专利名称：一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽轮机技术领域，是一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统。
背景技术：
现代大功率汽轮机经常采用汽缸中部进汽双向流动结构。由于直接来自锅炉的蒸汽温度很高，亚临界机组中可达538 °C，在超临界机组中和超超临界机组中，进汽温度可高达566°C甚至600°C。汽轮机转子材料长期处于如此高温环境下容易发生蠕变、持久及屈服强度下降，而且随着温度升高下降幅度急剧增大，转子使用寿命大幅降低，对汽轮机的长期安全运行不利。因此设计时需要采取冷却系统降低进汽段转子的温度。目前常用的技术是在进汽段引入一股来自其他途径的低温冷却汽体9，低温冷却汽体9的流动方向如图I所示，该低温冷却汽体9可以使中压转子6表面温度降低，使中压转子6材料的强度等级大幅度提闻，以提闻中压转子6的使用寿命，提闻安全性。上述常用技术的不足之处在于I)需要增加额外的管道来引入其他途径的低温冷却汽体9 ；2)引入的低温蒸汽量在运行中难以准确控制；3)所引入的低温冷却汽体9必须来自更高压力段节流得到，浪费了一定的做功能力；4)在工况变化时引入蒸汽的温度难以控制；5)用低温冷却汽体9来冷却中压转子6，还要考虑到转子内部温度应力的影响，弓丨入的低温冷却汽体9温度太低，使中压转子6温差太大，会导致转子内部热应力太大，往往难以找到温度合适的汽源。在实际运行中中压转子6发生弯曲的情况时有发生。
实用新型内容本实用新型的目的是公开一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统，是用于大功率汽轮机中部进汽双向流动结构的进汽段转子冷却系统，不引入外来汽源，无需运行控制，既能冷却转子，又不引起太大的温差，由此提高转子的强度和寿命。同时，大幅度简化冷却系统结构，消除引入外部冷却蒸汽带来的结构复杂、流量和温度不可控、浪费做功能力以及克服了大温差导致转子弯曲和汽缸变形等弊端。为达到上述目的，本实用新型采取的技术措施是一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统，包括中压外缸I、中压内缸
2、分流环3、中压转子6、正向喷嘴7、反向喷嘴8、夹层12 ;其中正向喷嘴7和反向喷嘴8为非对称设计，即正向喷嘴7的通流面积与反向喷嘴8的通流面积不同。所述的汽轮机转子冷却系统，其所述通流面积由下式确定-A= Si dLsin a其中A_通流面积；d_节圆直径；L_喷嘴高度；a ---喷嘴出气角；[0016]其通流面积的非对称性，包括下列方式a)由两侧喷嘴叶片型线的不一致产生，即出气角Ciu不同；b)由两侧喷嘴叶高L不一致产生；或c)由两侧喷嘴型线和叶高均不一致产生，即出气角a 和L均不同而产生。所述的汽轮机转子冷却系统，其工作流程为(a)来自锅炉的高温蒸汽从汽缸中部进入，经第一级正向喷嘴7、反向喷嘴8后，蒸汽膨胀，焓值降低，温度降低；(b)由于第一级正向喷嘴7与反向喷嘴8为非对称设计，使两侧焓降、压降不同，正向喷嘴7后压力比反向喷嘴8后压力稍高，或反向喷嘴8后压力比正向喷嘴7后压力稍高，汽流由高压力区流向低压力区； (c)通过喷嘴后降温的低温蒸汽11沿着分流环3与中压转子6之间的夹层12从压力高的一侧向压力低的一侧流动，将分流环3与中压转子6隔开，一方面低温蒸汽11隔开由分流环3传导和辐射来的高温蒸汽的热量，另一方面带走中压转子6旋转鼓风产生的热量。所述的汽轮机转子冷却系统，其所述正向喷嘴7后压力比反向喷嘴8后压力稍高，为高O. 01-0. 03MPa ;或反向喷嘴8后压力比正向喷嘴7后压力稍高，为高O. 01-0. 03MPa。本实用新型的优点是I)取消汽缸进汽段引入低温冷却蒸汽的低温蒸汽进汽管4，从而取消了来自更高压力段的冷却蒸汽以及由此带来的外部引汽管路及附属阀门等，简化了汽轮机的汽水管路系统，提闻了可罪性。2)取消进汽分流环3上通过低温蒸汽的钻孔13以及转子密封圈5，使结构简化。3)原来引自外部的低温冷却蒸汽的流量在运行中难以控制，流量过低达不到冷却效果，流量过高又造成高压蒸汽做功能力的浪费，而且引入的低温冷却蒸汽的温度在运行中无法调整。