汽轮机汽缸结构的制作方法

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种汽轮机汽缸结构。

背景技术：

汽轮机的汽缸作为一种在高温、高压蒸汽环境中高速旋转工作的电站设备，由于其工作环境恶劣，且复杂多变，因此要求在其服役期内定期、有计划地揭缸，以对汽缸及其内部的高温、高压部件进行维护、检修及寿命评估等。

为优化汽缸进汽腔的流场分布，减少高品质、高品位蒸汽能量损失与耗散，并对汽缸通流下游产生积极影响，目前水平中分面汽缸左、右侧进汽口采用高低错位布置切向进汽的方式。如图1所示，现有水平中分面汽缸包括外缸和内缸，外缸包括在水平中分面处连接的外缸上半01和外缸下半02，内缸包括内缸上半03和内缸下半04，内缸与转子之间构成进汽腔室，外缸与内缸之间构成排汽腔室。外缸上半01和内缸上半03上对应地开设有上进汽口，外缸下半02和内缸下半04上对应地开设有下进汽口，上进汽口和下进汽口相对汽缸的中心成对称分布。在上进汽口和下进汽口处分别安装有上进汽阀门05和下进汽阀门06，上进汽阀门05与外缸上半01、下进汽阀门06与外缸下半02分别通过法兰和螺栓实现连接，将排汽腔室密封；上进汽阀门05内的上进汽连接管道07的一端与内缸上半03相连通，形成上进汽通道，下进汽阀门06内的下进汽连接管道08与内缸下半04相连通，形成下进汽通道。蒸汽输送管道分别与上进汽阀门05内的上进汽连接管道07和下进汽阀门06内的下进汽连接管道08相连通，由蒸汽输送管道经上进汽连接管道07和下进汽连接管道08向进汽腔室内输送蒸汽。

这种结构的汽缸在进行揭缸检修维护时，对于高位布置的上进汽口，需要先解除上进汽阀门05内上进汽连接管道07与蒸汽输送管道及内缸上半03的连接、上进汽阀门05与外缸上半01的连接后，再解除外缸上半01与外缸下半02在水平中分面处的连接，实现上半缸体的揭缸。实际工程中揭缸的方法主要有以下两种。

一种方法是针对蒸汽输送管道与上进汽阀门05内上进汽连接管道07焊接的情况，先对蒸汽输送管道与上进汽连接管道07进行现场切割，实现上进汽阀门05与蒸汽输送管道的分离，然后依次解除上进汽阀门05与外缸上半01、外缸上半01与外缸下半02的螺栓连接，实现揭缸。该方法的不足之处在于，增加了蒸汽输送管道现场切割、汽缸检修完毕后的重新焊接以及焊缝质量检验等工作环节，在机组寿命周期内频繁地对蒸汽输送管道进行切割和焊接，不利于机组的安全稳定运行，同时增加了电厂对机组的维护、检修成本。

另一方法是将蒸汽输送管道与上进汽阀门05内上进汽连接管道07的连接方式由焊接改为法兰连接，其揭缸工序与第一种方法相同。该方法规避了蒸汽输送管道的现场切割和焊接，但由于蒸汽输送管道管径较大，其工作环境温度高，管道承压大，长期高温运行后密封面螺栓易出现应力松弛等问题，增加了法兰连接区域密封泄露的风险。

上述两种揭缸方法均需要解除蒸汽输送管道与上进汽阀门05的连接，揭缸工序复杂，导致揭缸维修周期长、机组检修维护成本高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在不破坏蒸汽输送管道与进汽阀门连接完整性的前提下实现揭缸的汽轮机汽缸结构，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种汽轮机汽缸结构，包括外缸和设于外缸内部的内缸，外缸包括在水平中分面处连接的外缸上半和外缸下半，内缸包括在水平中分面处连接的内缸上半和内缸下半，外缸上半和内缸上半上对应地开设有上进汽口，上进汽口处设有上进汽阀门和进汽插管，进汽插管的一端设有与上进汽阀门可拆卸连接的第一法兰，且另一端插入外缸上半内与内缸上半可拆卸地连接，在进汽插管的外圆周上设有与外缸上半可拆卸连接的第二法兰。

优选地，进汽插管插入外缸上半内的一端端面上沿周向设有一环形插接件，内缸上半在上进汽口处沿周向设有一环形插接座，环形插接座朝向进汽插管的一面上沿周向开设有环形插接槽，环形插接件插设于环形插接槽中并与环形插接槽间隙配合；在进汽插管与上进汽阀门之间设有一垫片，垫片的厚度不小于环形插接件插入环形插接槽内的长度。

