一种分轴布置的汽轮机优化配置系统的制作方法

本发明涉及一种分轴布置的汽轮机优化配置系统，属于火力发电领域。

背景技术：

近年来，我国国民用电总量迅速增长，且用户负荷的多样性较为明显，致使电网峰谷差急剧增大，为了保证电网的安全供电和电能质量，在电力系统总装机容量中占比较高的燃煤火电机组不得不担当起调峰的主力，且大型火电机组处于较低负荷阶段运行已为常态。

一般汽轮机在设计工况下，汽轮机的通流能保持最佳效率，而一旦偏离设计工况，例如夏季工况，由于循环水温度高，机组背压高，低压缸排汽的体积流量显著下降，导致余速损失上升。尤其是机组又处于低负荷运行工况，则实际低压缸排汽的体积流量相对设计工况来说严重偏少，从而导致低压缸的排汽余速损失相对大幅上升，效率显著下降。同样的，在冬季工况，往往机组高负荷运行时，低压缸的排汽面积又不足，引起背压阻塞问题，导致低压缸有效焓降不足，从而影响机组的经济性。现有大型火力发电汽轮机的设计，往往为兼顾全年的平均性能，其设计工况均是按照平均的背压来进行设计，而偏离设计工况的夏季和冬季也就不得不牺牲一定经济性，否则，若按冬季工况设计，则会导致夏季工况运行更加严重偏离最佳工况，效率更低；同理，若按夏季工况设计，则低压缸到冬季工况就会严重阻塞，严重影响低背压的有效利用。

目前，现有大型机组配置的低压缸一般为1~3个，机组容量越大或设计背压越低，低压缸的数量也会越多，这是由于受制于现有低压缸末级叶片长度，为增加低压缸排汽面积，也就会采用更多的低压缸，对于目前汽轮机制造厂来说，通常轴系按照高、中、低压缸的顺序布置，以两个低压缸为例，典型布置如图1所示，若缸的数量较多，依然采取单轴设计，通流部分动静之间的胀差过大则成为一个重要障碍。

考虑到上述现有汽轮机设计为确保设计工况的最优而难以兼顾其它工况，例如夏季机组低负荷运行工况或冬季机组高负荷运行工况，以及采用常规的轴系布置所带来的差胀过大等问题，因此，本领域的技术人员致力于开发一种汽轮机优化配置的系统及方法，在可兼顾汽机平台的横向跨度和厂房布置的灵活性基础上，实现既可控制低压缸动静之间的间隙，又可实现在冬季机组满负荷工况能保持较低的阻塞背压，而在夏季机组低负荷运行工况时，又能保持较高的运行效率，实现全季节、全负荷运行工况的最优，达到节能降耗的目的。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供了一种分轴布置的汽轮机优化配置系统，其特征在于，所述系统包括布置在第一轴系上的低压缸和发电机，布置在第二轴系上的弹性低压缸和弹性发电机，连接所述低压缸进汽端以及所述弹性低压缸进汽端的联通管，以及所述弹性低压缸进汽端的联通管上的阀门。

进一步地，其特征在于，所述系统还包括布置在第一轴系上的中压缸。

进一步地，其特征在于，所述系统还包括布置在第一轴系上的高压缸，所述高压缸与所述中压缸分缸布置。

可选地，其特征在于，还包括高压缸，所述高压缸与所述中压缸组合成高、中压合缸，并布置在第一轴系上。

进一步地，其特征在于，所述系统还包括至少1个连接装置，多个所述弹性低压缸通过至少1个所述连接装置依次连接。所述第二轴系最外侧连接装置对应最外侧所述弹性低压缸。

可选地，其特征在于，所属连接装置为离合器系统（所述离合器系统，可为单独的安全联轴器，或单独的离合器系统，或安全联轴器与离合器系统相结合的方式等）。

可选地，其特征在于，所属连接装置为联轴器。

当所述弹性低压缸为1个时，则只需在所述弹性低压缸进汽端的所述联通管上布置至少一个阀门。

当所述弹性低压缸为多个时，则还需在多个弹性低压缸之间布置对应的连接装置。轴系最外侧所述连接装置对应最外侧所述弹性置低压缸，最内侧所述连接装置的另一端则连接至少包括所述弹性低压缸以及所述弹性发电机。

需说明的是，根据中压缸数量、低压缸数量、弹性低压缸数量、高中压是否合缸、连接装置形式等具有多种排列组合方式，任何基于上述设备而进行的不同排列组合方式，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

根据机组实时运行负荷可确定具体的低压缸总排汽质量流量，结合机组实时运行背压，可得到低压缸实时总排汽容积流量，然后根据机组弹性低压缸的配置数量，比较全部投入弹性低压缸、切除一个弹性低压缸以及切除多个弹性低压缸下的机组经济性，按照机组经济性最优工况进行选择。

当低压缸实时总排汽容积流量小于等于“第一阈值”（第一阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除最外侧的一个弹性低压缸时，机组热耗最佳）时，则关闭连接其中轴系最外侧的一个所述弹性低压缸的所述阀门，同时利用对应的最外侧所述连接装置切除对应的所述最外侧弹性低压缸；

