[發明專利]蒸汽渦輪發電設備的冷卻方法及裝置

有效

• 申請號: 200980157134.1
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN102325964A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 石黑淳一;藤川立誠;田中良典;杼谷直人;西本慎
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F01D25/12
• 分類號: F01D25/12;F01D5/08;F01D25/24;F01K7/32
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 岳雪蘭

技術領域

本發明涉及一種蒸汽渦輪發電設備的冷卻方法及裝置，在具有將多個渦輪部收容在一個殼體內，并利用平衡密封部對該多個渦輪部之間進行分隔的對流殼體一體式蒸汽渦輪的蒸汽渦輪發電設備中，提高配置在該平衡密封部以及該平衡密封部的內側的轉子軸的冷卻效果。

背景技術

近年來，節省能源和保護環境(減少Co₂排放)的必要性正在得到呼吁，在蒸汽渦輪發電機中，也正在要求大容量化和提高熱效率。熱效率的提高是通過提高工作蒸汽的溫度和壓力進行的。并且，在渦輪轉子中，渦輪轉子的旋轉會產生高的應力。因此，渦輪轉子需要耐高溫、耐高應力，在工作蒸汽的高溫化趨勢中，渦輪轉子的冷卻技術成為重要課題。

另一方面，隨著蒸汽渦輪發電機的大容量化趨勢，正在從單殼體式的蒸汽渦輪過渡到串聯混合式(タンデムコンパウンド)的蒸汽渦輪發電機，該串聯緊湊式的蒸汽渦輪發電機將高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪等收容在不同殼體內，并在同一軸線上連結上述各級渦輪以及發電機的各軸。

在這種形式的發電機中，在鍋爐設置一級以上的再熱器，并利用再熱器對從各級的蒸汽渦輪排出的排氣蒸汽進行再加熱，將其作為再熱蒸汽供給到低壓側的蒸汽渦輪。并且，通過將多級的蒸汽渦輪的轉子軸和發電機的軸連結在一軸上，確保相對于轉子軸系擺動的穩定性。

相反地，在串聯緊湊式的蒸汽渦輪發電機中，也采用如下結構，即，為了減少殼體數量，縮短整個轉子軸的長度并使整個發電機緊湊化，而將工作蒸汽壓力不同的多個蒸汽渦輪收容在一個殼體內。在該結構中，例如，將高壓渦輪和中壓渦輪收容在一個殼體內，并使平衡密封部介于它們之間，夾持該平衡密封部地設置向各個渦輪部供給工作蒸汽的蒸汽導入部，在殼體內設置有使各工作蒸汽作為對流(流動方向左右對稱)而在各葉柵中流動的高中壓對流殼體一體式的蒸汽渦輪。

圖12表示該結構的蒸汽渦輪發電機的一例。圖12表示普通蒸汽渦輪發電機，其具有兩級再熱方式的、高中壓對流殼體一體式的蒸汽渦輪。下面，為了方便，有時將超高壓簡稱為“VHP”、高壓簡稱為“HP”、高中壓簡稱為“HIP”、低壓簡稱為“LP”。

在圖12中，在鍋爐2中設置過熱器21，通過該過熱器21生成的蒸汽導入并驅動VHP渦輪1。VHP渦輪1的排氣蒸汽被設置在鍋爐2內的第一再熱器22再加熱，成為HP蒸汽。HP蒸汽作為工作蒸汽導入高中壓對流、殼體一體式的HIP渦輪3的HP渦輪部31，并驅動HIP渦輪3的HP渦輪部31。

HP渦輪部31的排氣蒸汽被設置在鍋爐2內的第二再熱器23再加熱，成為IP蒸汽。IP蒸汽導入并驅動HIP渦輪3的IP渦輪部32。IP渦輪部32的排氣蒸汽通過跨越管321，導入并驅動LP渦輪4。LP渦輪4的排氣蒸汽在冷凝器5凝結，被鍋爐供水泵6加壓，并返回鍋爐2，在鍋爐2的過熱器21中被再次加熱，從而成為VHP蒸汽，在VHP渦輪1中循環。

特許文獻1公開了一種具有兩級再熱器的鍋爐的串聯緊湊式的蒸汽渦輪發電機，將超高壓渦輪和高壓渦輪、或者高壓渦輪和中壓渦輪收容在一個殼體內，作為對流殼體一體式蒸汽渦輪。

在單殼體式蒸汽渦輪或高中壓對流殼體一體式蒸汽渦輪等中，沒有進行工作且溫度維持在高溫的蒸汽會流入的平衡密封部與轉子軸之間的間隙，該平衡密封部對高壓渦輪部與低壓渦輪部進行分隔。由此，該平衡密封部和轉子軸會暴露在高溫環境中。因此，在現有技術中提出了冷卻該部分的冷卻機構。

例如，在特許文獻2的圖2～5和特許文獻3的圖2中公開的單殼體式蒸汽渦輪中，使供給到高壓渦輪部并通過初級靜葉片的初級靜葉片出口的蒸汽通過平衡密封部與轉子軸之間的間隙，流入中壓渦輪部的入口部，從而對平衡密封部和轉子軸的高溫區域進行冷卻。下面，利用圖13對該冷卻機構進行說明。

圖13是表示圖12所示的蒸汽渦輪發電機的HIP渦輪3的工作蒸汽供給部附近的截面圖。在圖13中，在HIP渦輪3中，在HP蒸汽和IP蒸汽的導入部附近，在渦輪轉子7的外周側形成有HP渦輪葉柵部71、HP平衡部72、IP平衡部73以及IP渦輪葉柵部74。在HP渦輪葉柵部71以規定間隔形成HP動葉片部71a，在該HP動葉片部71a之間配置有HP葉片環8的HP靜葉片部8a。并且，在HP渦輪葉柵部71的最上游部配置有HP初級靜葉片8a1。