优选地，环形插接件的断面形状呈l形，l形的环形插接件包括与进汽插管的端面相连接的连接部和与环形插接槽相配合的插接部，连接部与插接部相垂直。

优选地，进汽插管插入外缸上半内的一端与一环形固定件相连接，环形固定件远离进汽插管的一端外周面上沿径向延伸出环形凸缘，连接部卡接于进汽插管的端面与环形凸缘之间。

优选地，垫片的两端端面上均沿周向设有环形凸台，第一法兰的法兰面上和上进汽阀门的法兰面上均沿周向开设有与环形凸台配合相接的环形凹槽。

优选地，环形凹槽与环形凸台之间设有密封圈。

优选地，在上进汽阀门的法兰和垫片上或者在第一法兰和垫片上对应地开设有用于贯穿顶起螺钉的顶起螺钉孔。

优选地，垫片的面积小于上进汽阀门的法兰面及第一法兰的法兰面的面积，在上进汽阀门的法兰和第一法兰上对应地开设有用于贯穿起重螺栓的起重螺栓孔，起重螺栓孔位于垫片沿水平方向的两侧，且起重螺栓穿过起重螺栓孔时不与垫片相交。

优选地，第二法兰与外缸上半之间设有加长螺栓，汽轮机汽缸结构配备有揭缸工艺垫块，揭缸工艺垫块的厚度不小于环形插接件插入环形插接槽内的长度，且不大于垫片的厚度，揭缸工艺垫块用于在揭缸过程中进汽插管的第二法兰与外缸上半解除连接关系后置于第二法兰与外缸上半之间，并通过加长螺栓连接第二法兰和外缸上半将揭缸工艺垫块夹持固定。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的汽轮机汽缸结构在揭缸时，只需先解除进汽插管与上进汽阀门的连接，然后依次解除进汽插管与外缸上半的连接、进汽插管与内缸上半的连接、外缸上半与外缸下半的连接，即可实现外缸上半的揭缸，而无需破坏上进汽阀门与蒸汽输送管道的连接完整性，能够充分简化现场施工工序，减少施工工作量，缩短揭缸维修周期，降低机组的检修维护成本。

附图说明

图1是现有技术中水平中分面的汽轮机汽缸的结构示意图。

图2是本发明实施例的汽轮机汽缸结构的整体示意图。

图3是图2中a部的放大示意图。

图4是图3中b部的放大示意图。

图5是本发明实施例的汽轮机汽缸结构中垫片的结构示意图。

图6是本发明实施例的汽轮机汽缸结构进汽插管的第一法兰与上进汽阀门的法兰配合连接的示意图。

图7是本发明实施例的汽轮机汽缸结构配备的揭缸工艺垫块与进汽插管的第二法兰和外缸上半相配合的示意图。

图1中：

01、外缸上半02、外缸下半03、内缸上半

04、内缸下半05、上进汽阀门06、下进汽阀门

07、上进汽连接管道08、下进汽连接管道

图2至图7中：

1、外缸上半2、外缸下半3、内缸上半

4、内缸下半5、上进汽阀门6、下进汽阀门

10、进汽插管101、第一法兰102、第二法兰

103、起重螺栓孔11、环形插接件111、连接部

112、插接部12、环形插接座121、环形插接槽

13、环形固定件131、环形凸缘14、垫片

140、通孔141、环形凸台142、顶起螺钉孔

143、起吊螺栓孔15、密封圈16、加长螺栓

17、揭缸工艺垫块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2至图7所示，本发明的汽轮机汽缸结构的一种实施例。如图2所示，本实施例的汽轮机汽缸结构为水平中分面汽缸，其包括外缸和设于外缸内部的内缸，内缸与转子之间构成进汽腔室，外缸与内缸之间构成排汽腔室。外缸包括在水平中分面处连接的外缸上半1和外缸下半2，内缸包括在水平中分面处连接的内缸上半3和内缸下半4，外缸上半1和内缸上半3上对应地开设有上进汽口，外缸下半2和内缸下半4上对应地开设有下进汽口，上进汽口和下进汽口相对汽缸的中心成对称分布。

本实施例中，在上进汽口处设有上进汽阀门5和进汽插管10，上进汽阀门5与蒸汽输送管道(图中未示出)相连接。进汽插管10的一端设有第一法兰101，第一法兰101与上进汽阀门5的法兰可拆卸地连接，进汽插管10的另一端在上进汽口处插入外缸上半1内并与内缸上半3可拆卸地连接，由蒸汽输送管道、上进汽阀门5和进汽插管10构成与内缸内的进汽腔室相连通且密闭的进汽通道。在进汽插管10的外圆周上设有第二法兰102，第二法兰102与外缸上半1上进汽口处的端面可拆卸地连接，并将外缸与内缸之间的排汽腔室密封。

