蒸汽涡轮的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及蒸汽涡轮。具体而言，公开了一种使用过载阀来操作蒸汽涡轮再热区段的途径。在一个实施例中，蒸汽涡轮再热区段经由再热阀在第一蒸汽进入地点处接收来自再热器的再热蒸汽的供应。蒸汽涡轮再热区段还适于经由过载阀在第二蒸汽进入地点处接收来自再热器的过热蒸汽的转移部分。
【专利说明】蒸汽涡轮
【技术领域】
[0001]本实用新型大体上涉及蒸汽涡轮，并且更具体而言，涉及利用过载阀来操作蒸汽涡轮的蒸汽涡轮再热区段。
【背景技术】
[0002]蒸汽涡轮，尤其是与联合循环发电厂相关联的那些，可在各种操作条件下操作。例如，热回收蒸汽发生器(HRSG)补燃(supplemental firing)通常与联合循环发电厂中的蒸汽涡轮一起使用来使发电厂能够响应负载需求的波动。通常，这可有助于改善峰值功率产出，或使得能够有较高蒸汽产出来补偿来自发电厂内的另一单元的产出不足。大体上，补燃导致更多蒸汽供应至蒸汽涡轮。通常，由补燃引起的蒸汽流的该增加导致去往高压涡轮区段的蒸汽流的增加，这将引起供应至其余较低压涡轮区段的蒸汽流的增加。蒸汽流的该增加导致这些较低压涡轮区段的蒸汽进入入口处的增大的压力。这些较低压涡轮区段的蒸汽进入入口处的压力增大涉及在这些区段中使用的构件。例如，这些较低压涡轮区段的构件通常必须设计成耐受可由于补燃而出现的压力的显著增大。将这些较低压涡轮区段设计成耐受在补燃期间可出现的压力显著增大可为昂贵的，且增加了发电厂的总体操作的复杂性。
实用新型内容
[0003]在本实用新型的一个方面中，提供一种蒸汽涡轮。在本实用新型的该方面中，蒸汽涡轮包括高压涡轮区段和联接于高压涡轮区段的至少一个较低压涡轮区段。主蒸汽阀调节从蒸汽发生源至高压涡轮区段的蒸汽流。再热器使从高压涡轮区段排出的蒸汽再热。再热阀调节在第一蒸汽进入地点处从再热器至至少一个较低压涡轮区段的再热蒸汽。过载阀在第二蒸汽进入地点处将再热蒸汽的转移部分从再热器供应至至少一个压力涡轮区段。
[0004]在本实用新型的另一个方面中，提供一种蒸汽涡轮。在本实用新型的该方面中，蒸汽涡轮包括高压涡轮区段、低压涡轮区段、和位于高压涡轮区段与低压涡轮区段之间的中压涡轮区段。蒸汽发生源发生用于由高压涡轮区段、中压涡轮区段和低压涡轮区段使用的蒸汽。主蒸汽阀调节由蒸汽发生源发生的至高压涡轮区段的蒸汽流。再热器使从高压涡轮区段排出的蒸汽再热。再热阀调节从再热器至中压涡轮区段的入口的再热蒸汽。过载阀在该入口下游的地点处将再热蒸汽的转移部分从再热器供应至中压涡轮区段，该入口接收由再热阀供应的再热蒸汽。
[0005]在本实用新型的第三方面中，存在一种操作蒸汽涡轮的方法。在本实用新型的该方面中，该方法包括:将蒸汽供应至高压涡轮区段；使从高压涡轮区段排出的蒸汽再热；将再热蒸汽供应至较低压涡轮区段的入口 ；响应高压涡轮区段处的操作条件中的变化的检测来转移供应至较低压涡轮区段的入口的再热蒸汽的一部分；和在接收再热蒸汽的入口下游的地点处将再热蒸汽的转移部分供应至较低压涡轮区段。【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为根据本实用新型的一个实施例的发电厂的示意图，示出了利用过载阀操作的蒸汽涡轮的蒸汽涡轮再热区段。
[0007]部件列表
[0008]100发电厂
[0009]105蒸汽涡轮再热区段
[0010]110蒸汽涡轮
[0011]115过载阀
[0012]120锅炉
[0013]125 HP涡轮区段
[0014]130LP涡轮区段
[0015]135轴
[0016]140发电机
[0017]145蒸汽导管
[0018]150主蒸汽阀
[0019]155再热器
[0020]160再热阀
[0021]165第一蒸汽进入地点
[0022]170第二蒸汽进入地点
[0023]175跨越蒸汽导管
[0024]180蒸汽导管
