汽轮机多级汽缸间联合冷却系统的制作方法

本发明涉及汽轮机冷却技术领域，尤其涉及一种汽轮机多级汽缸间联合冷却系统。

背景技术：

冷却技术广泛应用于高温、高压蒸汽环境下汽轮机汽缸和转子设计。以单流布置为例，如图1和图2所示，为平衡通流级轴向推力，在转子1上设计有直径较高的平衡活塞10，平衡活塞10位于汽缸1内通流区域3的一侧，平衡活塞10所在区域转子轮盘受进汽高温和转子离心力的恶劣环境作用，通常需要通过冷却系统进行冷却，即在平衡活塞10与汽缸1之间形成待冷却区域4。现有技术中，采用向该待冷却区域4内通入高压低温的冷却蒸汽，冷却蒸汽可在高低压差的作用下在待冷却区域4内顺向流动，由此对其进行冷却，以使得该区域的蠕变寿命满足设计要求。

所述冷却蒸汽的来源有外部引流和内部引流两种方式。如图1中箭头所示，外部引流是通过外部管道将冷却蒸汽引入本汽缸2的待冷却区域4内，冷却蒸汽的来源可以是锅炉加热蒸汽，或者是前汽缸的排汽，或者是本汽缸通流级间合适参数的蒸汽，亦或者是前汽缸排汽和本汽缸通流级间蒸汽二者的混参蒸汽。如图2中箭头所示，内部引流则是在汽缸2内开设孔道，从本汽缸2的通流级间将合适的低温蒸汽通过孔道引入本汽缸2的待冷却区域4内。

上述冷却方式存在以下缺陷：从前汽缸排汽抽取蒸汽作为冷却蒸汽容易在待冷却区域4形成冷冲击，对汽缸2和转子1造成寿命损伤。从本汽缸2内通流区域3中抽取蒸汽作为冷却蒸汽会导致本汽缸2通流能力的损失。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种汽轮机多级汽缸间联合冷却系统，能够避免高品质蒸汽浪费，同时避免冷冲击对汽缸和转子造成寿命损伤，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：一种汽轮机多级汽缸间联合冷却系统，包括前转子、前汽缸、后转子和后汽缸，前汽缸套设在前转子外部，前汽缸与前转子之间形成有第一待冷却区域，前汽缸设有向第一待冷却区域内引入冷却蒸汽的孔道；后汽缸套设在后转子外部，后汽缸与后转子之间形成有第二待冷却区域，第二待冷却区域通过管道与第一待冷却区域相连通，由管道将第一待冷却区域内的乏汽引入第二待冷却区域内。

优选地，管道上设有逆止阀。

优选地，管道上设有节流装置。

优选地，孔道在前汽缸内部延伸并与前汽缸的通流级相连通。

优选地，孔道贯穿前汽缸并与外管路相连通，由外管路向孔道内输送冷却蒸汽。

优选地，外管路上设有逆止阀。

优选地，外管路上设有节流装置。

优选地，前汽缸呈单流布置。

优选地，后汽缸呈单流布置或双流布置。

优选地，前转子上设有平衡活塞，第一待冷却区域位于平衡活塞与前汽缸之间。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的汽轮机多级汽缸间联合冷却系统，后汽缸的第二待冷却区域通过管道与前汽缸的第一待冷却区域相连通，通过管道将第一待冷却区域内的乏汽引入第二待冷却区域内，即将前汽缸第一待冷却区域内的冷却蒸汽冷却循环完成后的乏汽再利用，将其作为冷却蒸汽用于冷却后汽缸的第二待冷却区域，由于从前汽缸第一待冷却区域引出的冷却蒸汽乏汽不参与本级汽缸做功，与传统从汽缸内部或外部需求合适冷却汽源相比，是乏汽能源梯级利用的有效方式，相较从后汽缸内部通流级间抽取蒸汽作为后汽缸的冷却蒸汽，能够有效避免后汽缸通流能力的损失和高品质蒸汽的浪费，为系统节约能量，提高经济性；相较从前汽缸排汽直接抽取蒸汽作为后汽缸的冷却蒸汽，从前汽缸第一待冷却区域引出的冷却蒸汽乏汽与后汽缸第二待冷却区域的温差更为接近，因此能够有效避免冷冲击对后汽缸和后转子造成寿命损伤。

