一种三层壳汽轮机进汽结构及汽轮机的制作方法

1.本技术涉及电站汽轮机的技术领域，具体而言，涉及一种三层壳汽轮机进汽结构及汽轮机。


背景技术：

2.汽轮机指的是用蒸汽做介质的一种涡轮机，其主要用途是将热能转化成机械能。汽轮机的工作介质是高温高压的蒸汽，因此汽轮机工作时始终处于高温高压的工况，高温高压的环境可能会给结构带来较大的失效风险。因此为了降低这种风险，现有技术的汽轮机一般采用双层壳汽轮机和三层壳汽轮机。
3.双层壳汽轮机中，内壳绕转子设置，外壳绕内壳设置，由于温度变化，导致内壳相对于阀运动。阀包括阀壳体和设置在阀内的阀扩压器，在工作中高应力可能会导致阀扩压器产生影响汽轮机工作性能的变形，因此，在阀扩压器和内壳之间配置角形密封环，以平衡阀扩压器和内壳之间的热位移。
4.但随着汽轮机的压力、温度等运行参数越来越高，受强度和材料限制，双层壳汽轮机已经不能满足工作的需要，必须采用三层壳的结构方式来降低汽缸厚度方向的温度梯度和昂贵的高温材料的用量。
5.一般三层壳汽轮机包括内壳、外壳以及内壳和外壳之间的外内壳，外内壳同样由于热变化进行热位移，该热位移可能会干扰到阀扩压器，另外，内壳和外内壳之间的空间、外内壳和外壳之间的空间应该被密封，且应避免由于热位移而导致产生过大的机械应力。
6.现有技术中，公开号为cn104033190a的专利文件公开了一种三层壳汽轮机的进汽结构，其外内壳和内壳之间形成的密封腔体延伸至阀壳体和阀扩压器之间，从而降低阀扩压器所承受的压差和温度差，从而降低由高压差和高温差引起的高应力。但是专利文件cn104033190a中内壳与阀扩散器之间仅通过一个角形密封环连接，可承受的蒸汽压力和温度范围有限。当阀扩压器的内外壁和内壳的内外壁压差和温差过大时，内壳和阀扩压器的连接处建立的密封线存在失效的风险。


技术实现要素：

7.本技术实施例的目的在于提供一种三层壳汽轮机进汽结构，其能够有效改善阀扩压器、内壳和外内壳的工作环境，降低产生结构失效和密封线失效的风险，同时提高阀扩压器、内壳、外内壳的压力和温度承载上限。
8.本技术实施例的第二目的还在于提供一种使用上述进汽结构的汽轮机。
9.第一方面，提供了一种三层壳汽轮机进汽结构，包括进汽阀、三层壳和插管。
10.其中，进汽阀包括阀壳体和位于阀壳体内侧的阀扩压器。三层壳包括依次布置的外壳、外内壳和内壳，外壳与阀壳体的外侧通过法兰结构密封连接。插管包括内圈部分、外圈部分和贯穿孔。外圈部分包括第一端和第二端，外圈部分的第一端通过第一密封环与阀壳体密封连接，外圈部分的第二端与外内壳通过法兰结构密封连接。内圈部分包括第一端
和第二端，内圈部分的第一端通过第二密封环与阀扩压器密封连接，内圈部分的第二端通过第三密封环与内壳密封连接。插管与阀壳体、阀扩压器共同围合出第一夹层腔，插管与外内壳、内壳共同围合出第二夹层腔。贯穿孔连通第一夹层腔和第二夹层腔。第一夹层腔、贯穿孔和第二夹层腔构成第一密封腔。阀壳体、外壳与插管、外内壳共同围合出第二密封腔。
11.在一种可实施的方案中，阀扩压器、插管及内壳的内侧形成的通道中通过的蒸汽压力为p0，第一密封腔和第二密封腔内通入蒸汽，第一密封腔内的蒸汽压力为p1，第二密封腔内的蒸汽压力为p2，p0、p1和p2满足p0＞p1＞p2。
12.在一种可实施的方案中，多个贯穿孔沿插管的内圈部分和外圈部分之间圆周均匀或非均匀分布。
