专利名称：密封蒸汽供给回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种把密封蒸汽供给到蒸汽涡轮的轴密封中的系统，该蒸汽涡轮被供给来自锅炉的新气，该锅炉包括至少一个蒸发器和一个过热器，并且在低于新气温度的过热器的至少一个位置上设置有一个排出位置(bleed point)。
在机器的轴通过蒸汽涡轮壳体的位置上必须提供这样一些装置，它们能防止空气进入到低压涡轮级并还防止蒸汽从较高压力的壳体部分进入到空气中。在这种情况下，唯一的合适密封基本上是非接触密封，自然这种非接触密封具有残留的泄漏量。
在其中阻挡层密封系统防止蒸汽从高压轴密封逃逸的系统通常已经实现了。因此泄漏蒸汽排出到一个独立的系统中而不是流到空气中。这些蒸汽可便利地被导向低压轴密封，在那里它作为密封蒸汽流出并从轴密封中排出空气。
高压泄漏量和低压轴密封的密封蒸汽量理论上处于平衡；但是，一般设置了这样的一些系统通过这些系统，过量的泄漏蒸汽例如排出到冷凝器，或者相反地提供辅助密封蒸汽。在这种情况下，如果高压壳体内的压力例如在机器起动过程中还没有足够大以输送足够大量的密封蒸汽，那么尤其在不稳定运行状态时辅助密封蒸汽供给是重要的。即使在高度节流或者关闭的控制阀的情况下，密封蒸汽必须供给到高压轴密封中。
一般通过新气管线来供给辅助密封蒸汽。因此，在涡轮的进入口可得到具有新气的高热力参数的密封蒸汽，该密封蒸汽例如通过水喷射而连续减少，从而到达特别适合于在各个密封位置处蒸汽涡轮的轴和壳体的材料温度的状态。
在涡轮的不稳定运行中，尤其在起动过程中或者紧急断开期间把新气供给到密封蒸汽系统中会使温度产生不允许的较大突变，而该较大突变会损害壳体和轴颈。这种新气参数的突然变化可以通过水喷射来纠正。但是，通过水喷射来减少蒸汽温度尤其在高压轴密封中会产生问题。存在没有蒸发的水遇到热轴的危险，这本身导致不希望有的热冲击。
在设备的起动过程中所产生的这些问题可以通过足够慢地增加锅炉的过热器出口处的温度-即锅炉燃烧温度同时被解决。尤其在组合循环设备的运行期间，这意味着气体涡轮机不得不以非常小的负荷运行一个较长阶段。除了这种运行的低效率之外，设备的这种运行模式产生了不能低估的运行困难。
在这点上，EP0605156B1提出了设置从锅炉的不同温度水平来供给新气管线的装置。在涡轮的起动过程中，完全或者部分地中断把过热到最大程度的蒸汽供给到新气管线中。在这种情况下，新气从过热器的中间级以降低的温度水平被提供。来自锅炉锅筒的饱和蒸汽的混合提供了控制新气温度的另一方式。
除了非常高的设备费用外，而该设备费用是实现EP605156B1所公开的方法所需要的，而且被作为辅助密封蒸汽导入密封蒸汽系统的蒸汽的热力学状态仍然与新气状态联系。这样的结果是即使该公开物中所记载的回路得以实现，用于调节在某种运行状态中的密封蒸汽的测量是必需的。尤其在蒸汽涡轮的紧急断开期间，即使在使用EP0605156B1的回路和方法时，尤其在高压轴密封的区域内也存在使轴和壳体遭受不允许的较大温度突变的较大危险。这是因为，在机器运行期间，来自高压轴密封的蒸汽至少在一些曲折密封尖端上进行膨胀，因此已经比新气冷得多了。但是，在涡轮紧急断开期间，明显地更热的新气突然供给到高压轴密封中。如上所述，即使水喷射也不能补偿这种温度突变，并且还导致把水滴施加到热轴表面上的危险。
本发明用来提供一种改进。本发明的目的是在下面这样的回路中以使密封蒸汽温度适合于轴密封区域内的材料温度的方法来设计该回路该回路用来把蒸汽供给到蒸汽涡轮的密封蒸汽系统中，该蒸汽涡轮通过新气管线从锅轮供给新气，该锅炉包括至少一个蒸发器和一个过热器，并且在低于新气温度的过热器的至少一个位置上具有一个排出位置。
根据本发明，可通过这样的方式来实现该目的排出位置以使该排出位置处的蒸汽温度适合于高压轴密封区域中的材料温度的方式来选择，密封蒸汽系统的支线连接到该排出位置上，并且支线和密封蒸汽系统与新气管线完全分隔开。
因此，本发明的实质是把向蒸汽涡轮提供必不可少的辅助密封蒸汽与机器的新气供给分离开。为此，根据本发明的排出位置设置在锅炉的过热器上，而低于新气温度的过热蒸汽在这个排出位置上排出，过热蒸汽被用作辅助密封蒸汽。
