专利名称：用于将过负荷蒸汽导入汽轮机中的控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种控制装置，用于将蒸汽输入一带有蒸汽主流路径的汽轮机中，其中设有一控制阀，用该控制阀可调节主流路径的汽流截面。本发明还涉及一种将过负荷蒸汽导入汽轮机中的方法，该汽轮机具有多个透平级。
具有部分进汽的汽轮机是这样来设计的汽轮机可瞬时地给出一超出其计算的设计功率的功率值。该提高的功率被用于用部分进汽来工作的汽轮机，如在Hans-Walter Roemer所著的“汽轮机结构与操作介绍”一书中第1、7.3和7.4节中所写的那样(“Dampfturbinen,Einfuehrung in Bau undBetrieb”Von Hans-Walter Roemer,Verlag W.Girardet,Essen,1972)。汽轮机的部分进汽将通过多个并联的、一个接一个相继打开的阀来实现，这样一第一透平导叶片系列，亦即调节级，则可用体积可控制的新汽流所充汽。这些阀用一共用的阀柱加以连接，通过阀柱的升程来相继控制阀门的打开。为达到在短时间内较高的功率，设置有一附加的、与阀柱相连接的过载阀。通过该过载阀，一部分新汽在旁路通过调节级条件下直接被导入位于下游的全部进汽的透平级。增加的蒸汽流通量将在较少的透平级中被处理，由此会产生效率的降低，即使这种降低在多数场合是很少的，但特别是通过增加了随后级的长度，也能实现效率的提高。
本发明的目的在于提供一种控制装置，用它来提供部分蒸汽流，尤其是为将过负荷蒸汽导入汽轮机中提供部分蒸汽流。本发明的另一目的是提供一种将过负荷蒸汽导入汽轮机中的方法。
这种针对一种控制装置的目的根据本发明是通过一种用于汽轮机蒸汽输入的控制装置来实现的，该控制装置具有一蒸汽的主流路径，该主流路径具有一汽流截面，该截面可由至少一调节阀来调节，通过该调节阀将一为蒸汽提供的辅流路径与该主流路径流体力学地连接起来。
由此可达到从主流路径流出的蒸汽被分支到辅流路径中。这样的优点是采用控制装置而无需附加的过载阀即可将出自汽轮机新汽流的蒸汽进行分支。调节阀由此能满足双重功能，即调节汽轮机的蒸汽量以及引入过载以提高透平机效率。
当调节阀同样完全开放整个汽流截面时，辅流路径也最好被完全打开。在一完全被打开的主流路径中，辅流路径因此也始终被新蒸汽全部充满，这样在这种情况下可达到一种持续的过载状态(功率提高)。这一点特别对节流调节的汽轮机来说是具有优点的。在这种情况下可进行将蒸汽过负荷导入容纳有装有叶片组的透平轴的汽轮机汽包中。
为在一节流调节的汽轮机中不引入过负荷而实现过负荷，既可以来提高新蒸汽压力，或者当不可能这样做时可在正常负荷情况下实行节流。一个5％的过负荷在此情况下要求同样有约5％的节流量。这种情况等于相对于一无节流的运行状况的汽轮机的热消耗率有约0.5％的恶化。
在完全打开主流路径的情况下，亦即在对透平叶片组实施完全充汽的情况下，通过一种能将过负荷蒸汽引入汽包中的控制装置可在过负荷情况下使热消耗相对于一种无过负荷作用的实施方案仅造成很小的恶化(约0.1％)，但在正常负荷情况下对于节流约5％的透平来说，这种恶化至少可被消除。
在部分进汽情况下，亦即在完全或至少部分受阻(被节流)的汽流截面情况下，辅流路经被完全关闭。由此可保证为引入过负荷而进行的蒸汽经辅流路径的分支仅在汽轮机过负荷工作时进行。
在该控制装置中，调节阀包括一阀活塞和一活塞壳体。该活塞壳体具有一从主流通道分支到阀活塞的进汽管以及一从阀活塞导至辅流路径的出汽管。该阀活塞本身有一辅助通道，通过该辅助通道将进行管同出汽管从流体技术上加以连接，在调节阀中因此也已组合进了一种过负荷可能性，这样一来不需另外安设一附加的过负荷阀。由此可免除附加的设计方向的费用，尤其是附加的管道和增加的空间等方面的费用。在完全打开调节阀时，则可在主流路径和辅流路径之间形成一经入汽管、辅助通道和出汽管的汽流连接。
在优选地沿一主轴延伸的阀活塞中，辅助通道被构造成一相对于主轴基本旋转对称的环形通道。当然该辅助通道也可以有其它构造形式，比如作为中心孔或作为在活塞壳体中可由活塞封闭的槽。