13.在一种可实施的方案中，第一密封环、第二密封环和第三密封环都包括活动端和固定端；插管的外圈部分第一端的端面设置有第一环槽，插管的内圈部分第一端的端面设置有第二环槽，内壳用于与插管连接的端面设置有第三环槽；第一密封环的固定端与阀壳体密封连接，第一密封环的活动端插入第一环槽，第一密封环的活动端与第一环槽滑动密封；第二密封环的固定端与阀扩压器密封连接，第二密封环的活动端插入第二环槽，第二密封环的活动端与第二环槽滑动密封；第三密封环的固定端与插管的内圈部分的第二端密封连接，第三密封环的活动端插入第三环槽，第三密封环的活动端与第三环槽滑动密封。
14.在一种可实施的方案中，还包括第一螺纹环，插管的外圈部分的第一端与第一螺纹环螺纹紧固密封配合；第一螺纹环设置有与第一密封环的活动端配合的第一环槽。
15.在一种可实施的方案中，还包括第二螺纹环，插管的内圈部分的第一端与第二螺纹环螺纹紧固密封配合；第二螺纹环设置有与第二密封环的活动端配合的第二环槽。
16.在一种可实施的方案中，还包括第三螺纹环，内壳用于与插管连接的一端与第三螺纹环螺纹紧固密封配合；第三螺纹环设置有与第三密封环的活动端配合的第三环槽。
17.在一种可实施的方案中，还包括第一螺纹环、第二螺纹环和第三螺纹环中的至少两个；插管的内圈部分的第一端与第二螺纹环螺纹紧固密封配合；第二螺纹环设置有与第二密封环的活动端配合的第二环槽；插管的内圈部分的第一端与第二螺纹环螺纹紧固密封配合；第二螺纹环设置有与第二密封环的活动端配合的第二环槽；内壳用于与插管连接的一端与第三螺纹环螺纹紧固密封配合；第三螺纹环设置有与第三密封环的活动端配合的第三环槽。
18.在一种可实施的方案中，还包括第一螺纹衬套、第二螺纹衬套和第三螺纹衬套；第一螺纹衬套与阀壳体的蒸汽流通方向的下游端部螺纹紧固密封配合，且第一螺纹衬套的本体与阀壳体的蒸汽流通方向的下游端部的端面形成出用于固定第一密封环的环形槽；第二螺纹衬套与阀扩压器的蒸汽流通方向的下游端部螺纹紧固密封配合，且第二螺纹衬套的本体与阀扩压器的蒸汽流通方向的下游端部的端面形成出用于固定第二密封环的环形槽；第三螺纹衬套与插管的内圈部分的第二端螺纹紧固密封配合，且第三螺纹衬套的本体与内圈部分的第二端的端面形成出用于固定第三密封环的环形槽。
19.根据本技术的第二方面，还提供了一种汽轮机，包括上述方案中的三层壳汽轮机进汽结构。
20.与现有技术相比，本技术的有益效果为：
21.本技术的技术方案中，通过第二密封腔与第一密封腔，实现逐级承接压差和温差
的功能，基本避免出现高压差和高温差的恶劣工况，降低机械应力和热应力，从而有效改善阀扩压器、内壳和外内壳的工作环境，降低产生结构失效的风险。
22.同时，内壳与阀扩压器之间借助插管的内圈部分形成结构耦联，由原本的一个密封环变为两个密封环，这样可以通过两处连接更好地承接内壳和阀扩压器的热位移，有效降低密封环处密封线的失效风险。
23.相比原有的密封环之间都是独立存在的结构，本技术借助一个插管将三个密封环联系起来，以协同作用的方式更好地承接各部件的热位移，可相对降低每个密封环所承受热位移的量，降低单个密封环的压力，由此降低密封环的密封线的失效风险。
24.第一密封腔的第一夹层腔和第二夹层腔两个夹层腔通过贯穿孔实现蒸汽沟通，形成第一密封腔内部的压力自调节，使内壳和阀扩压器的热位移先通过第一密封腔进行内部自调整和自缓冲，之后再传递给阀壳体和外壳，对整个压差和温差的调节更平缓。并且第一密封腔自调节和自缓冲的结构形式，能够承受更大的蒸汽压力和温度，提高了阀扩压器、内壳、外内壳的压力和温度承载上限，可应用的蒸汽参数范围进一步扩充。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为根据本技术实施例示出的一种三层壳汽轮机进汽结构的示意图；