如果蒸汽涡轮已经运行了某一段时间，并且如果来自涡轮壳体的部分膨胀的高压蒸汽已流入到机器的一些零件，例如高压轴密封的区域中一段时间，这个回路的优点产生效果，尤其是在蒸汽涡轮的紧急断开期间。在涡轮紧急断开期间，辅助密封蒸汽必须非常快地提供到轴密封。在与所引用的现有技术相对应的回路中，处于新气温度的辅助蒸汽供给到密封蒸汽系统中，该辅助蒸汽首先例如通过水喷射而连续地被冷却到适合于材料的温度。自然，这种温度控制是缓慢的，为此，处于不稳定运行状态中的轴和壳体受到这种不利的突变温度。
根据本发明，辅助密封蒸汽的支线连接到过热器的一个排出位置上，在该排出位置上蒸汽温度低于新气温度并且适合于轴和壳体的材料温度，尤其适合于高压轴密封区域内的材料温度。在这种情况下，最好选择其蒸汽温度大约为400℃的过热器的排出位置。
为了控制辅助密封蒸汽流入密封蒸汽系统，因此最好在支线上具有一个控制阀。该控制阀控制密封蒸汽系统中的压力，并且如果压力降低到小于某一最小值，释放辅助密封蒸汽。在这种情况下，可直接在该控制阀的上游处给支线设置一个引流管装置或者以可自动排出的方式来布置支线也是合适的由于蒸汽不会连续地流过支线，因此冷凝物可在这里形成，而这些冷凝物进入密封蒸汽系统是不利的。
在简单情况下，支线可直接从过热器的排出位置通向密封蒸汽系统；但是，假定水/蒸汽循环的合适设计，过热器的排出位置还可连接到一个辅助蒸汽管路(rail)中，在该管路中，例如蒸汽的压力为20巴、温度大约为400℃。除了密封蒸汽系统之外，如排出喷射器的另外子系统例如可从这个辅助蒸汽管路中提供蒸汽。此外，如果多个蒸汽源例如多个气体涡轮的废热锅炉或者辅助锅炉被连接到蒸汽涡轮的子系统上，那么辅助蒸汽管路是有利的。
下面参照附图将更加详细地解释本发明。
图1表示本发明的示范性实施例，在该实施例中过热器的中间排出位置直接连接到密封蒸汽系统中。图2是另一个优选实施例，在该实施例中，辅助蒸汽管路连接在密封蒸汽系统和排出位置之间。
应当指出，附图只是表示了示例和优选实施例，而这些示例和优选实施例解释了权利要求中的本发明的特征部分而不是限制它。
图1表示本发明的第一实施例。供水处于泵12的压力之下，并在蒸发器1中进行蒸发。饱和蒸汽在过热器2中被过热到新气状态，并且通过新气管线3、紧急断开阀44和涡轮控制阀43供给到蒸汽涡轮5中并进行膨胀。膨胀的蒸汽在冷凝器6中进行冷凝，并且又作为供水而可利用。
密封蒸汽系统9中的压力以与阀8和45相配合地被控制。在蒸汽涡轮5的正常运行中，蒸汽流出涡轮5的高压部分从而到达高压轴密封55，并从那儿进入密封蒸汽系统。在喷射冷却器10中，通过把水喷射到蒸汽中来冷却该蒸汽，并作为密封蒸汽导入低压轴密封56，水喷射是从供水管路中分出来的，而喷射量由喷射控制阀46来设定。如果在低压轴密封中没有利用在高压轴密封55流入的所有蒸汽量，一些蒸汽通过减压阀45排出，例如进入冷凝器。
但是，在涡轮控制阀或者涡轮紧急断开阀被关闭或者节流到非常高程度时，还必须确保在密封蒸汽系统9中处于最小压力的足够密封蒸汽量，因此进入涡轮5的进入口处的压力较低，结果，没有蒸汽可以从这里流到高压轴密封中。尤其在起动过程中和紧急断开期间会出现这种运行状态。在这种情况下，当密封蒸汽系统9中的压力太低时，辅助密封蒸汽控制阀8打开。通过辅助密封蒸汽控制阀8和支线7，辅助密封蒸汽系统9在合适的排出位置24上连接到过热器2上，在该排出位置24上具有过热蒸汽，该过热蒸汽具有与在稳定运行期间在高压轴密封处出现的材料温度相适合的温度。在大多数情况下，大约400℃的供给蒸汽温度证明是合适的。
由于过热蒸汽不会持久地流过支线7，因此可在直接位于辅助密封蒸汽控制阀8的上游处的支线上设置一个引流管是合适的。否则，存在蒸汽在支线7内冷凝出来，并且在辅助密封蒸汽控制阀打开时冷凝物被带进密封蒸汽系统9中的危险。引流管11还避免了这样的情况在某些情况下，冷凝物小滴冲击高压轴密封区域中的热材料并使温度产生突高。