当低压缸实时总排汽容积流量小于等于“第二阈值”（第二阈值小于第一阈值，第二阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除两个弹性低压缸时，机组热耗最佳）时，则关闭连接另一个所述弹性低压缸的所述阀门；

随着低压缸实时总排汽容积流量的下降，根据经济最优性，逐个关闭连接所述弹性低压缸的所述阀门，同时逐个利用对应的所述连接装置切除对应的所述弹性低压缸，直至切除全部的弹性低压缸。

反之，则逐步从最内侧开始连接最内侧所述弹性低压缸的所述阀门，同时利用对应的所述连接装置连接对应的所述弹性低压缸，直至连接全部的弹性低压缸。

需说明的是，不同的机组运行负荷及背压对应着不同的低压缸总排汽容积流量，在不同的低压缸总排汽容积流量工况下，弹性低压缸切除数量直接影响机组的热耗。上述针对低压缸总排汽容积流量设定的不同阈值以及弹性低压缸切除数量，均是为了确定在不同的低压缸总排汽容积流量工况下，确保切除或投入合理的弹性低压缸，以降低低压缸的余速损失，实现机组经济性最优。

而连接装置无论是采用离合器系统或联轴器，均可实现切除功能，只是离合器系统可实现机组在线运行的切除，而联轴器则需在机组停机阶段进行切除。

本发明所述的汽机优化配置系统可以获得以下技术效果：

1、低压缸及弹性低压缸在设计时可考虑足够的排汽面积，满足冬季高负荷工况时较低排汽压力的需求，而随着机组循环水温度逐步升高以及负荷的降低，可逐步切除一定数量的弹性低压缸，可相对减少低压缸排汽余速损失，实现机组经济性最优；

2、由于其中弹性低压缸与其余的低压缸布置在不同轴系上，因此，采用分轴布置的单根轴系相对较短，相对而言，汽缸与转子间的相对膨胀之差（简称胀差）较小，即低压缸动静之间的间隙可做得更小，因此可获得更高的汽缸效率，同时在汽轮机厂房的布置也可更灵活。

3、即使在弹性低压缸投入运行时，由于中压缸的排汽分别通过联通管并联进入弹性低压缸及其余的低压缸，可通过合理的布置来控制联通管的总长，综合而言，可使联通管总的阻力损失做到更低，机组经济性也可因此更优。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图 1是未采用本发明方案的某一种系统示意图。

图 2、图 3、图 4、图 5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15是本发明的具体实施例的系统示意图；

图中标记：1--高压缸；2--中压缸；3--低压缸；4、6--弹性低压缸；5--发电机；7--弹性发电机；8、11--阀门；9--中低压联通管；10--高、中压合缸；12--连接装置。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，它是本发明的一种分轴布置的汽轮机优化配置系统及方法的第一具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高压缸、一个中压缸、一个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。

弹性低压缸投切的控制方式：

当低压缸实时总排汽容积流量小于等于“第一阈值”（第一阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除弹性低压缸4时，机组热耗最佳）时，则关闭连接其中所述弹性低压缸4的所述阀门8，由于只有一个弹性低压缸4，因此不需要连接装置，直接关闭所述阀门8，则可实现将第二轴系隔断，此时第二轴系上的弹性低压缸4和所述弹性发电机7停止运行；

反之，则打开所述弹性低压缸4的所述阀门8，则蒸汽可进入第二轴系的所述弹性低压缸4，第二轴系开始运行。

其中，弹性低压缸的额定输出功率可设计为低压缸的额定输出功率的50%~100%，以50%为例，1000MW机组运行在500MW工况时，应用该发明后低压缸的余速损失显著降低，内效率可相对提高4%左右，同时，机组负荷越低，循环水温度越高，实施本发明后低压缸的相对效益也越多。

实施例2

图3为本发明的第二具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。

相比实施方式一，增加了一个低压缸，可配套适用于环境温度更低需要更低排汽压力的机组，其弹性低压缸的投切控制方法都和实施例一相同，此处不再赘述。

实施例3

图4为本发明的第三具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个中压缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。相对实施方式一和实施方式二，本方案主要区别是未设置高压缸，因此可配套适用于二次再热分轴机组的低压轴系，其弹性低压缸的投切控制方法都和实施例一相同，此处不再赘述。

实施例4

图5为本发明的第四具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个中压缸、三个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。相比实施方式三，增加了一个低压缸，相对实施方式三来说，该方案可适用于环境温度更低需要更低排汽压力的机组，其弹性低压缸的投切控制方法都和实施例一相同，此处不再赘述。

实施例5

图6为本发明的第五具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高中压合缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。其弹性低压缸的投切控制方法都和实施例二相同，因而此处不再赘述。本方案与实施方式二的主要区别在于本方案的高中压缸合缸，因而配套适用的机组容量参数不同。