由此，本实施例的汽轮机汽缸结构在揭缸时，只需先解除进汽插管10与上进汽阀门5的连接，然后依次解除进汽插管10与外缸上半1的连接、进汽插管10与内缸上半3的连接、外缸上半1与外缸下半2的连接，即可实现外缸上半1的揭缸，而无需破坏上进汽阀门5与蒸汽输送管道的连接完整性，能够充分简化现场施工工序，减少施工工作量，缩短揭缸维修周期，降低机组的检修维护成本。

如图3和图4所示，在本实施例中，进汽插管10插入外缸上半1内的一端端面上沿周向设有一环形插接件11，内缸上半3在上进汽口处沿周向设有一环形插接座12，环形插接件11和环形插接座12均与进汽插管10同轴设置。环形插接座12朝向进汽插管10的一面上沿周向开设有环形插接槽121，即环形插接槽121的开口朝向环形插接件11。环形插接件11插设于环形插接槽121中，在冷态安装时，环形插接件11与环形插接槽121间隙配合。本实施例中的环形插接件11和环形插接座12采用不同的材质制成，机组热态运行时，环形插接件11和环形插接座12在内外压差及热胀差的作用下能够实现紧密配合，达到隔断进汽腔室和排汽腔室的目的。环形插接座12上的环形插接槽121的深度和厚度应根据汽缸的实际工作环境进行设置，需保证其结构强度能够适应各种工况运行条件的要求。通过环形插接件11与环形插接座12上的环形插接槽121插接配合的方式实现了进汽插管10与内缸上半3的可拆卸连接，在揭缸时，由于冷态下环形插接件11与环形插接槽121间隙配合，因此只需将进汽插管10沿远离内缸上半3的方向移动，使环形插接件11退出环形插接槽121，即可实现进汽插管10与内缸上半3的分离。

为了给进汽插管10在揭缸时的移动提供空间，在进汽插管10与上进汽阀门5之间设有一垫片14，垫片14安装在进汽插管10的第一法兰101与上进汽阀门5的法兰之间，并与进汽插管10的第一法兰101及上进汽阀门5的法兰可拆卸地连接，如图5所示，垫片14的中心设有直径与进汽插管10内径相匹配的通孔140，垫片14的顶部设有用于安装起吊螺栓的起吊螺栓孔143。在揭缸时解除进汽插管10与上进汽阀门5之间的连接后，将垫片14从进汽插管10与上进汽阀门5之间吊离开，进汽插管10与上进汽阀门5之间的间距使得进汽插管10可以沿远离内缸上半3的方向朝上进汽阀门5移动。为保证通过移动进汽插管10使环形插接件11完全退出环形插接槽121，垫片14的厚度应不小于环形插接件11插入环形插接槽121内的长度，以为进汽插管10提供足够的移动空间。

优选地，如图4所示，环形插接件11的断面形状呈l形，l形的环形插接件11包括相互垂直的连接部111和插接部112，连接部111与进汽插管10的端面相连接，插接部112与环形插接槽121相配合。

进一步，进汽插管10插入外缸上半1内的一端与一环形固定件13相连接，环形固定件13与进汽插管10同轴设置。环形固定件13远离进汽插管10的一端外周面上沿径向延伸出环形凸缘131，环形插接件11的连接部111卡接于进汽插管10的端面与环形固定件13的环形凸缘131之间，通过环形固定件13与进汽插管10的紧固连接将环形插接件11夹持固定。

进一步，可以通过锁紧螺钉沿轴向依次连接环形固定件13的环形凸缘131、环形插接件11的连接部111和进汽插管10的端面，实现环形固定件13、环形插接件11和进汽插管10的周向相对固定，防止环形固定件13、环形插接件11和进汽插管10发生相对转动。

优选地，环形固定件13与进汽插管10通过螺纹配合实现紧固连接。本实施例中，在进汽插管10插入外缸上半1内的一端的内周面上设有内螺纹，在环形固定件13远离环形凸缘131的一端设有外螺纹，环形固定件13上的外螺纹与进汽插管10内的内螺纹配合连接。进一步，环形固定件13的内径与所述进汽插管10的内径相匹配，进汽插管10插入外缸上半1内的一端设有用于容纳环形固定件13的扩径部，所述内螺纹设置在该扩径部的内周面上。

优选地，环形插接座12与内缸上半3通过螺纹配合实现紧固连接。本实施例中，内缸上半3在上进汽口处设有外螺纹，环形插接座12的内周面上设有内螺纹，环形插接座12上的内螺纹与内缸上半3上的外螺纹配合连接。