调节阀优选地为一扩压阀，尤其是一单座扩压阀。该阀在汽轮机的新蒸汽输入中可与一快速关闭阀相组合。阀活塞和连接其上的阀杆可由一整块料加工制成。在阀杆和阀活塞上的滑动面可比如采用等离子弧法用司太立硬质合全加以铠装。阀活塞可经一液压式单一驱动器加以调节。
该控制装置优选地被配量在一汽轮机上，尤其是配置在一节流调节的汽轮机上，该汽轮机具有多个透平级，这些透平级各自包括一动叶片系列和一导叶片系列，其中主流路径通向位于汽流方向上的第一透平级亦即所谓的调节级，而辅流路径则通向位于调节级下游的一透平级。因此，具有与流入调节级的新蒸汽基本相同的蒸汽状态的新蒸汽被辅流路径直接送入另一位于下游的透平级。在该透平级中，蒸汽的状态尤其是压力和温度因此被提高，这样可达到对动叶片更高的冲击作用并伴随有由此而造成的更高的透平功率。
控制装置优选地至少部分地与汽轮机透平壳体相浇铸在一起。为此还提供有调节阀，该调节阀可直接被浇铸在透平壳体上，另外还有辅流路径，该路径比如可被设计成被浇铸在透平壳体之上或之内的一过负荷管道。通过至少部分地将该控制装置组合进透平壳体中，则可为能采用较少的设计费用和更高的机械可靠性来引入过负荷提供一种设计上特别简单的装置结构形式。当然也可将调节阀用螺钉拧紧在透平壳体上并将过负荷管道用钻孔钻在透平壳体中、焊接或螺栓拧紧在该透平壳体上。
这种针对一用于将过负荷蒸汽导入汽轮机中的方法的任务根据本发明是如下地加以解决的在充分打开一调节阀时，通过该调节阀新蒸汽可被节流地经在汽流方向上的第一透平节亦即所谓的调节级的一主流路径被输入，此时辅流路径被打开，通过该路径从调节阀出来有一部分蒸汽流被分支并被输入到位于调节阀下游的一透平级中。调节阀因此具有一种双重功能，它一方面用于调节对调节级充汽的新蒸汽量，另一方面则可另外对一也位于下游的透平级进行充汽。这一另外的充汽优选地在充分打开调节阀时进行且因此可对汽轮机进行完全进汽。通过该另外的进汽，则在从属的透平级中实施过负荷蒸汽的导入，从而提高了在该透平级中的蒸汽状态，这样做导致在全负荷工作时提高汽轮机的功率，由此可进一步补偿因提高蒸汽吞吐量而出现的热消耗量亏空。
以下根据附图所示的实施例来进一步说明用于汽轮机蒸汽输入的控制装置以及用来导入过负荷蒸汽的方法。附图中
图1为一具有部分被浇铸入的控制装置的汽轮机的横截面图，图2为根据图1所得的放大了的一局部图，图3为汽轮机沿透平轴的一纵截面图。
图1、2和3为清楚起见是部分示意性的且是不合比例的。图中所用的相同附图标记分别具有相同意义。
图1示出一汽轮机11的一横截面图，汽轮机11具有一控制装置1，用于将蒸汽的过负荷导入位于一第一透平级亦即调节级18a下游的一透平级18轴中(见图3)。该控制装置1具有两个与透平壳体9相连接的、尤其是相浇铸成一体或用螺栓相拧紧的、相对而立的扩压调节阀4。每个调节阀4具有一沿主轴15对齐的阀活塞4a以及一至少部分包括该阀活塞4a的活塞壳体4b。阀活塞4a在阀壳体4b中可沿主轴15移动。通过每个调节阀4走过有一蒸汽的主流路径2，用于驱动一配置在透平壳体9中且沿一透平轴线20伸展的透平8(见图3)。在调节阀4中，主流路径2有一汽流截面12，该截面12可由阀活塞4a加以调节。阀活塞4a由图2可见具有一与主轴15基本成旋转对称的环形通道7。活塞壳体4b具有一从主流通道2导至阀活塞4a的进汽管道13。在与进汽管道13相对的一侧上活塞壳体4b具有一出汽管道14，它通向一辅流路径3。该辅流路径3包括一延伸在透平壳体9中的过负荷管道6，该过负荷管道6被铸在、打孔在透平壳体9中，或者被设计成管子并通向(见图3)配置在调节级18a下游的一透平级18。每一透平级18、18a各具有一导叶片系列17和一与之相邻的位于下游的动叶片系列16。