[0025]185冷凝器。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的各种实施例涉及操作具有入口可变压力流动能力的蒸汽涡轮的再热区段，以在不同操作条件期间对整个蒸汽涡轮提供额外能力。在一个实施例中，过载阀用于将从再热器(例如，蒸汽发生源的再热器区段)发生的再热蒸汽的转移部分供应至可为中压涡轮区段的蒸汽涡轮再热区段。过载阀与再热阀一起操作，再热阀调节从再热器至蒸汽涡轮再热区段的入口的再热蒸汽。在一个实施例中，来自再热器的再热蒸汽的转移部分在沿蒸汽通路的蒸汽进入地点处由过载阀供应至蒸汽涡轮再热区段，该地点在接收来自再热阀的再热蒸汽的入口的下游。
[0027]在操作中，过载阀可使再热蒸汽的转移部分至蒸汽涡轮再热区段的供应节流，以适应在蒸汽涡轮上游(诸如在高压涡轮区段和再热器处)发生的条件的变化(例如，蒸汽流、温度和压力的变化)。如在本文中使用的，“节流(to throttle) ”或“节流(throttling) ”意指通过改变阀的有效面积来改变过载阀的压力-流动通过特性。过载阀的操作还可在不同操作条件下对蒸汽涡轮再热区段提供可变的承受(swallowing)能力。此外，过载阀与再热阀协作的操作可在蒸汽涡轮再热区段的入口处提供可变的压力和流动能力。此外，与过载阀的操作协作的再热阀的操作可减轻蒸汽涡轮的各种区段(例如，高压涡轮区段、中压涡轮区段和低压涡轮区段)中的轴向推力。[0028]图1为发电厂100的示意图，本实用新型的各种实施例可在发电厂100中操作。具体而言，图1示出根据本实用新型的一个实施例的、利用过载阀115操作的在发电厂100中使用的蒸汽涡轮110的蒸汽涡轮再热区段105。蒸汽涡轮再热区段105在图1中示为中压(IP)涡轮区段，其大体上为用于接收蒸汽的蒸汽涡轮的区段，该蒸汽在从蒸汽涡轮的高压(HP)涡轮区段排出时已经被再热。以下的描述将图1所示的IP涡轮区段105视为蒸汽涡轮再热区段，其与过载阀115协作在蒸汽涡轮110中操作。然而，本领域技术人员将认识到的是，蒸汽涡轮再热区段可为蒸汽涡轮中接收已经被再热的HP蒸汽的任何较低压涡轮区段。
[0029]此外，本领域技术人员将认识到的是，如在发电厂100中示出的蒸汽涡轮110仅为本实施例的各种实施例可在其中操作的蒸汽涡轮构造的一个实例，且不旨在为限制性的。此外，本领域技术人员将认识到的是，发电厂100仅为如下发电厂的一个实例，在该发电厂中，过载阀的使用可与蒸汽涡轮再热区段一起使用来提供益处(诸如可变入口压力流动能力)，且不意图为限制性的。例如，本实用新型的各种实施例能够适用的一个此类发电厂与联合循环发电厂一起，该联合循环发电厂使用热回收蒸汽发生器(HRSG)来加热由燃气涡轮生成的排气产物以产生由蒸汽涡轮使用的蒸汽。
[0030]参看图1，用作蒸汽发生源的锅炉120供应运动流体(即，蒸汽)来驱动蒸汽涡轮110的涡轮区段。尽管在以下描述中的蒸汽发生源为锅炉，但本领域技术人员将认识到的是，可使用其它蒸汽发生源。例如，在联合循环发电厂实施例中，HRSG可用作蒸汽发生源，其供应蒸汽来驱动蒸汽涡轮110的涡轮区段。如图1所示，蒸汽涡轮110的涡轮区段包括HP涡轮区段125、低压(LP)涡轮区段130和IP涡轮区段105，IP涡轮区段105位于HP涡轮区段125与LP涡轮区段130之间。公共轴135联接HP涡轮区段125、LP涡轮区段130和IP涡轮区段105，以驱动也联接于轴的发电机140。公共轴135的使用仅为本实用新型的各种实施例能够适用的一个实施例的示范。本领域技术人员将认识到的是，本实用新型的各种实施例能够与其它轴布置(例如，多轴系)一起适用。来自发电机140的电功率输出可将功率供应至负载，诸如电网网络(未示出)。尽管HP涡轮区段125、LP涡轮区段130和IP涡轮区段105在图1中示为通过轴135彼此联接且联接于发电机140，但本领域技术人员将认识到，可使用其它联接布置和轴系布置。
[0031]如图1所示，来自锅炉120的蒸汽流动通路穿过蒸汽导管145，蒸汽可从蒸汽导管145传送到HP涡轮区段125。主蒸汽阀150调节从锅炉120发生的蒸汽流，该蒸汽流沿蒸汽导管145传递至HP涡轮区段125。尽管主蒸汽阀150在图1中示为单个阀，但它可包括用于将蒸汽排放至HP涡轮区段125的各种阀布置。例如，在一个实施例中，这些主蒸汽阀可通过沿周向布置的喷嘴弧来将蒸汽排放至HP涡轮区段125，该喷嘴弧处于部分进入(partialadmission)构造或处于单个进入、全弧入口(single admission, full arc inlet)构造。这些构造及其操作二者都是本领域技术人员公知的。