实际设计中往往难以找到合适的低温高压汽源，原来结构中通常引入冷却蒸汽温度过低(通常为350°C-400°C )，与来自锅炉的蒸汽温度(通常为538°C、566°C甚至6000C )温差过大，这部分冷再热蒸汽经过汽压外缸I、汽压内缸2及分流环3后，对这些部件都造成局部降温，存在很大的温度应力，是引起汽缸变形的主要原因。采用本专利的技术取消了外部低温冷却蒸汽，避免了中压外缸I、中压内缸2及分流环3局部温度过低而引起的变形。4)采用经过一级喷嘴降温后蒸汽来冷却转子，可使转子进汽段温度与一级喷嘴后温度基本一致，不存在大的温度梯度，可以消除该处因外部冷却蒸汽造成的过大热应力，避免了引起转子弯曲的可能性。5)经过喷嘴膨胀降温后的蒸汽大部分直接进入本级动叶做功，少部分冷却蒸汽通过分流环与转子之间的夹层12冷却转子，其后进入对侧的动叶做功，没有造成额外的能量损失。
图I为已有结构的中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统的结构示意图；图2为本实用新型的中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统的结构示意图。其中1-中压外缸；2_中压内缸；3_分流环；4_低温蒸汽进汽管；5_转子密封圈；6-中压转子；7-正向喷嘴；8-反向喷嘴；9_低温冷却汽体；10_再热蒸汽流动方向；11_喷嘴后低温蒸汽；12-夹层。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的汽轮机转子冷却系统进一步说明图2为本实用新型的一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统结构示意图。取消了现有技术结构中进汽部分的低温蒸汽进汽管4，从而取消了来自更高压力段的低温蒸汽，以及由此带来的外部引汽管路及附属阀门等，简化汽轮机的汽水管路系统，提高
可靠性。 同时，取消了进汽分流环3上通过低温蒸汽的钻孔13及转子密封圈5。来自锅炉的高温蒸汽进入汽缸，流动方向10如图2所示，通过第一级正向喷嘴7、反向喷嘴8后，蒸汽膨胀，焓值降低，温度降低，将第一级正向喷嘴7与反向喷嘴8按非对称设计，使两侧焓降不同，压力也就不同，正向喷嘴7后压力比反向喷嘴8后压力稍高，或者反向喷嘴8后的压力比正向喷嘴7后的压力稍高，通过喷嘴降温后的部分低温蒸汽11就会从高压力区流向低压力区。其非对称设计是就通流面积而言，可以通过三种途径来实现(一 )两侧喷嘴的叶片型线不一致产生非对称；( 二)两侧喷嘴的叶高不一致产生非对称；(三)两侧喷嘴的型线和叶高都不一致产生非对称。通过喷嘴膨胀降温的大部分蒸汽会进入动叶做功，少部分低温蒸汽11汽流沿着分流环3与转子6之间的夹层12流动，流动方向如图2所示。该部分低温蒸汽11会将分流环3与中压转子6隔开，一方面隔绝分流环3传导的高温蒸汽的热量，另一方面带走中压转子6旋转鼓风产生的热量。实施例I :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反向第一级喷嘴非对称设计，正反向喷嘴叶高相同，正向喷嘴较反向喷嘴出口角略大I % -5 %，使得正向喷嘴后的压力较反向喷嘴后的压力略高0. 01-0. 03MPa,在此压差驱动下，少量通过正向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向反向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。实施例2 :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反向第一级喷嘴非对称设计，反向喷嘴较正向喷嘴出口角略大I % -5 %，使得反向喷嘴后的压力较正向喷嘴后的压力略高0.01-0. 03MPa，在此压差驱动下，少量通过反向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向正向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。