实施例6

图7为本发明的第六具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高中压合缸、一个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和中低压联通管。相比实施方式五，减少了一个低压缸，因而相对而言，适用于环境温度相对较高所需排汽压力较高的机组，其弹性低压缸的投切控制方法都和实施例一相同，此处不再赘述。

实施例7

图8为本发明的第七具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高压缸、一个中压缸、一个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。

弹性低压缸投切的控制方式：

1、连接装置选用离合器系统时，其弹性低压缸的投切较为灵活，可实现在线投切，但其造价相对较高，并且离合器系统本身的可靠性会影响整个系统的安全性。其弹性低压缸投切的控制方式：

当低压缸实时总排汽容积流量小于等于“第一阈值”（第一阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除最外侧的一个弹性低压缸4时，机组热耗最佳）时，则关闭连接其中轴系最外侧的一个所述弹性低压缸4的所述阀门8，同时利用对应的最外侧所述连接装置12切除对应的所述最外侧弹性低压缸4；

当低压缸实时总排汽容积流量小于等于“第二阈值”（第二阈值小于第一阈值，第二阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除两个弹性低压缸时，机组热耗最佳）时，则关闭连接另一个所述弹性低压缸6的所述阀门11，此时弹性发电机7也停止运行；

反之，则逐步从最内侧开始连接最内侧所述弹性低压缸6的所述阀门11，则弹性低压缸6驱动弹性发电机7运行。当需要弹性低压缸4投入时，则进一步打开阀门8，并利用所述连接装置12连接对应的所述弹性低压缸4，此时，弹性低压缸4进入蒸汽，与弹性低压缸6共同运行驱动弹性发电机7输出功率。

同时，相比实施方式一，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式一中有所降低。

2、连接装置选用联轴器时，其造价相对较低，安全性高，但弹性低压缸4的投切无法在机组运行中实现，只能在机组停运后操作，不够灵活。其控制方式及弹性低压缸投切方式：

机组停运后，预测机组下一阶段运行时的平均背压和平均负荷，从而可得到一个平均的总低压缸排汽容积流量，当其小于等于“第一阈值”（第一阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除最外侧的一个弹性低压缸4时，机组热耗最佳）时，则关闭连接其中轴系最外侧的一个所述弹性低压缸4的所述阀门8，同时将最外侧所述连接装置（联轴器）12断开，则完全切除对应的所述最外侧弹性低压缸4；

而弹性低压缸6则可在运行中根据实时的平均背压和实时负荷来确定低压缸实时总排汽容积流量，当其小于等于“第二阈值”（第二阈值小于第一阈值，第二阈值是根据低压缸及弹性低压缸的配置数量以及实时的低压缸总排汽容积流量，当切除两个弹性低压缸时，机组热耗最佳）时，则关闭所述弹性低压缸6的所述阀门11，此时弹性发电机7完全停止输出功率；

反之，若预测机组下一阶段运行时的低压缸总排汽容量流量高于“第一阈值”，则投入所有弹性低压缸运行，即将连接装置（联轴器）12连接上，并打开阀门8，并打开阀门11，则可实现弹性低压缸4、弹性低压缸6及弹性发电机7的运行。

相比实施方式一，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式一中有所降低。

实施例8

图9为本发明的第八具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。相比实施方式二，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式二中有所降低，其连接装置的选用及弹性低压缸的投切控制方法都和实施例七相同，此处不再赘述。

实施例9

图10为本发明的第九具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个中压缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。相比实施方式三，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式三中可有所降低，其连接装置的选用及弹性低压缸的投切控制方法都和实施例七相同，此处不再赘述。

实施例10

图11为本发明的第十具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个中压缸、三个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。相比实施方式四，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式四中有所降低，其连接装置的选用及弹性低压缸的投切控制方法都和实施例七相同，此处不再赘述。

实施例11

图12为本发明的第十一具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高中压合缸、两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。相比实施方式五，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式五中有所降低，其连接装置的选用及弹性低压缸的投切控制方法都和实施例七相同，此处不再赘述。

实施例12

图13为本发明的第十二具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的一个高中压合缸、一个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和中低压联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。相比实施方式六，其增加了一个弹性低压缸，故其投切弹性低压缸的负荷范围更宽，对低压缸效率的相对提升更为明显，且其单个弹性低压缸的额定输出功率设计值相比实施方式六中有所降低，其连接装置的选用及弹性低压缸的投切控制方法都和实施例七相同，此处不再赘述。

实施例13

图14为本发明的第十三具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两一个弹性低压缸和一个弹性发电机，阀门和联通管。该布置适用于两次再热机组，即第一轴系上仅有低压缸和发电机，该实施例中弹性低压缸控制方式和实施例一相同，此处不再赘述。

实施例14

图15为本发明的第十四具体实施例。它主要包括依次连接在第一轴系上的两个低压缸和一个发电机，依次连接在第二轴系上的两个弹性低压缸和一个弹性发电机，连接装置、阀门和联通管，连接装置布置在两个弹性低压缸之间。该实施例连接装置方式、弹性低压缸的投运方式与实施例七相致。此处不再赘述。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。