27.图2为根据本技术实施例示出的一种使用三个螺纹环的三层壳汽轮机进汽结构的示意图；
28.图3为根据本技术实施例示出的一种使用一个螺纹环的三层壳汽轮机进汽结构的示意图；
29.图4为根据本技术实施例示出的一种使用两个螺纹环的三层壳汽轮机进汽结构的示意图；
30.图5为根据本技术实施例示出的一种三层壳汽轮机进汽结构的插管结构示意图；
31.图6为根据本技术实施例示出的一种三层壳汽轮机进汽结构的密封环的结构示意图。
32.图中：11、阀壳体；12、阀扩压器；21、外壳；22、外内壳；23、内壳；231、第三环槽；30、插管；31、内圈部分；311、第二环槽；32、外圈部分；321、第一环槽；33、贯穿孔；41、第一密封环；42、第二密封环；43、第三密封环；401、活动端；402、固定端；51、第一密封腔；511、第一夹层腔；512、第二夹层腔；52、第二密封腔；61、第一螺纹环；62、第二螺纹环；63、第三螺纹环；71、第一螺纹衬套；72、第二螺纹衬套；73、第三螺纹衬套；100、进汽中心线；200、进汽方向。
具体实施方式
33.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.需要说明的是，图1至图4只是进汽结构截面图的上半部分示意图，进汽中心线100为进汽阀的中心轴线，进汽方向200指示高温高压蒸汽的流动方向。
36.根据本技术的第一方面，如图1、5和6所示，首先提供一种三层壳汽轮机进汽结构，包括进汽阀、三层壳和插管30。
37.其中，进汽阀包括阀壳体11和位于阀壳体11内侧的阀扩压器12。三层壳包括依次布置的外壳21、外内壳22和内壳23，外壳21与阀壳体11的外侧通过法兰结构密封连接。
38.插管30包括内圈部分31、外圈部分32和贯穿孔33。外圈部分32包括第一端和第二端，外圈部分32的第一端通过第一密封环41与阀壳体11密封连接，外圈部分32的第二端与外内壳22通过法兰结构密封连接。内圈部分31包括第一端和第二端，内圈部分31的第一端通过第二密封环42与阀扩压器12密封连接，内圈部分31的第二端通过第三密封环43与内壳23密封连接。插管30与阀壳体11、阀扩压器12共同围合出第一夹层腔511，插管30与外内壳22、内壳23共同围合出第二夹层腔512。贯穿孔33连通第一夹层腔511和第二夹层腔512。第一夹层腔511、贯穿孔33和第二夹层腔512构成第一密封腔51。阀壳体11、外壳21与插管30、外内壳22共同围合出第二密封腔52。
39.需要说明的是，上述第一密封环41、第二密封环42和第三密封环43都为角形密封环。
40.上述实施例的汽轮机的进汽结构在工作过程中，阀扩压器12、插管30和内壳23构成的通道中通过高温高压的蒸汽，给阀扩压器12的内外壁和内壳23的内外壁带来较大的压差和温差，为了缓解这种压差和温差，阀扩压器12外部依次设置第一密封腔51和第二密封腔52，第一密封腔51内的压力和温度与内部的蒸汽压力和温度相当，或者小于内部的蒸汽压力和温度，降低阀扩压器12内外壁之间的压差和温差，也降低内壳23的内外壁之间的压差和温差，进而降低高温差和高压差带来的高应力，从而改善阀扩压器12和内壳23的服役工况，降低结构失效的风险。
