口最好是有一流動截面的一個單獨的口，例如是接在汽輪機(jī)上的空氣進(jìn)口接管，流動截面的尺寸應(yīng)這樣確定，即，能有足夠用于快速冷卻的冷卻流體進(jìn)入汽輪機(jī)。也可以設(shè)置多個冷卻流體進(jìn)口。
關(guān)閉機(jī)構(gòu)可以是一個可打開的封閉法蘭、一個閥或類似物。此關(guān)閉機(jī)構(gòu)例如可借助于第一控制器自動地例如電機(jī)驅(qū)動地打開。也可以采用手動開啟的關(guān)閉機(jī)構(gòu)。
抽吸裝置，例如用于在凝汽器內(nèi)造成負(fù)壓的抽真空設(shè)備，最好與一個用于控制其抽吸功率的控制器連接。此外，此控制器可用于自動斷開抽吸裝置與汽輪機(jī)汽缸之間在流動上的連接。在高壓汽輪機(jī)中，在正常的負(fù)荷運行期間，最好切斷在汽輪機(jī)汽缸與抽吸裝置之間在流動上的連接。
冷卻流體進(jìn)口最好與通入進(jìn)汽區(qū)的供汽管道連接。冷卻流體進(jìn)口最好與用于調(diào)整新汽量的伺服閥連接，因此可以在汽輪機(jī)負(fù)荷運行結(jié)束后同樣冷卻此伺服閥。
抽吸裝置最好與通入排汽區(qū)中的排汽管道連接。因此，在冷卻過程中此排氣管道可借助于止回閥截止，使得流過汽輪機(jī)的全部冷卻流體都流過抽吸裝置。抽吸裝置最好與凝汽器，尤其是冷凝容器的蒸汽區(qū)在流動上連接起來。這樣一來，已在負(fù)荷運行期間使用的抽真空設(shè)備也可以作為抽吸裝置，用于在停機(jī)后冷卻汽輪機(jī)以及別的汽輪機(jī)部件，如伺服閥、快速關(guān)閉閥等。這種抽真空設(shè)備可在負(fù)荷運行結(jié)束后例如用來抽空冷凝容器內(nèi)的蒸汽腔，或抽空汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽壓力。
本發(fā)明有關(guān)具有一個高壓汽輪機(jī)段和至少一個中壓汽輪機(jī)段的汽輪機(jī)裝置方面的目的是這樣來實現(xiàn)的，即，令這些汽輪機(jī)段的汽缸分別與一冷卻流體進(jìn)口連接并設(shè)置一抽吸裝置，該抽吸裝置通過抽吸管道與凝汽器連接以及通過相關(guān)的連接管道與這些汽輪機(jī)段連接。在汽輪機(jī)裝置停機(jī)后，按下列方式實施每個汽輪機(jī)段的冷卻，即，冷卻流體，尤其是空氣經(jīng)相關(guān)的冷卻流體進(jìn)口流入相關(guān)汽輪機(jī)段的汽缸內(nèi)，并借助于既與汽輪機(jī)段也與凝汽器連接的抽吸裝置從汽輪機(jī)段中被抽出。抽吸裝置最好造成一個負(fù)壓，由于此負(fù)壓，促使冷卻流體，即空氣，流過汽輪機(jī)段以及相應(yīng)的部件，如伺服閥和快速關(guān)閉閥?？諝庠诿總€汽輪機(jī)段內(nèi)吸收熱量，從而使汽輪機(jī)段冷卻。在這里抽吸裝置可以是抽真空設(shè)備，這一設(shè)備在汽輪機(jī)裝置停機(jī)后便隨即用來抽空每個汽輪機(jī)段內(nèi)的蒸汽壓力。因此，汽輪機(jī)裝置的汽輪機(jī)段的冷卻可以不再需要附加的設(shè)備，例如壓縮空氣儲罐或壓縮空氣泵等，在這種情況下，只是在需要的位置設(shè)置具有相關(guān)截止機(jī)構(gòu)的冷卻流體進(jìn)口以及用于引導(dǎo)冷卻流體流動的數(shù)量有限的管道。