需要说明的是，本发明中的进汽插管10、环形固定件13和环形插接件11可以为本实施例中相互配合连接的独立件，也可以构成为一个一体成型的整体件；环形插接座12和内缸上半3可以为本实施例中相互配合连接的独立件，也可以构成为一个一体成型的整体件。

如图5所示，为保证进汽插管10与上进汽阀门5连接的紧密性，本实施例中，在垫片14沿轴向的两端端面上均沿周向设有环形凸台141，在进汽插管10的第一法兰101的法兰面上和上进汽阀门5的法兰面上均沿周向开设有与环形凸141台配合相接的环形凹槽。装配时，进汽插管10的第一法兰101的法兰面上和上进汽阀门5的法兰面分别与垫片14的两端面对接，且垫片14两端面上的环形凸台141分别插入进汽插管10第一法兰101法兰面和上进汽阀门5法兰面上的环形凹槽中，实现紧密配合。进汽插管10的第一法兰101、垫片14和上进汽阀门5的法兰上均沿周向对应地开设有多个螺栓孔，通过依次贯穿进汽插管10的第一法兰101、垫片14和上进汽阀门5的法兰上的多个螺栓孔的多个连接螺栓实现进汽插管10的第一法兰101、垫片14和上进汽阀门5的法兰的紧固连接，进一步，在进汽插管10第一法兰101法兰面和上进汽阀门5法兰面上的环形凹槽与垫片14两端面的环形凸台141之间均设有密封圈15，以保证密封性能。优选地，为保证垫片14与进汽插管10第一法兰101及上进汽阀门5的法兰之间密封面的接触应力，垫片14上的环形凸台141为连续的整圈凸台，相应地，进汽插管10第一法兰101法兰面和上进汽阀门5法兰面上的环形凹槽均为连续的整圈凹槽，密封圈15为连续的整圈密封圈。

在机组运行一段时间后，垫片14与进汽插管10第一法兰101及上进汽阀门5的法兰之间的密封面会出现咬合的现象，为了使揭缸时进汽插管10、垫片14和上进汽阀门5能够顺利分离，优选地，本实施例在上进汽阀门5的法兰和垫片14上对应地开设有用于贯穿顶起螺钉的顶起螺钉孔142，在揭缸时，拆除进汽插管10的第一法兰101、垫片14和上进汽阀门5的法兰上的连接螺栓后，向顶起螺钉孔142内拧入顶起螺钉，使顶起螺钉抵压在进汽插管10的第一法兰101上，通过转动顶起螺钉，可以实现垫片14与上进汽阀门5的法兰之间密封面的初步分离，使垫片14上的环形凸台141从上进汽阀门5法兰面上的环形凹槽内退出，从而便于起吊垫片14。当然，也可以在进汽插管10的第一法兰101和垫片14上对应地开设用于贯穿顶起螺钉的顶起螺钉孔142，从而在揭缸时实现垫片14与进汽插管10的第一法兰101之间密封面的初步分离。垫片14上的顶起螺钉孔142可以设置多个，优选地，多个螺钉孔142相对垫片14的中心对称布置，上进汽阀门5的法兰或进汽插管10的第一法兰101上顶起螺钉孔的设置位置和数量则与垫片14相对应。

为保证起吊垫片14的安全性，优选地，如图5和图6所示，本实施例中将垫片14的面积设置为小于上进汽阀门5的法兰面及进汽插管10第一法兰101的法兰面的面积，并在上进汽阀门5的法兰和进汽插管10的第一法兰101上对应地开设有用于贯穿起重螺栓的起重螺栓孔103，起重螺栓孔103位于垫片14沿水平方向的两侧，且起重螺栓穿过起重螺栓孔103时不与垫片14相交。揭缸时，在垫片14与上进汽阀门5法兰或与进汽插管10第一法兰101之间的密封面初步分离后，向起重螺栓孔103内拧入起重螺栓，通过起重螺栓将上进汽阀门5的法兰和进汽插管10的第一法兰101连接固定，可以使上进汽阀门5的法兰和进汽插管10的第一法兰101之间保持初步分离的间距，以维持上进汽阀门5和进汽插管10的相对稳定，然后拧出顶起螺钉，即可对垫片14进行起吊，由于起重螺栓位于垫片14沿水平方向的两侧且不与垫片14相交，因此不会阻碍垫片14的起吊。优选地，起重螺栓的支撑面设置在上进汽阀门5的法兰上。上进汽阀门5的法兰和进汽插管10的第一法兰101上可以分别设置多个起重螺栓孔103，多个起重螺栓孔103相对进汽插管10的中心对称分布。