本发明的运行模式如下已经描述了正常运行期间在密封蒸汽系统内的蒸汽引导。尤其在辅助密封蒸汽不得不被导向高压轴密封时，即如上所述，尤其在涡轮起动过程中和紧急断开期间，本发明现在就开始生效了。根据现有技术，支线7连接到位于紧急断开阀44上游处的新气管线3上。尤其在紧急断开期间，这意味着新气直接流到高压轴密封55中，而在正常运行期间，来自涡轮5的高压部分的部分膨胀的蒸汽被引入到该高压轴密封55中。这导致对高压轴密封55的区域内的轴和壳体的材料的热冲击。为了避免材料的局部过热现象，因此在这种情况下在到高压轴密封的密封蒸汽供给线上还可存在水喷射。但是，这种水喷射基本上只是以快速的方式调整密封蒸汽温度，尤其是，不得不避免水滴冲击热元件。在起动过程中，密封蒸汽系统类似地被供给新气，其结果是，高压轴密封55处的轴和壳体承受非常大的温差。这些作用的累积效果一方面可能减少使用寿命，同时还导致不利的相对膨胀，由于这个原因，运行间隙不得不是比所需要的尺寸还大的尺寸，从而有助于获得高效率。
在根据本发明的辅助密封蒸汽供给中，借助于下面的事实可避免这些缺点如上所述的密封蒸汽系统9没有被供给新气，而是被供给来自过热器的中间排出位置24的蒸汽，该蒸汽的温度比新气的温度低。
本发明的另一个实施例变形表示在图2中。水/蒸汽循环与上述的相同。另一方面，就密封蒸汽系统的供给而言，一个辅助蒸汽管路20连接在过热器2的排出位置24和密封蒸汽系统9之间。在所示出的变形中，减压阀21设置在支线71上。辅助蒸汽管路的压力通过这个阀来控制。尤其在多个蒸汽源连接到一个或者多个消耗装置时，这种变形是合适的。在这个例子中，除了密封蒸汽系统9之外，排出喷射器22也连接到辅助蒸汽管路中。此外，另一个蒸汽源通过连接管线23连接到辅助蒸汽管路中。这可以是另一个锅炉，或者是一个如常常用在组合循环设备中为设备的加速起动提供辅助蒸汽的较小辅助锅炉。该辅助蒸汽管路还最好配置有引流管11。
在所示出的实施例中，减压阀21控制辅助蒸汽系统的压力。这里证明在400℃左右20巴是有利的。如上所述，辅助蒸汽系统9中的压力由辅助密封蒸汽控制阀8和减压阀45来设定。
标号表1蒸发器2过热器3新气管线5涡轮6冷凝器7支线8辅助密封蒸汽控制阀9密封蒸汽系统10水喷射11引流管12锅炉供给泵20辅助蒸汽管路21减压阀22排出喷射器23连接管线24过热器的排出位置43涡轮控制阀44涡轮紧急断开阀45减压阀46水喷射控制阀55高压轴密封56低压轴密封71支线
权利要求
1.一种把辅助密封蒸汽供给到蒸汽涡轮的密封蒸汽系统中的回路，该蒸汽涡轮(5)通过一个新气管线(3)从锅炉供给新气，该锅炉包括至少一个蒸发器(1)和一个过热器(2)，并且在低于新气温度的过热器的至少一个位置上具有一个排出位置(24)，其特征在于排出位置以使该排出位置处的蒸汽温度适合于高压轴密封(55)区域中的材料温度的方式来选择，密封蒸汽系统(9)的支线(7)连接到该排出位置上，并且支线和密封蒸汽系统与新气管线完全分隔开。
2.如权利1所述的回路，其特征在于排出位置处的蒸汽温度在350℃和420℃之间。
3.如权利1所述的回路，其特征在于一个辅助密封蒸汽控制阀(8)安装在支线(7)和密封蒸汽系统(9)之间。
4.如权利1所述的回路，其特征在于支线(7)设置有一个引流管装置(11)。
5.如权利1所述的回路，其特征在于支线(7)直接从排出位置(24)通向密封蒸汽系统(9)。
6.如权利1所述的回路，其特征在于排出位置(24)连接到一个辅助蒸汽管路(20)，该辅助蒸汽管路通过支线(7)而连接到密封蒸汽系统(9)。
7.如权利6所述的回路，其特征在于辅助蒸汽管路连接到多个过热器的排出位置上。
全文摘要
在一些运行状态下,辅助密封蒸汽必须供给到蒸汽涡轮的密封蒸汽系统。从新气管线供给辅助密封蒸汽产生了不可忽视的问题。根据本发明,密封蒸汽系统(9)通过支线(7)连接到锅炉的过热器的排出位置上,因此辅助密封蒸汽的温度远远低于新气温度,尤其是,该辅助密封蒸汽的温度适合于高压轴密封(55)区域内的材料温度。
文档编号F01K7/16GK1274056SQ00106179
公开日2000年11月22日 申请日期2000年4月25日 优先权日1999年4月29日
发明者格拉尔德·沙托恩, 让－皮埃尔·里克力, 恩斯特·瓦尔茨, 彼得·策勒 申请人:Abb阿尔斯通电力(瑞士)股份公司