阀活塞4a经一图中未示出的调节驱动装置根据所需的汽轮机11的功率大小沿主轴15运动，这样汽流截面12则允许一相应流通量的新蒸汽19进入汽轮机11中，在充分打开汽流截面12时，阀活塞4a位于一位置上或可延主轴15运动到这样一个位置，此时进汽管道13经构造成环形通道的辅助通道7与出汽管道14在汽流上相连。由此使出自主流路径2的蒸汽19的部分汽流被导入辅流路径3，从而达到引入过负荷蒸汽。这样新蒸汽流19从调节阀4出来经过负荷管道6(见图3)被导入一另外位于下游的透平级18中。该新蒸汽19导致该透平级18以及另一位于下游的透平级进汽量的提高，并由此导致汽轮机11功率的提高。若汽流截面12被阀活塞4b全部或至少部分阻断，则主流路径2和辅流路径3之间的汽流联系被中断。
本发明的突出之处是具有一控制装置，在其中的用来调节流入汽轮机的新蒸汽量的一调节阀中，另外将部分蒸汽量从该新蒸汽流中分支并将过负荷导入配置在下游的一透平级。用较少的设计费用且采用特别紧凑的结构形式可在对汽轮机进行全部进汽的同时实现一种过负荷运行。控制装置的一部分，如调节阀和过负荷管道，可被铸在透平壳体中。通过这种过负荷的导入，可对在节流操作时会产生的热消耗亏空进行补偿。
权利要求
1．一种控制装置(1)，用于将蒸汽输入一汽轮机(11)，该汽轮机(11)具有一调节阀(4)和一蒸汽的主流路径(2)，该主流路径(2)具有一汽流截面(12)，该截面(12)可由调节阀(4)所调节，其特征在于设有一用于蒸汽的辅流路径(3)，该辅流路径(3)经调节阀(4)与主流路径(2)在汽流上相连接。
2．如权利要求1所述的控制装置(1)，其中，一旦调节阀(4)将汽流截面(12)全部放开，则辅流路径被全部打开。
3．如权利要求1或2所述的控制装置(1)，其中，当调节阀(4)将汽流截面(12)全部或至少部分地阻断时，辅流路径(3)被全部关闭。
4．如上述任一项权利要求所述的控制装置(1)，其中，所述调节阀(4)包括一阀活塞(4a)和一活塞壳体(4b)，其中活塞壳体(4b)具有一从主流路径(2)分支到阀活塞(4a)的进汽管道(13)以及一从阀活塞(4a)到辅流路径(3)的出汽管道(14)，且阀活塞(4a)具有一辅助通道(7)，通过该辅助通道(7)使进汽管道(13)与出汽管道(14)在汽流上相连接。
5．如权利要求4所述的控制装置(1)，其中，所述阀活塞(4a)沿一主轴(15)伸展且辅助通道(7)为一与主轴(15)基本成旋转对称的环形通道。
6．如上述任一项权利要求所述的控制装置(1)，其中，所述调节阀(5)为一扩压阀。
7．如上述任一项权利要求所述的特别是位于一节流调节的汽轮机上的控制装置(1)，它具有各自包括多个透平级(18,18a)的一动叶片系列(16)和一导叶片系列(17)，其中，所述主流路径(2)通向在汽流方向上的第一透平级(18a)而辅流路径(3)通向配置在第一透平级(18a)下游的一透平级(18)。
8．如上述任一项权利要求所述的控制装置(1)，它至少部分地被铸在、焊在或螺栓拧在汽轮机(11)的透平壳体(9)上。
9．如权利要求7或8所述的控制装置(1)，其中，所述辅流路径(3)具有一被铸在、钻孔在、螺栓拧紧在或焊接在透平壳体(9)上的过负荷管道(6)。
10．一种用于将过负荷蒸汽导入汽轮机(11)中的方法，该汽轮机(11)具有各自包括多个透平级(18,18a)的一动叶片系列(16)和一导叶片系列(17)，其中，在完全打开调节阀(5)时，新蒸汽经该阀(5)可节流地经一主流路径(2)被输入在汽流方向上的第一透平级(18a)，一辅流路径(3)被打开，经该辅流路径(3)从调节阀(5)分支出一部分汽流且被输入位于第一透平级(18a)下游的一透平级(18)。
全文摘要
本发明涉及一种控制装置(1),用于将蒸汽输入具有一用于蒸汽的主流路径(2)的汽轮机(11)。主流路径(2)具有一汽流截面(12),该汽流截面(12)可由至少一调节阀(4)调节。一辅流路径(3)经该调节阀(4)与主流路径(2)汽流相连接。本发明还涉及一种将过负荷蒸汽导入汽轮机(11)中的方法,用该法在一调节阀(4)中新蒸汽(19)的一部分蒸汽流被分支且被输入一位于调节级(18a)下游的透平级(18)中。
文档编号F01D17/00GK1221471SQ97195332
公开日1999年6月30日 申请日期1997年4月14日 优先权日1996年4月26日
发明者迪特马·伯格曼 申请人:西门子公司