41.同时，第二密封腔52内的压力和温度与第一密封腔51内的蒸汽压力和温度相当，或者小于第一密封腔51内的蒸汽压力的温度，降低外内壳22承受的温差和压差，降低由此产生的高应力，改善外内壳22的服役工况，降低失效风险。
42.由上述可知，通过第二密封腔52与第一密封腔51，实现逐级承接压差和温差的功能，基本避免出现高压差和高温差的恶劣工况，降低机械应力和热应力，从而有效改善阀扩压器12、内壳23和外内壳22的工作环境，降低产生结构失效的风险。
43.同时，内壳23与阀扩压器12之间借助插管30的内圈部分31形成结构耦联，由原本的一个密封环变为两个密封环，这样可以更好地承接内壳23和阀扩压器12热变形产生的热位移，有效降低密封环处整圈密封线的失效风险。
44.相比原有的密封环之间都是独立存在的结构，本技术借助一个插管30将三个密封环联系起来，以协同作用的方式更好地承接各部件的热位移，可相对降低每个密封环所承
受热位移的量，降低单个密封环的压力，由此降低密封环的整圈密封线的失效风险。
45.进一步地，第一密封腔51进一步优化为通过贯穿孔33连通的第一夹层腔511和第二夹层腔512。当内壳23产生沿其圆周方向的轻微膨胀，会使第二夹层腔512的腔体体积略微减小，第一密封腔51为了保持内部压力的平衡，第二夹层腔512内的少量蒸汽会经过贯穿孔33进入第一夹层腔511，但是由于第一密封腔51的总压力和温度是基本不变的，内壳23受到内部蒸汽的压力会迅速被第二夹层腔512内的压力所承接。当阀扩压器12外壁处第一夹层腔511受阀扩压器12的热位移影响，第一夹层腔511的腔体体积略微减小，第一密封腔51为了保持内部压力的平衡，第一夹层腔511内的少量蒸汽会经过贯穿孔33进入第二夹层腔512，但是由于第一密封腔51的总压力和温度是基本不变的，阀扩压器12受到内部蒸汽的压力会迅速被第一夹层腔511内的压力所承接。由此可知，第一密封腔51的第一夹层腔511和第二夹层腔512两个夹层腔通过贯穿孔33实现蒸汽沟通，形成第一密封腔51内部的压力自调节，使内壳23和阀扩压器12热位移先通过第一密封腔51进行内部自调整和自缓冲，之后再传递给阀壳体11和外壳21，对整个压差和温差的调节更平缓，并且第一密封腔51自调节和自缓冲的功能，能够承受更大的蒸汽压力和温度，提高了阀扩压器12、内壳23等的压力承载上限。
46.需要说明的是，阀壳体11与外壳21的法兰结构连接，以及插管30与外内壳22的法兰结构连接为常见结构的使用，附图中已省略，仅通过一条中心线对法兰结构的位置进行示意。
47.需要说明的是，阀扩压器12的内壁、插管30的内壁和内壳23的内壁的高度一致，型线平滑过渡，基本不存在阻挡蒸汽流通的凸起和棱角，以尽可能的降低紊流的产生。
48.在一种实施方案中，如图1所示，阀扩压器12、插管30及内壳23的内侧形成的通道中通过的蒸汽压力为p0，第一密封腔51和第二密封腔52内通入蒸汽，第一密封腔51内的蒸汽压力为p1，第二密封腔52内的蒸汽压力为p2，p0、p1和p2满足p0＞p1＞p2，这种逐级递减的压力，优化了阀扩压器12、内壳23和外内壳22的机械应力和热应力载荷，降低了阀扩压器12在启动、停机及变负荷运行阶段产生过大的应力而引起结构失效或疲劳破坏的风险。同时，p0＞p1＞p2的压力特点，使阀扩压器12、内壳23和外内壳22都承受一定可控范围内的压差，使这些部件具有一定的向外膨胀的趋势，从而使密封环的连接处更为紧密，使建立起的整圈密封线保持良好的密封效果。