本發(fā)明有關(guān)冷卻具有汽輪機(jī)汽缸的汽輪機(jī)的方法方面的目的是這樣來實現(xiàn)的，即，在甩負(fù)荷后將冷卻流體進(jìn)口與汽輪機(jī)汽缸在流動上連接起來，并借助于一抽吸裝置使通過此冷卻流體進(jìn)口流入的冷卻流體，尤其是空氣在吸熱的情況下流過汽輪機(jī)汽缸。采取這種汽輪機(jī)的強(qiáng)迫冷卻方式，例如在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)汽缸尤其是汽輪機(jī)內(nèi)缸之間的膨脹差保持在預(yù)先規(guī)定的范圍內(nèi)的條件下，有可能在一天之內(nèi)冷卻數(shù)百度。因此，在甩負(fù)荷后經(jīng)過一天便已經(jīng)可以實施汽輪機(jī)的維修工作、保養(yǎng)工作或改裝工作。在甩負(fù)荷后，汽輪機(jī)尤其是借助于驅(qū)動電機(jī)以約50轉(zhuǎn)/分鐘的低轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運行)旋轉(zhuǎn)。由此盡可能不產(chǎn)生任何附加的熱量。
汽輪機(jī)在停機(jī)后處于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運行的狀態(tài)，與此同時，所存在的抽真空設(shè)備繼續(xù)運行。在高壓汽輪機(jī)和中壓汽輪機(jī)上的空氣進(jìn)口，尤其是進(jìn)氣接管被打開。在高壓汽輪機(jī)上，新汽一側(cè)的接管和在高壓汽輪機(jī)排氣口與凝汽器之間的連接管道被打開。凝汽器與抽真空設(shè)備連接，使得經(jīng)進(jìn)氣接管吸入的空氣通過汽輪機(jī)葉片和經(jīng)由連接管道吸入凝汽器內(nèi)。這就促進(jìn)了高壓汽輪機(jī)的冷卻。在中壓汽輪機(jī)上同樣可以打開在進(jìn)汽區(qū)內(nèi)的接管。通過此接管流入的空氣可借助于抽真空設(shè)備經(jīng)由中壓葉片和必要時按流動方向處于下游的低壓汽輪機(jī)吸入凝汽器內(nèi)。因此，尤其是冷卻了中壓軸和中壓汽輪機(jī)內(nèi)缸和/或中壓汽輪機(jī)外缸、中壓葉片、中壓汽輪機(jī)的伺服閥和快速關(guān)閉閥?？諝馔瑯右部梢越?jīng)相應(yīng)的連接管道從中壓汽輪機(jī)的排汽區(qū)在繞過下游的低壓汽輪機(jī)的情況下引入凝汽器內(nèi)。高壓汽輪機(jī)和中壓汽輪機(jī)最好冷卻到一個低于150℃的溫度。此冷卻過程可借助于例如通過針對負(fù)荷運行所設(shè)定的溫度測量點在汽輪機(jī)內(nèi)部測得的溫度測量值進(jìn)行控制。根據(jù)冷卻的進(jìn)程，冷卻過程可通過抽吸裝置的抽吸功率加快或減慢。這樣的冷卻過程實施后，不會超過預(yù)定的尤其在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)內(nèi)缸和/或外缸之間最大的膨脹差。通過經(jīng)不同的進(jìn)氣口供入冷卻流體，可例如減緩高壓汽輪機(jī)段的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻，而加速高壓汽缸的冷卻。
下面借助于在唯一的一個附圖
中所表示的實施例，進(jìn)一步說明汽輪機(jī)和用于冷卻汽輪機(jī)的無需附加設(shè)備的快速冷卻系統(tǒng)。
該附圖按局部示意和不按比例的方式表示了一臺具有高壓汽輪機(jī)段1a和中壓汽輪機(jī)段1b的汽輪機(jī)裝置20的縱剖面。為了看得更清楚起見，汽輪機(jī)裝置20的其他部件示意地表示。高壓汽輪機(jī)段1a具有一進(jìn)汽區(qū)2、一排汽區(qū)3和沿軸向位于這兩者之間的中葉片區(qū)4。供汽管道12即新汽管道19通入進(jìn)汽區(qū)2內(nèi)，在這些管道內(nèi)設(shè)有作為組合閥的一個快速關(guān)閉閥24和一個伺服閥17。伺服閥17有冷卻流體進(jìn)口7，空氣管道18通入其中。在空氣管道18中設(shè)有一關(guān)閉機(jī)構(gòu)8，尤其是一個閥，它與第一控制器9連接。借助于第一控制器9可以打開或關(guān)閉此關(guān)閉機(jī)構(gòu)8，從而可以打開或關(guān)閉用于流入冷卻流體6尤其是空氣的冷卻流體進(jìn)口7。在汽輪機(jī)1亦即高壓汽輪機(jī)段1a的正常的負(fù)荷運行期間，關(guān)閉機(jī)構(gòu)8是關(guān)閉的，而在快速冷卻過程中則是打開的，所以在后面這種情況下冷卻流體6可以流入伺服閥17內(nèi)。