[0032]从HP涡轮区段125排出的蒸汽行进穿过再热器155，再热器155将排出蒸汽再热至升高的温度。尽管再热器155在图1中示为单独且不同的单元，但它可为锅炉120的区段或联合循环发电厂实施例中的HRSG。来自再热器155的蒸汽传递至IP涡轮区段105。如图1所示，再热阀160调节从再热器155至IP涡轮区段105的第一蒸汽进入地点165的再热蒸汽。在一个实施例中，第一蒸汽进入地点165为IP涡轮区段105的入口。用作至再热阀160的旁路的过载阀115在第二蒸汽进入地点170处将再热蒸汽的转移部分从再热器155供应至IP涡轮区段105。在一个实施例中，过载阀115在入口下游的地点处将再热蒸汽的转移部分从再热器155供应至IP涡轮区段105，该入口接收由再热阀160供应的再热蒸汽。
[0033]过载阀115和再热阀160将再热蒸汽输送至如图1所示的IP涡轮区段105的地点仅为一个可能构造的实例，且本领域技术人员将认识到，可使用沿IP涡轮区段的其它蒸汽进入地点。此外，虽然图1示出一个过载阀115和一个再热阀160，但处于不同组合的多于一个过载阀和再热阀可用于将再热蒸汽供应至IP涡轮区段105。例如，多于一个过载阀115可用于绕过一个或多个再热阀160，且将再热蒸汽的转移部分供应至IP涡轮区段105。在另一个实施例中，处于系列(series)构造的多个过载阀115可用于将再热蒸汽的一部分对不同的蒸汽进入地点转移至IP涡轮区段105。
[0034]如图1所示，从IP涡轮区段105排出的蒸汽经由跨越蒸汽导管175供应至LP涡轮区段130。在一个实施例中，LP涡轮区段130可包括两个LP涡轮区段，其分别具有将从LP涡轮区段排出的蒸汽供应至冷凝器185的蒸汽导管180。本领域技术人员将认识到的是，LP涡轮区段可以以其它实施方式构造，且并非意在限制在本文中说明的本实用新型的各种实施例的范围。例如，LP涡轮区段可包括单流式LP区段、一个双流式LP区段、两个双流式LP区段。冷凝器185可冷凝从LP涡轮区段130排出的蒸汽，且使冷凝物再循环回锅炉120。
[0035]本领域技术人员将认识到的是，发电厂100的蒸汽涡轮110可具有与图1所示的构件不同的其它构件。例如，蒸汽涡轮110可具有控制器，控制器控制涡轮的操作(例如，速度和负载)。除控制蒸汽涡轮110的速度和负载之外，控制器可调节蒸汽从锅炉120经由主蒸汽阀150、再热阀160和过载阀115穿过HP涡轮区段125、IP涡轮区段105和LP涡轮区段130的供应。例如，控制器可包括反馈控制系统，反馈控制系统定位(即，确定打开的程度)主蒸汽阀150、再热阀160和过载阀115，以允许更多或更少蒸汽到它们相应的涡轮区段。
[0036]处于图1所示的构造的绕过过载阀160且从再热器155供应再热蒸汽的过载阀115的使用可用于在IP涡轮区段105的入口处对其提供可变的压力流动能力。这导致蒸汽涡轮110具有额外能力以在众多操作条件下操作。例如，如果在联合循环发电厂布置内，HRSG经历补燃，然后更多蒸汽将供应至蒸汽涡轮。HP涡轮区段处的蒸汽流的增加将引起供应至较低压涡轮区段的蒸汽流的增加。具体而言，IP涡轮区段将在其入口具有蒸汽流的增力口，该增加对应于在该蒸汽进入地点处的压力增大。