49.在一种实施方案中，当p0为28mpa，温度为600℃，第一密封腔51内的蒸汽压力为p1为15mpa，温度为480℃，第二密封腔52内的蒸汽压力为p2为5.5mpaa，温度为400℃时，本实施例的结构仍能维持较好的稳定性，并没有因为产生过大的机械应力和热应力，可降低产生结构和密封失效的可能。背景技术中提及的专利文献的方案中，内部蒸汽压力即p0运行压力较低，可使用范围有限，在增大p0时，结构的各向膨胀和热位移会有较大幅度的上升，结构及整圈密封线失效的风险加大。
50.在一种实施方案中，多个贯穿孔33沿插管30的内圈部分31和外圈部分32之间圆周均匀或均匀分布，优选圆周均匀分布以尽可能使第一夹层腔511和第二夹层腔512之间的蒸汽流通更为平缓。
51.在一种实施方案中，如图1和图6所示，第一密封环41、第二密封环42和第三密封环43都包括活动端401和固定端402；插管30的外圈部分32第一端的端面设置有第一环槽321，
插管30的内圈部分31第一端的端面设置有第二环槽311，内壳23用于与插管30连接的端面设置有第三环槽231；第一密封环41的固定端402与阀壳体11密封连接，第一密封环41的活动端401插入第一环槽321，第一密封环41的活动端401与第一环槽321滑动密封；第二密封环42的固定端402与阀扩压器12密封连接，第二密封环42的活动端401插入第二环槽311，第二密封环42的活动端401与第二环槽311滑动密封；第三密封环43的固定端402与插管30的内圈部分31的第二端密封连接，第三密封环43的活动端401插入第三环槽231，第三密封环43的活动端401与第三环槽231滑动密封。
52.在上述的方案中，第一、第二和第三密封环的活动端401在环槽内的滑动密封，是为了承接阀扩压器12、内壳23、外内壳22等部件沿蒸汽流动方向的热位移，为热位移引起的位移变化提供缓冲且能保证较好的密封效果。
53.对于与密封环的活动端401配合的环槽位置，因为要承受滑动摩擦，要增加密封处的耐磨性，还要保证滑动密封，因此环槽所在的区域需要做特殊的工艺处理，如堆焊或者喷涂以及后续热处理等，但是这种处理一般需要对整个部件进行相关的工艺操作，严重增加了处理时间。同时，若堆焊出现较大区域的缺陷，可能会引起整个部件的报废。因此，为了解决此问题，发明人进一步提出以下方案。
54.在一种实施方案中，如图2所示，还包括第一螺纹环61，插管30的外圈部分32的第一端与第一螺纹环61螺纹密封配合；第一螺纹环61设置有与第一密封环41的活动端401配合的第一环槽321。
55.在一种实施方案中，如图2所示，还包括第二螺纹环62，插管30的内圈部分31的第一端与第二螺纹环62螺纹密封配合；第二螺纹环62设置有与第二密封环42的活动端401配合的第二环槽311。
56.在一种实施方案中，如图2所示，还包括第三螺纹环63，内壳23用于与插管30连接的一端与第三螺纹环63螺纹密封配合；第三螺纹环63设置有与第三密封环43的活动端401配合的第三环槽231。
57.上述第一螺纹环61、第二螺纹环62和第三螺纹环63的结构设计，可以只使用其中任意一个，例如图3所示；可以三个都使用，例如图2所示；也可以使用其中任意两个组合，例如图4所示。图2、图3及图4仅是对螺纹环布置位置的示意，并不仅仅局限于本实施例图2～图4示意的方案。