在圍繞著沒有進(jìn)一步具體說明的內(nèi)缸和外缸的高壓汽缸5a內(nèi)部，設(shè)有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子26a。排汽管道13連接在排汽區(qū)3上，排汽管道13經(jīng)中間過熱器21通往中壓汽輪機(jī)段1b的進(jìn)汽區(qū)2。在排汽區(qū)3下游的排汽管道13中設(shè)一止回閥22。在排汽區(qū)3與止回閥22之間，在排汽管道13內(nèi)通入一連接管道16a，后者通往凝汽器14。在高壓汽輪機(jī)段1a正常的負(fù)荷運行期間，連接管道16a被關(guān)閉機(jī)構(gòu)8a關(guān)閉。在中壓汽輪機(jī)段1b的進(jìn)汽區(qū)2與中間過熱器21之間，在中壓輸入管道23中同樣設(shè)有一個由伺服閥17與快速關(guān)閉閥24組成的組合閥。如上面已說明的那樣，在此組合閥的冷卻流體進(jìn)口7中通入空氣管道18。中壓汽輪機(jī)段1b設(shè)計為雙流道的，并有一個圍繞著沒有進(jìn)一步具體說明的內(nèi)缸和外缸的中壓汽缸25b，其中裝有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子26b并布置有葉片區(qū)4。在汽輪機(jī)裝置20正常的負(fù)荷運行期間，圖中沒有表示的工作蒸汽從中間過熱器21流入進(jìn)汽區(qū)2，在葉片區(qū)4內(nèi)分成兩束流體，從相關(guān)的排汽區(qū)3流入一個或多個排汽管道13內(nèi)，它(它們)通往一個或多個圖中沒有表示的低壓汽輪機(jī)段。一連接管道16b從排汽管道13通入凝汽器14。另一個沒有進(jìn)一步具體說明的管道從一臺圖中沒有表示的低壓汽輪機(jī)段同樣通入凝汽器14。不言而喻，連接管道16b可以取消，這樣，在冷卻運行期間經(jīng)伺服閥7流入中壓汽輪機(jī)段的冷卻流體6便通過圖中未表示的低壓汽輪機(jī)段進(jìn)入凝汽器14內(nèi)。一凝結(jié)水水箱25連接在凝汽器14上，該水箱25經(jīng)抽吸管道15與一抽吸裝置10，例如一抽真空設(shè)備、一噴射泵等連接。抽吸裝置10可借助于第二控制器11控制其抽吸功率，這樣在冷卻過程中，抽出的空氣量并因而冷卻的速度可以調(diào)整。當(dāng)然，也可以設(shè)計為將抽吸裝置10直接連接在連接管道16a、16b上，冷卻流體6便不再流過凝汽器14。
本發(fā)明的特點是在負(fù)荷運行結(jié)束后實施汽輪機(jī)的強(qiáng)迫冷卻，其中，在甩負(fù)荷后打開冷卻流體進(jìn)口和抽吸管道。借助于與抽吸管道連接的抽吸裝置，經(jīng)由冷卻流體進(jìn)口流入汽輪機(jī)的空氣在吸熱的情況下重新從汽輪機(jī)排出。采用這種方法可動用現(xiàn)有的汽輪機(jī)部件，例如抽真空設(shè)備和蒸汽管道。必要時僅需設(shè)相應(yīng)的冷卻流體進(jìn)口(例如進(jìn)氣接管)和從現(xiàn)有的排汽管道分出的支管，以保證強(qiáng)迫空氣流通過汽輪機(jī)。此方法尤其可以快速冷卻高壓汽輪機(jī)，按此方法可以達(dá)到在24小時內(nèi)冷卻達(dá)400K。
權(quán)利要求