附图说明

图1是现有技术中汽轮机冷却系统采用外部引流方式的示意图。

图2是现有技术中汽轮机冷却系统采用内部引流方式的示意图。

图3是本发明汽轮机多级汽缸间联合冷却系统一种实施方式的示意图。

图4是本发明汽轮机多级汽缸间联合冷却系统另一种实施方式的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、转子10、平衡活塞

2、汽缸3、通流区域

4、待冷却区域11、前转子

110、前转子的平衡活塞12、后转子

21、前汽缸22、后汽缸

31、前汽缸的通流区域41、第一待冷却区域

42、第二待冷却区域

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。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图3和图4所示，本发明的汽轮机多级汽缸间联合冷却系统的一种实施例。

本实施例的汽轮机多级汽缸间联合冷却系统包括：前转子11、前汽缸21、后转子12和后汽缸22。其中，前汽缸21套设在前转子11外部，前转子11可绕轴线转动。前汽缸21与前转子11之间形成有需要进行冷却处理的第一待冷却区域41，前汽缸21设有向第一待冷却区域41内引入冷却蒸汽的孔道，通过该孔道向第一待冷却区域41内通入高压低温的冷却蒸汽，可以对该第一待冷却区域41处的前汽缸21和前转子11进行冷却。后汽缸22套设在后转子12外部，后转子12可绕轴线转动。后汽缸22与后转子12之间形成有需要进行冷却处理的第二待冷却区域42，通过向该第二待冷却区域42内通入冷却蒸汽，可以对该第二待冷却区域42处的后汽缸22和后转子12进行冷却。本实施例中，第二待冷却区域42通过管道与第一待冷却区域41相连通，由管道将第一待冷却区域41内的乏汽引入第二待冷却区域42内，即管道用于抽取第一待冷却区域41内冷却蒸汽的乏汽，并将抽取的乏汽送入第二待冷却区域42内，利用所述乏汽对第二待冷却区域42进行冷却。由此，将前汽缸21第一待冷却区域41内的冷却蒸汽冷却循环完成后的乏汽再利用，将其作为冷却蒸汽用于冷却后汽缸22的第二待冷却区域42，由于从前汽缸21第一待冷却区域41引出的冷却蒸汽乏汽不参与本级汽缸做功，与传统从汽缸内部或外部需求合适冷却汽源相比，是乏汽能源梯级利用的有效方式，相较从后汽缸22内部通流级间抽取蒸汽作为后汽缸22的冷却蒸汽，能够有效避免后汽缸22通流能力的损失和高品质蒸汽的浪费，为系统节约能量，提高经济性；相较从前汽缸21排汽直接抽取蒸汽作为后汽缸22的冷却蒸汽，从前汽缸21第一待冷却区域41引出的冷却蒸汽乏汽与后汽缸22第二待冷却区域42的温差更为接近，因此能够有效避免冷冲击对后汽缸22和后转子12造成寿命损伤。

优选地，可以在连通后汽缸22第二待冷却区域42和前汽缸21第一待冷却区域41的管道上设置逆止阀。通过逆止阀，一方面可以防止蒸汽倒流，有效避免第二待冷却区域42内的高温蒸汽在变化、异常或极端工况下通过管道逆向流动倒灌进入第一待冷却区域41，防止前汽缸21由此产生不必要的变形，保证汽轮机寿命设计；另一方面，逆止阀的存在使得冷却系统前后压差的设计可以合理减小，有利于将第一待冷却区域41的冷却蒸汽乏汽引入第二待冷却区域42内。

优选地，可以在连通后汽缸22第二待冷却区域42和前汽缸21第一待冷却区域41的管道上设置节流装置，节流装置可以设置在逆止阀的下游，用于调节管道引入的冷却蒸汽乏汽的流量，并匹配压力，实现冷却蒸汽乏汽的合理利用。优选地，管道上的节流装置可以为节流阀。