58.对于不使用螺纹环的部件，其用于与密封环的活动端401配合的环槽，可以直接开设在对应的部件上。
59.对于环槽的堆焊、喷涂和后热处理等工艺，可以只在第一螺纹环61、第二螺纹环62和第三螺纹环63上进行，将原本对部件的损伤风险，转移到螺纹环上，并且螺纹环的结构体积要远小于内壳23等结构的体积，进行相关的堆焊、喷涂等处理更为方便。除此之外，第一螺纹环61、第二螺纹环62和第三螺纹环63的结构如果损伤失效，其更换成本也相对较低。
60.在一种实施方案中，由于阀扩压器12、插管30及内壳23内部的蒸汽压力和温度较高，工况更为恶劣，热位移的幅度较大，密封环的活动端401与环槽的滑动摩擦相对会更为频繁，环槽位置的密封产生失效的可能性加大。为了方便后期的维护，因此优选采用图4中的方案，即使用第二螺纹环62和第三螺纹环63，这样在第二环槽311和第三环槽231出现损坏时，直接更换第二螺纹环62和第三螺纹环63即可。
61.如果为了进一步降低结构的装配复杂度，如图3所示，插管30由于堆焊、喷涂和热处理较为方便，可以只在内壳23与第三密封环43的配合处使用第三螺纹环63。
62.在一种实施方案中，如果不考虑装配复杂度，如图2所示，可以同时使用第一螺纹环61、第二螺纹环62和第三螺纹环63。
63.如图1至图4所示，还包括第一螺纹衬套71、第二螺纹衬套72和第三螺纹衬套73。第一螺纹衬套71与阀壳体11的蒸汽流通方向的下游端部螺纹密封配合，且第一螺纹衬套71的本体与阀壳体11的蒸汽流通方向的下游端部的端面形成出用于固定第一密封环41的环形槽。第二螺纹衬套72与阀扩压器12的蒸汽流通方向的下游端部螺纹密封配合，且第二螺纹衬套72的本体与阀扩压器12的蒸汽流通方向的下游端部的端面形成出用于固定第二密封环42的环形槽。第三螺纹衬套73与插管30的内圈部分31的第二端螺纹紧固密封配合，且第三螺纹衬套73的本体与内圈部分31的第二端的端面形成出用于固定第三密封环43的环形槽。第一螺纹衬套71、第二螺纹衬套72和第三螺纹衬套73与对应的端面形成的环形槽一方面便于固定密封环的固定端，另一方面用以平衡外内壳22、阀扩压器12、内壳23和阀壳体11之间垂直于蒸汽流动方向的相对热位移。
64.上述第一至第三密封环在各密封腔室的压差和热应力的综合作用下，并借助自身结构的可变形、可复位性，以适配阀壳体11、插管30、阀扩压器12、外内壳22以及内壳23各向膨胀和热位移，确保运行期间可始终维持整圈的密封面。
65.在一种实施方案中，在外壳21与阀壳体11的法兰结构连接处和外内壳22与插管30的法兰结构连接处，都可以设置有密封圈，以确保结合面的密封性能。
66.此外，在第一螺纹衬套71与阀壳体11的连接处、第二螺纹衬套72与阀扩压器12的连接处和第三螺纹衬套73与插管30的连接处，都可以设置有密封圈，以确保结合面的密封性能。
67.进一步，在第一螺纹环61与插管30的连接处、第二螺纹环62与插管30的连接处和第三螺纹环63与内壳23的连接处，都可以设置有密封圈，以确保结合面的密封性能。
68.根据本技术的第二方面，还提供了一种汽轮机，包括上述方案中的三层壳汽轮机进汽结构。
69.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。