[0037]过载阀115和再热阀160可相应地调整，以耐受可由于补燃而出现在IP涡轮区段105中的压力的显著增大。具体而言，蒸汽阀(即，主阀150或再热阀160)可改变特定的流动的位置，且因此改变节流，这将增大或减小阀前方的压力。一起使用再热阀160和过载阀115将把来自锅炉120的再热流的量再分配至IP区段105内的各个蒸汽进入地点。在该方案中，蒸汽涡轮110的控制器可检测到供应至HP涡轮区段125的蒸汽流的增加，且因此打开过载阀115来开始转移供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分。控制器还将控制再热阀的对IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽供应，以与过载阀115 —起操作。具体而言，控制器可使过载阀115和再热阀160节流，以供应适合的流量，这将有助于承受IP涡轮区段105处的增大的流动和压力，该增大的流动和压力是因为在HP涡轮区段125和再热器155处在上游发生的条件的变化而出现的。该承受能力可在不导致IP涡轮区段105处的压力增大的情况下呈现。因此，过载阀115与再热阀160协作的节流使IP涡轮区段105能够在不同操作条件下具有可变的承受能力。
[0038]为了以此方式操作蒸汽涡轮110，锅炉120对HP涡轮区段125提供蒸汽供应。从HP涡轮区段125排出的蒸汽由再热器155(例如，锅炉的再热区段、HRSG)再热。再热阀160将再热蒸汽供应至IP涡轮区段105的入口。过载阀115可响应供应至HP涡轮区段125的蒸汽流的增加的检测来将供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分转移。在另一个实施例中，过载阀115可响应直接在再热阀160上游的压力或流动的检测来将供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分转移。在另一个实施例中，过载阀115可响应在HP涡轮区段125的排口处的较高温度的检测来将供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分转移。例如，考虑在联合循环发电厂布置中在低负载下操作的蒸汽涡轮。低负载和来自HRSG的对应的减少的蒸汽产出可主要以较高温度的形式将增大的负荷施加在HP区段排口上。这些较高温度将导致发电厂操作的限制，或需要对HP区段设计和发电厂管路的改变来适应较高温度。在该方案中，供应至LP涡轮区段的入口的再热蒸汽的一部分可响应发电厂操作条件中的变化的检测来转移，尤其是在较低负载下。
[0039]在一个实施例中，再热蒸汽的转移部分在从再热阀160接收再热蒸汽的入口的下游的地点处供应至IP涡轮区段105。供应至IP涡轮区段105的再热蒸汽的转移部分的流可调整为保持在预定压力操作范围内的量。如果补燃增大且引起供应至HP涡轮区段125的蒸汽流的增加，则供应至IP涡轮区段105的再热蒸汽的转移部分的流可调整为保持在预定压力操作范围内的量。随后，供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分的转移可响应补燃的结束的检测而转移。
[0040]除提供可变承受能力之外，与再热阀160协作的过载阀115的操作可用于减轻蒸汽涡轮110的各种区段中的轴向推力。例如，在一些方案中，可能期望从蒸汽涡轮110获取高压蒸汽，且将它用于联合发电(cogeneration)目的。如图1所示，从HP涡轮区段125发生的高压蒸汽可从该涡轮区段的排口部分获取。本领域技术人员将认识到的是，蒸汽的获取可从蒸汽涡轮110的不同部分抽取。在一些情况下，当从HP涡轮区段125获取大量蒸汽时，压力下降可出现在获取地点处。HP涡轮区段125处的压力下降可在该区段和其它下游区段(诸如IP涡轮区段105和LP涡轮区段130)处具有轴向推力方面的结果。
[0041]为了减轻可通过从HP涡轮区段125获取蒸汽而出现的轴向推力，蒸汽涡轮110的控制器可打开过载阀115，以响应由于获取而出现的压降的检测来开始将供应至IP涡轮区段105的入口的再热蒸汽的一部分转移。具体而言，过载阀115和再热阀160的操作可以以适合的方式打开和闭合，以在从HP涡轮区段125获取蒸汽时在蒸汽涡轮110中保持期望的推力方向和大小。以此方式，来自过载阀115的再热蒸汽的转移部分的流和来自再热阀160的再热蒸汽的流可调整为保持在预定压力操作范围内的量。在停止蒸汽获取之后，可停止转移供应至IP涡轮区段105的再热蒸汽的一部分。
