一种基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机的制作方法

1.本技术涉及汽轮机领域，尤其是涉及一种基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机。


背景技术：

2.大型炼油装置在对石油进行裂解、分馏等工艺流程中会产生大量的热水，若将这些热水闪蒸成负压蒸汽，再将这些负压蒸汽通入汽轮机中，即可将负压蒸汽中所蕴含的热能转换成机械能，如此能够对能源进行二次利用，并且降低对环境的影响。
3.现有的汽轮机的进汽压力均被设置为高于大气压，并且汽轮机与冷凝器为分层布置。此时汽轮机产生的乏汽经水平轴向排出后，再垂直向下进入冷凝器，该乏气克服换向的流动阻力会造成能量损失，该能量损失通常在10kj/kg之内，对于正常进汽参数即进汽压力高于大气压的汽轮机，10kj/kg的能量损失在可接受范围之内；但对于从进汽到排汽其绝热焓降仅为225.7kj/kg的负压进汽的汽轮机而言，排缸损失10kj/kg显然是不能接受的。此外，当汽轮机采用负压进汽时，该汽轮机的进排汽压差极小，最大只有40kpa，若采用现有汽轮机的速关阀和进汽调节阀调节进汽压力，压损相对量大，调节性能差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机，以解决现有的汽轮机不适用于负压进汽的问题。
5.根据上述目的，本实用新型提供一种基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机，其中，所述基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机包括：
6.进汽缸，所述进汽缸形成有进汽口以导入负压蒸汽；
7.排汽缸，所述排汽缸与所述进汽缸连通以形成连通端，所述排汽缸形成有排汽口以用于连接冷凝器，所述排汽缸的排汽口与所述冷凝器的进汽口通过水平设置的接管连通；以及
8.做功组件，设置于所述进汽缸和所述排汽缸连通的空间内。
9.优选地，所述进汽缸的进汽口朝向所述连通端形成有进汽通道；所述连通端朝向所述排汽缸的排汽口形成有排汽通道，所述排汽通道水平设置。
10.优选地，所述进汽缸的进汽口连接有进汽法兰，所述进汽法兰的中心与所述进汽口的中心重合；所述排汽缸的排汽口连接有排汽法兰，所述排汽法兰的中心与所述排汽口的中心重合。
11.优选地，所述进汽缸和所述排汽缸均为焊接形成的一体式结构。
12.优选地，所述排汽口连接有多个调节阀，每个所述调节阀均能够被独立控制。
13.优选地，所述做功组件包括转子，所述转子形成有伸出所述进汽缸的驱动端，所述驱动端设置有前轴承；所述转子靠近所述排汽缸的一端设置有后轴承；所述前轴承为径向推力一体式轴承。
14.优选地，所述转子上设置有密封部，所述密封部包括前汽封和后汽封；所述前汽封位于所述转子与所述进汽缸连接的位置处，所述后汽封位于所述连通端。
15.优选地，所述进汽缸内还设置有导叶持环和叶片组，所述叶片组包括多个与所述导叶持环连接的静叶片以及多个沿所述转子的周向分布的动叶片。
16.优选地，所述转子为整锻式转子。
17.优选地，所述转子的驱动端连接有盘车装置。
18.根据本实用新型的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机，负压蒸汽由进汽缸的进汽口导入主体，而后通过彼此连通的进汽缸和排汽缸流动至排汽口处，进而再被水平设置的接管导入冷凝器中冷凝回收，如此将排汽缸与冷凝器同层布置，有效避免了负压蒸汽因克服换向的流动阻力而产生能量损失，并且通过做功组件能够将负压蒸汽中的热能转为机械能，即本实用新型汽轮机适用于闪蒸后的负压蒸汽。
19.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
20.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。