本实施例中，前汽缸21向第一待冷却区域41内引入冷却蒸汽的方式可以采用内部引流的方式或者外部引流的方式。

前汽缸21采用内部引流的方式时，前汽缸21的孔道在前汽缸21内部延伸并与前汽缸21的通流级相连通，所述通流级位于前汽缸21的通流区域31内，且该通流级的蒸汽参数与前汽缸21第一待冷却区域41所需的冷却蒸汽参数相匹配。由此，通过孔道可以将前汽缸21内部通流级间合适的低温蒸汽作为冷却蒸汽引入前汽缸21的第一待冷却区域41，对第一待冷却区域41处的前汽缸21和前转子11进行冷却。

前汽缸21采用外部引流的方式时，前汽缸21的孔道贯穿前汽缸21并与外管路相连通，由外管路向孔道内输送冷却蒸汽。冷却蒸汽的来源可以是锅炉加热蒸汽，或者是前汽缸21通流级间合适参数的蒸汽。优选地，可以在外管路上设置逆止阀。通过逆止阀，一方面可以防止蒸汽倒流，有效避免下游的高温蒸汽在变化、异常或极端工况下通过孔道和外部管道逆向流动倒灌进入低温区域，防止前汽缸21由此产生不必要的变形，保证汽轮机寿命设计；另一方面，逆止阀的存在使得冷却系统前后压差的设计可以合理减小，高压侧冷却蒸汽可选择压力级能级较低的蒸汽，冷却气流量可以合理减小，从而可避免高品质蒸汽的浪费，为系统节约能力，提高经济性。优选地，可以在外管路上设置节流装置，节流装置可以设置在逆止阀的下游，用于调节冷却蒸汽的流量，并匹配压力，实现冷却蒸汽的合理利用。优选地，外管路上的节流装置可以为节流阀。

本实施例中，在前转子11上设有平衡活塞110，第一待冷却区域41位于平衡活塞110与前汽缸21之间。即，第一待冷却区域41可以是前汽缸21平衡活塞110处的高温区域，则本实施例是从前汽缸21平衡活塞110后引出冷却蒸汽的乏汽，用于冷却后汽缸22的第二待冷却区域42。当然，第一待冷却区域41并不局限于前汽缸21平衡活塞110处的高温区域。后汽缸22的第二待冷却区域42所在位置也不局限，应根据实际情况确定后汽缸22中需要进行冷却的高温区域，即为第二待冷却区域42。

本实施例中，优选地，前汽缸21呈单流布置。后汽缸22则不局限，参见图3，在一种实施方式中，后汽缸22可以呈单流布置；参见图4，在另一种实施方式中，后汽缸22可以呈双流布置。

本实施例的汽轮机多级汽缸间联合冷却系统在设计时，可以通过以下步骤进行：

步骤1、基于汽轮机的功率、进排汽参数等，确定前汽缸21和后汽缸22的布置形式：前汽缸21为单流布置，后汽缸22为单流布置或者双流布置。

步骤2、基于前汽缸21中主蒸汽参数、通流级数、叶片尺寸等，分析前汽缸21通流级各级后、平衡活塞110后、排汽区域蒸汽的温度及压力，分析并确定前汽缸21第一待冷却区域41(平衡活塞110处)冷却所需冷却蒸汽参数，选取合适的引入方式(内部引流或外部引流)及冷却蒸汽来源。

步骤3、基于后汽缸22中主蒸汽参数、通流级数、叶片尺寸等，分析后汽缸22第二待冷却区域42所需冷却蒸汽参数。

步骤4、基于前汽缸21平衡活塞110后的乏汽参数(温度、压力)，设计后汽缸22引入所述乏汽的位置、布置及流量，并完成蠕变寿命考核计算，满足汽轮机30安全运行要求。

综上所述，本实施例的汽轮机多级汽缸间联合冷却系统，将前汽缸21第一待冷却区域41内的冷却蒸汽冷却循环完成后的乏汽再利用，将其作为冷却蒸汽用于冷却后汽缸22的第二待冷却区域42，实现了乏汽能源梯级的有效利用，能够有效避免后汽缸22通流能力的损失和高品质蒸汽的浪费，为系统节约能量，提高经济性，同时能够有效避免冷冲击对后汽缸22和后转子12造成寿命损伤。

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。