1．一種汽輪機(jī)(1)，其具有一進(jìn)汽區(qū)(2)、一排汽區(qū)(3)和沿軸向設(shè)在它們之間被汽輪機(jī)汽缸(5)包圍的一葉片區(qū)(4)，其中，設(shè)有至少一個可借助于關(guān)閉機(jī)構(gòu)(8)關(guān)閉和打開的冷卻流體進(jìn)口(7)，為了在甩負(fù)荷后冷卻到明顯低于運行溫度的溫度，冷卻流體(6)可通過此冷卻流體進(jìn)口流入汽輪機(jī)汽缸(5)；以及設(shè)有一個抽吸裝置(10)，用于從汽輪機(jī)汽缸(5)吸出冷卻流體(6)。
2．按照權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)(1)，其中，設(shè)有一個與關(guān)閉機(jī)構(gòu)(8)連接的第一控制器(9)，用于自動打開冷卻流體進(jìn)口(7)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的汽輪機(jī)(1)，其具有第二控制器(11)，用于控制抽吸裝置(10)的抽吸功率和/或用于自動切斷抽吸裝置(10)與汽輪機(jī)汽缸(5)在流動方面的聯(lián)系。
4．按照上述任一項權(quán)利要求所述的汽輪機(jī)(1)，其中，所述冷卻流體進(jìn)口(7)與通入進(jìn)汽區(qū)(2)中的一供汽管道(12)，尤其是一伺服閥(17)連接。
5．按照上述任一項權(quán)利要求所述的汽輪機(jī)(1)，其中，所述抽吸裝置(10)與通入排汽區(qū)(2)中的排汽管道(13)連接。
6．按照上述任一項權(quán)利要求所述的汽輪機(jī)(1)，其中，所述抽吸裝置(10)通過一抽吸管道(15)在流動上與凝汽器(14)連接。
7．按照權(quán)利要求6所述的汽輪機(jī)(1)，其具有一高壓汽輪機(jī)段(1a)，其中，該高壓汽輪機(jī)段(1a)通過一連接管道(16a)在流動上與凝汽器(14)連接。
8．按照上述任一項權(quán)利要求所述的汽輪機(jī)(1)，其中，所述冷卻流體進(jìn)口(7)設(shè)計為汽輪機(jī)汽缸(5)周圍空氣的進(jìn)口。
9．一種汽輪機(jī)裝置(20)，其具有一高壓汽輪機(jī)段(1a)，該高壓汽輪機(jī)段具有一與冷卻流體進(jìn)口(7a)連接的高壓汽缸(5a)；還具有一中壓汽輪機(jī)段(1b)，該中壓汽輪機(jī)段具有一與冷卻流體進(jìn)口(7b)連接的中壓汽缸(5b)；還具有一抽吸裝置(10)，它通過一抽吸管道(15)與一凝汽器(14)連接以及通過相關(guān)的連接管道(16a、16b)分別與高壓汽輪機(jī)段(1a)和中壓汽輪機(jī)段(1b)連接。
10．一種冷卻具有一汽輪機(jī)汽缸(5)的汽輪機(jī)(1)的方法，按此方法，在甩負(fù)荷后，使冷卻流體進(jìn)口(7)在流動上與汽輪機(jī)汽缸(5)連通，以及，使通過冷卻流體進(jìn)口(7)流入的冷卻流體(b)，尤其是空氣，借助于一抽吸裝置(10)在吸熱的情況下流過汽輪機(jī)汽缸(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)(1),它有進(jìn)汽區(qū)(2)、排汽區(qū)(3)和沿軸向設(shè)在它們之間被汽輪機(jī)汽缸(5)圍繞的葉片區(qū)(4)。此外還設(shè)有可借助于關(guān)閉機(jī)構(gòu)(8)關(guān)閉和打開的冷卻流體進(jìn)口(7),冷卻流體(6)可通過它流入汽輪機(jī)汽缸(5)。通過一用于抽吸冷卻流體(6)的抽吸裝置(10)可重新從汽輪機(jī)汽缸(5)抽出已流入的冷卻流體(6)。此外,本發(fā)明還涉及汽輪機(jī)裝置(20)和冷卻汽輪機(jī)(1)的方法。
文檔編號F01D25/08GK1231714SQ97198153
公開日1999年10月13日 申請日期1997年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月26日
發(fā)明者埃德溫·戈布萊克特, 邁克爾·韋克森 申請人:西門子公司