21.图1是根据本实用新型的实施例的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机的剖视图；
22.图2是根据本实用新型的实施例的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机的局部示意图。
23.图标：1-主体；2-进汽缸；20-进汽口；21-进汽法兰；22-疏水口；23-第一接口；3-排汽缸；30-排汽口；31-排汽法兰；32-第二接口；4-转子；50-前汽封；51-后汽封；60-前轴承；61-后轴承；62-轴承座；7-盘车装置；80-导叶持环；81-动叶片；82-静叶片；9-支撑柱。
具体实施方式
24.提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
25.这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。
26.在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
27.如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
28.尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
29.为了易于描述，在这里可使用诸如“在
……
之上”、“上部”、“在
……
之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在
……
之上”根据装置的空间方位而包括“在
……
之上”和“在
……
之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。
30.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
31.由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。
32.这里所描述的示例的特征可按照在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本技术的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。
33.如图1至图2所示，本实施例的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机可以包括彼此连接的进汽缸2、排汽缸3等构件。在下文中，将详细描述根据本实用新型的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机的上述组件的具体结构。
34.如图1至图2所示，在本实施例中，进汽缸2和排汽缸3彼此连接以形成汽轮机的主体1，该主体1形成为类圆筒状结构，但其大小即进汽缸2和排汽缸3的大小并没有具体限制，应根据实际情况例如汽轮机的排量等而定。
35.在本实施例中，如图1至图2所示，进汽缸2被设置为l型即该进汽缸2形成有l型的进汽通道，其竖直部用于进汽，其水平部用于与排汽缸3连通。具体地，其竖直部的顶端形成有进汽口20，且在该进汽口20处设置有进汽法兰21，通过进汽法兰21能够将闪蒸罐中的负压蒸汽经进汽接管后，由进汽口20导入进汽缸2。该进汽法兰21的形状与进汽口20适配，且该进汽法兰21的中心与进汽口20的中心重合，如此能够进一步保证进汽接管连接的稳定性；但进汽法兰21的面积大小则应根据实际情况例如进口容积流量以及进口流速等共同决
定，例如当进口容积流量较大或进口流速较小时，进汽法兰21的面积也应该设置得稍大。此外，在进汽缸2的水平部的背离进汽口20的一侧设置有疏水口22，以便于启动阶段汽缸内部凝结水流出。