实施例3 :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反向第一级喷嘴非对称设计，正反向喷嘴出气角相同，但正向喷嘴较反向喷嘴叶高略大1% -5%，使得正向喷嘴后的压力较反向喷嘴后的压力略高0.01-0. 03MPa，在此压差驱动下，少量通过正向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向反向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。[0046]实施例4 :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反向第一级喷嘴非对称设计，正反向喷嘴出气角相同，但反向喷嘴较正向喷嘴叶高略大1% -5%，使得反向喷嘴后的压力较正向喷嘴后的压力略高O. 01-0. 03MPa，在此压差驱动下，少量通过反向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向正向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。实施例5 :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反向第一级喷嘴非对称设计，正反向喷嘴叶高和出气角均不相同，叶高和出气角正弦值的乘积值正向喷嘴较反向喷嘴叶高略大1% _5%，使得正向喷嘴后的压力较反向喷嘴后的压力略高O. 01-0. 03MPa，在此压差驱动下，少量通过正向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向反向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。实施例6 :某汽轮机采用中部进汽双向流动结构，进汽温度为537-600，采用正反 向第一级喷嘴非对称设计，正反向喷嘴叶高和出气角均不相同，叶高和出气角正弦值的乘积值反向喷嘴较正向喷嘴叶高略大1% _5%，使得反向喷嘴后的压力较正向喷嘴后的压力略高O. 01-0. 03MPa，在此压差驱动下，少量通过反向喷嘴降温后的蒸汽经过夹层12流向正向喷嘴后，实现了对中间转子的冷却。
权利要求1.一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统，包括中压外缸(I)、中压内缸(2)、分流环(3)、中压转子(6)、正向喷嘴(7)、反向喷嘴(8)、夹层(12);其特征在于 正向喷嘴(7)和反向喷嘴(8)为非对称设计，即正向喷嘴(7)的通流面积与反向喷嘴(8)的通流面积不同。
2.如权利要求I所述的汽轮机转子冷却系统，其特征在于所述通流面积由下式确定A = Ji dLsin a u 其中A_通流面积；d_节圆直径；L_喷嘴高度；a ---喷嘴出气角； 其通流面积的非对称性，包括下列方式 a)由两侧喷嘴叶片型线的不一致产生，即出气角au不同； b)由两侧喷嘴叶高L不一致产生；或 c)由两侧喷嘴型线和叶高均不一致产生，即出气角a"和L均不同而产生。
专利摘要本实用新型公开了一种中部进汽双向流动结构的汽轮机转子冷却系统，涉及汽轮机技术。采用中部进汽双向流动结构，把两侧第一级喷嘴设计成非对称结构，使两侧喷嘴出口压力存在压差，在该压差作用下压力高的一侧喷嘴后的少量蒸汽通过进汽分流环与转子之间的夹层流向压力低的一侧。蒸汽经过喷嘴后温度显著降低，该低温蒸汽一方面将转子与来自锅炉的高温蒸汽隔离，使该处的转子温度低于高温蒸汽的温度，另一方面该低温蒸汽流动还可避免该处转子出现蒸汽回流区，带走转子鼓风产生的热量，达到对转子冷却的目的。本实用新型所涉及的技术简单易行、运行可靠，无需外接冷却蒸汽，既避免了转子温度过高，又避免了承受过大温差而造成转子弯曲的问题。
文档编号F01D5/08GK202467934SQ20112054514
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者张建英, 徐克鹏, 王胜利 申请人:北京全四维动力科技有限公司