[0042]本实用新型的各种实施例的技术效果包括使蒸汽涡轮再热区段能够具有跨越较大范围的蒸汽条件使性能最大化和输出的能力。这可包括提高的补燃水平，且还包括用于燃气涡轮功率增大的较多蒸汽获取。满足蒸汽条件的较大变化同时实现最佳性能将提供跨越较大发电应用空间的较大的操作灵活性。[0043]尽管结合其优选实施例具体示出且描述了本公开，但将认识到的是，本领域技术人员将想到变型和改型。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有此类改型和变化。
【权利要求】
1.一种蒸汽涡轮，包括: 高压涡轮区段； 至少一个较低压涡轮区段，其联接于所述高压涡轮区段； 蒸汽发生源； 主蒸汽阀，其调节从所述蒸汽发生源至所述高压涡轮区段的蒸汽流； 再热器，其使从所述高压涡轮区段排出的蒸汽再热； 再热阀，其调节在第一蒸汽进入地点处从所述再热器至所述至少一个较低压涡轮区段的再热蒸汽；和 过载阀，其在第二蒸汽进入地点处将所述再热蒸汽的转移部分从所述再热器供应至所述至少一个较低压涡轮区段。
2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述第一蒸汽进入地点在所述至少一个较低压涡轮区段的入口处。
3.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述第二蒸汽进入地点在所述入口下游的所述至少一个较低压涡轮区段的蒸汽通路中。
4.根据权利要求 1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述过载阀构造成调节所述再热蒸汽的所述转移部分至所述至少一个较低压涡轮区段的供应，以适应在所述高压涡轮区段和所述再热器内出现的条件的变化。
5.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述过载阀的操作使所述至少一个较低压涡轮区段能够在不同操作条件下具有可变的承受能力。
6.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述过载阀包括多于一个过载阀。
7.根据权利要求6所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述多于一个过载阀中的各个构造成将所述再热蒸汽的部分转移至多个蒸汽进入地点。
8.一种蒸汽涡轮，包括: 高压涡轮区段； 低压涡轮区段； 中压涡轮区段，其位于所述高压涡轮区段与所述低压涡轮区段之间； 蒸汽发生源，其发生用于由所述高压涡轮区段、所述中压涡轮区段和所述低压涡轮区段使用的蒸汽； 主蒸汽阀，其调节从所述蒸汽发生源发生的至所述高压涡轮区段的所述蒸汽流； 再热器，其使从所述高压涡轮区段排出的蒸汽再热； 再热阀，其调节从所述再热器至所述中压涡轮区段的入口的再热蒸汽；和过载阀，其在所述入口下游的地点处将所述再热蒸汽的转移部分从所述再热器供应至所述中压涡轮区段，所述入口接收由所述再热阀供应的所述再热蒸汽。
9.根据权利要求8所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述过载阀构造成节流所述再热蒸汽的所述转移部分至所述中压涡轮区段的供应，以适应在所述高压涡轮区段和所述再热器内在上游发生的条件的变化，所述条件的变化涉及蒸汽流、压力和温度的变化。
10.根据权利要求8所述的蒸汽涡轮，其特征在于，所述过载阀的操作使所述中压涡轮区段能够在不同操作条件下具有可变的承受能力。
11.根据权利要求8所述的蒸汽涡轮，其特征在于，与所述过载阀的操作协作的所述再热阀的操作在所述中压涡轮区段的入口处提供可变的压力和流动能力。
12.根据权利要求8所述的蒸汽涡轮，其特征在于，与所述过载阀可变压力操作协作的所述再热阀的操作减轻在所述高压涡轮区段、所述中压涡轮区段和所述低压涡轮区段中的一个中的轴向 推力。
【文档编号】F01D17/10GK203809061SQ201320637578
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】D.R.科内尔, R.庞 申请人:通用电气公司