36.需要说明的是，为了避免对负压蒸汽自身的能量造成不必要的损耗，不能将进汽口20设置在进汽缸2的底部；而由于负压蒸汽的容积流量过大，若在进汽缸2的侧部开设较大的进汽口20即其进汽方式为切向进汽，不便于其他构件在主体1上的安装，因此将进汽口20设置在进汽缸2的顶端，即使得负压蒸汽由上至下通入汽缸内部是最优选择。该进汽口20的大小需根据实际进汽量的大小而定，而实际进汽量的大小则由闪蒸压力的大小以及闪蒸罐高压饱和水的输入量共同决定。
37.此外，在进汽缸2的水平部上远离竖直部的一端形成有用于将负压蒸汽导入排汽缸3的第一接口23，该第一接口23通过法兰与排汽缸3连接，从而实现进汽缸2与排汽缸3的连通。而第一接口23的形状、大小等没有具体限制，只要能够保证汽轮机能量转换的效率即可。此外，第一接口23所在位置处的法兰的大小以及形状等只要能够将进汽缸2与排汽缸3稳定连通，以形成从闪蒸罐至下述冷凝器的完整通路即可。
38.在本实施例中，如图1所示，排汽缸3为水平设置的圆筒形结构，并且其形成有水平的排汽通道。该排汽缸3的一端形成有与上述第一接口23相对应的第二接口32即该端为连接端；而在排汽缸3上与连接端相对的一端上形成有排汽口30，其用于连接冷凝器以便将排出的负压蒸汽冷凝。在本实施例中，冷凝器的进汽口与排汽口30通过排汽法兰31和水平设置的接管连通，且该排汽法兰31的中心与排汽缸3的排汽口30的中心重合，从而避免不必要的能量损耗。需要说明的是，在排汽法兰31的中心与排汽口30的中心重合的情况下，排汽法兰31的形状、大小等只要与排汽口30相适配，以便于负压蒸汽的导出即可。
39.此外，汽轮机的排汽口30连接有多个调节阀，该调节阀可以设置在冷凝器的进汽口，也可以设置在用于将排汽口30与冷凝器的进汽口连接的接管上。该调节阀通过控制冷凝器真空度来控制汽轮机排汽口30处的排汽压力，以实现对汽轮机下述转子4的转速的控制。具体地，当调节阀开度降低时，排汽口30处的压力降低，蒸汽在汽轮机内部的流动阻力减小，从而进汽缸2的进汽口20处的压力降低，进而导致由例如闪蒸罐产生的负压蒸汽进入汽轮机的阻力减小，即更多的负压蒸汽能够进入汽轮机，进而使得汽轮机的做功增加；当调节阀开度增大时，排汽口30处的压力升高，从而进汽缸2的进汽口20处的压力升高，使得负压蒸汽进入进汽缸2内部的阻力增加，进汽量因此减小，进而使得汽轮机的做功减少。
40.而该调节阀能够具有上述功能，是基于负压进汽汽轮机的进汽量受背压即排汽压力影响非常大这一有别于现有压力汽轮机的特点。此外，通过该调节阀能够替代现有汽轮机中在进汽处设置的关断阀和控制阀，无需通过关断阀和控制阀控制进汽流量和通断，也就是说，闪蒸罐产生的负压蒸汽能够直接通入汽轮机中且负压蒸汽的流通全程无遮挡，如此利于汽轮机效率的提升。此外，基于上述功能，该调节阀的型号的适用性也更加广泛，例如通过极小口径的调节阀也能实现上述效果。
41.需要说明的是，在本实施例中，上述多个调节阀采用分程控制的控制方法，即在排汽口30的排汽压力范围内，将其分为若干个压力区间，在每个压力区间内仅由对应调节阀来单独调控，通过如此设置的调控方式能够精确地控制调阀的开启度，进而精确地控制转子4的扭矩即汽轮机的输出功率。而调节阀的数量以及每个调节阀的规格应根据实际情况
例如排汽压力、进汽汽量等共同决定。例如，可以在排汽口30设置dn50和dn80两个调节阀，并通过dcs控制装置来控制该调节阀的阀门开度。当进汽压力在11kpa～20kpa之间时，dcs控制装置控制dn50调节阀的开启度，从而调节排汽口30的排汽压力；当进汽压力在21kpa～40kpa之间时，dcs控制装置控制dn80调节阀的开启度，从而调节排汽口30的排汽压力。如此，通过如上多个设置在排汽口30位置处的调节阀来调节进汽压力进而调节汽轮机功率，有效降低了进汽的压力损耗，且调节灵活度更高。
42.此外，当通入汽轮机内部的蒸汽的压力值大于大气压时，为了保证汽轮机的工作效果，进汽缸2和排汽缸3均通过铸造的工艺制成，且为了保证汽缸的强度，会将进汽缸2和排汽缸3的壁厚设置的较大。但在本实施例中，由于蒸汽为负压蒸汽，上述进汽缸2和排汽缸3的内外壁之间的压差较小，也就是说，无需将其二者的壁厚设置得过大。因此，在本实施例中，将进汽缸2和排汽缸3均设置为焊接而成的一体式结构，从而在保证负压蒸汽热能够被充分转化的同时，也能够节省企业的生产制造成本，符合炼油装置余热利用的环保需求。