本实施例中，进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1上均沿周向对应地开设有多个螺栓孔，通过贯穿进汽插管10的第二法兰102上的多个螺栓孔与外缸上半1上的多个螺栓孔一一对应地连接的多个连接螺栓实现进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1紧固连接。揭缸时，需拆除进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1之间的连接螺栓，使进汽插管10与外缸上半1分离。为了实现进汽插管10和外缸上半1的整体起吊，保证起吊过程的稳定性，优选地，如图3和图7所示，本实施例在进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1之间设有加长螺栓16，且本实施例的汽轮机汽缸结构配备有揭缸工艺垫块17。优选地，加长螺栓16可以沿进汽插管10第二法兰102的轴向设置多个。在装配时，加长螺栓16贯穿进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1紧固连接，与进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1之间的连接螺栓一起，将进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1紧固连接。揭缸时，在垫片14起吊完毕后，将进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1之间的连接螺栓及加长螺栓16全部拆除，使得进汽插管10能够脱离外缸上半1朝上进汽阀门5移动，从而脱离内缸上半3，在进汽插管10完全脱离内缸上半3后，停止移动进汽插管10，将配备的揭缸工艺垫块17置于进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1之间，并将加长螺栓16重新穿过进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1连接，以将进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1紧固连接并将揭缸工艺垫块17夹持固定，从而保持进汽插管10和外缸上半1的稳定连接，保证整体起吊进汽插管10和外缸上半1时的稳定性和安全性。为确保起吊时进汽插管10第一法兰101上的环形插接件11保持在完全退出环形插接座12上环形插接槽121的位置，揭缸工艺垫块17的厚度应不小于环形插接件11插入环形插接槽121内的长度；同时，为确保起吊时进汽插管10的第二法兰102不与上进汽阀门5的法兰压力接触，揭缸工艺垫块17的厚度应不大于垫片14的厚度。

综上，本实施例的汽轮机汽缸结构的揭缸工序包括以下步骤：

步骤一、先解除进汽插管10与上进汽阀门5之间的接连关系。具体为：先拆除进汽插管10的第一法兰101、垫片14和上进汽阀门5的法兰上的连接螺栓；然后向顶起螺钉孔142内拧入顶起螺钉，使顶起螺钉抵压在进汽插管10的第一法兰101上，并转动顶起螺钉，使垫片14与上进汽阀门5的法兰之间的密封面初步分离，垫片14与上进汽阀门5的法兰之间密封面的初步分离间距不小于垫片14上环形凸台141高度的两倍；再向起重螺栓孔103内拧入起重螺栓，通过起重螺栓将上进汽阀门5的法兰和进汽插管10的第一法兰101连接固定以保持初步分离间距；最后拧出顶起螺钉，起吊垫片14。

步骤二、然后解除进汽插管10与内缸上半3之间的连接关系，具体为：在垫片14起吊完毕、完全离开上进汽阀门5法兰和进汽插管10第一法兰101之间的区域后，先将进汽插管10第二法兰102和外缸上半1之间的连接螺栓及加长螺栓16全部拆除，解除进汽插管10和外缸上半1之间的连接关系；然后拧动起重螺栓，带动进汽插管10朝上进汽阀门5移动，至进汽插管10第一法兰101上的环形插接件11完全退出环形插接座12上的环形插接槽121；再拆除起重螺栓，将配备的揭缸工艺垫块17置于进汽插管10的第二法兰102和外缸上半1之间，并将加长螺栓16穿过进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1连接，使进汽插管10的第二法兰102与外缸上半1紧固连接并将揭缸工艺垫块17夹持固定。

步骤三、最后拆除外缸上半1与外缸下半2在水平中分面处的连接，整体起吊进汽插管10和外缸上半1，实现外缸上半的揭缸。

在揭缸、检修和维护完成之后，对汽缸进行重新安装，安装工序与揭缸工序相反，本文不再赘述。

此外，本实施例的汽轮机汽缸结构，在下进汽口处设有下进汽阀门6，下进汽阀门6与下进汽口之间也通过一进汽插管连接，该进汽插管和下进汽阀门6、外缸下半2和内缸下半4之间的连接结构均与进汽插管10和上进汽阀门5、外缸上半1和内缸上半3之间的连接结构相同，本文不予赘述。

综上所述，本实施例的汽轮机汽缸结构可以在不破坏上进汽阀门5与蒸汽输送管道连接完整性的前提下实现揭缸，能够充分简化现场施工工序，减少施工工作量，缩短揭缸维修周期，降低机组的检修维护成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。