43.此外，在本实施例中，如图1至图2所示，做功组件被设置在上述进汽缸2和排汽缸3连通的空间内即主体1的内部。具体地，该做功组件包括水平设置在排汽通道中央的转子4，即转子4的轴线与排汽缸3的轴线重合。如此，将转子4以及排汽缸3同心而设，能够提高使负压蒸汽在转子4外侧均匀分布，进而保证负压蒸汽中能量的转化效率。该转子4的前端即靠近进汽缸2的一端从进汽缸2的竖直部伸出，并通过前轴承60固定；该转子4的后端延伸至排汽缸3的内部并通过后轴承61固定在排汽缸3的内壁上。如此设置，能够保证负压蒸汽在汽轮机内部的流通全程内均能够与转子4充分作用，进而保证负压蒸汽中能量的转化率。
44.需要说明的是，如图2所示，后轴承61的外壁均匀环绕设置有多个支撑柱9，即每个支撑柱9的两端分别与后轴承61的外壁以及排汽缸3的内壁连接，从而能够将后轴承61稳定地安装在排汽缸3的中心。需要进一步说明的是，支撑柱9可以是间隔相等地排列的，也可以是交错排列的，即上述其被均匀设置是指后轴承61的受力点均匀分布，以便为做功组件提供稳固的支撑力。此外，支撑柱9的大小、数量等均没有具体限制，只要能够保证汽轮机的顺利运转即可。
45.此外，上述前轴承60被设置为径向推力一体式轴承，从而使得前轴承60除了能够对转子4起到支撑的作用外，还能够同时承受由蒸汽产生的推力，以防止转子4在回转的过程中出现轴向窜动。此外，前轴承60和后轴承61与主体1的连接方式没有具体限制，例如其二者均可以通过轴承座62与主体1固定。此外，该转子4为整锻式转子4，其结构紧凑且强度、刚度高，从而避免了下述叶片组在高温下松动的问题。
46.此外，如图1至图2所示，由于本实施例中的蒸汽为负压蒸汽，为了保证进汽缸2以及排汽缸3的密封性以防止外部气体流入，在转子4上还设置有密封部，该密封部包括套设在转子4上的前汽封50和后汽封51。具体地，前汽封50被设置在转子4与所述进汽缸2连接的位置处，后汽封51被设置在排汽缸3与进汽缸2连通的一端，如此即可保证进汽缸2和排汽缸3内部蒸汽的压力的稳定性。
47.此外，在本实施例中，如图1所示，进汽缸2内还设置有导叶持环80，该导叶持环80和多级叶片组，每级叶片组分别包括多个沿所述转子4的周向分布的动叶片81和多个设置在导叶持环80上的静叶片82。负压蒸汽在静叶片82中发生膨胀，使得负压蒸汽温度和压力降低，进而使得负压蒸汽的流速增加，即负压蒸汽中的热能转变为气流的动能，而后由负压
蒸汽形成的高速气流在动叶片81中改变了速度大小以及运动方向，使得气流动能转换成转子4的机械能，如此实现了将负压蒸汽的热能转换为机械能。需要说明的是，叶片组中各个叶片的具体形状和尺寸等没有具体限制，只要能够保证其在旋转中具有较好的气动性能以及较强的抗拉抗弯扭特性即可，以满足上述动作的需要。此外，叶片组的级数也没有具体限制，其应根据实际情况例如负压蒸汽的压力或汽轮机转速而定。
48.此外，如图1所示，本实施例中的转子4的前端伸出进汽缸2的部分还连接有盘车装置7，该装置设置在轴承座62上进而与主体1连接，通过该装置能够在汽轮机启动前或停机后对转子4进行盘车，即使转子4在汽轮机启动前或停机后能够以较低的转速持续转动一定的时间，以判断汽轮机动静间是否存在摩擦，并判断润滑系统工作是否正常，进而保证汽轮机的使用安全。此外，该盘车装置7还能够防止转子4因受热不均匀而产生热弯曲变形的情况。
49.根据本实用新型的如上所述的基于闪蒸技术的负压进汽冷凝式汽轮机，通过将排汽通道与冷凝器水平轴向排列，减少了负压蒸汽因流动造成的能量损失，提高了排汽的余速利用率。此外，通过将进汽缸2和排汽缸3设置为焊接的一体式结构，节约了企业的制造成本和制造周期。
50.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。