[發明專利]一種中部進汽雙向流動結構的汽輪機轉子冷卻系統

有效

• 申請號: 201110436426.8
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN103174464A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 王勝利;徐克鵬;張建英
• 申請（專利權）人: 北京全四維動力科技有限公司
• 主分類號: F01D5/08
• 分類號: F01D5/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及汽輪機技術領域，是一種中部進汽雙向流動結構的汽輪機轉子冷卻系統。

背景技術

現代大功率汽輪機經常采用汽缸中部進汽雙向流動結構。由于直接來自鍋爐的蒸汽溫度很高，亞臨界機組中可達538℃，在超臨界機組中和超超臨界機組中，進汽溫度可高達566℃甚至600℃。汽輪機轉子材料長期處于如此高溫環境下容易發生蠕變、持久及屈服強度下降，而且隨著溫度升高下降幅度急劇增大，轉子使用壽命大幅降低，對汽輪機的長期安全運行不利。因此設計時需要采取冷卻系統降低進汽段轉子的溫度。

目前常用的技術是在進汽段引入一股來自其他途徑的低溫冷卻汽體9，低溫冷卻汽體9的流動方向如圖1所示，該低溫冷卻汽體9可以使中壓轉子6表面溫度降低，使中壓轉子6材料的強度等級大幅度提高，以提高中壓轉子6的使用壽命，提高安全性。

上述常用技術的不足之處在于：

1)需要增加額外的管道來引入其他途徑的低溫冷卻汽體9；

2)引入的低溫蒸汽量在運行中難以準確控制；

3)所引入的低溫冷卻汽體9必須來自更高壓力段節流得到，浪費了一定的做功能力；

4)在工況變化時引入蒸汽的溫度難以控制；

5)用低溫冷卻汽體9來冷卻中壓轉子6，還要考慮到轉子內部溫度應力的影響，引入的低溫冷卻汽體9溫度太低，使中壓轉子6溫差太大，會導致轉子內部熱應力太大，往往難以找到溫度合適的汽源。在實際運行中中壓轉子6發生彎曲的情況時有發生。

發明內容

本發明的目的是公開一種中部進汽雙向流動結構的汽輪機轉子冷卻系統，是用于大功率汽輪機中部進汽雙向流動結構的進汽段轉子冷卻系統，不引入外來汽源，無需運行控制，既能冷卻轉子，又不引起太大的溫差，由此提高轉子的強度和壽命。同時，大幅度簡化冷卻系統結構，消除引入外部冷卻蒸汽帶來的結構復雜、流量和溫度不可控、浪費做功能力以及克服了大溫差導致轉子彎曲和汽缸變形等弊端。

為達到上述目的，本發明采取的技術措施是：

一種中部進汽雙向流動結構的汽輪機轉子冷卻系統，包括中壓外缸1、中壓內缸2、分流環3、中壓轉子6、正向噴嘴7、反向噴嘴8、夾層12；其中：

正向噴嘴7和反向噴嘴8為非對稱設計，即正向噴嘴7的通流面積與反向噴嘴8的通流面積不同。

所述的汽輪機轉子冷卻系統，其所述通流面積由下式確定：A＝лdLsinα_1j

其中：A—通流面積；d—節圓直徑；L—噴嘴高度；α_1j---噴嘴出氣角；

其通流面積的非對稱性，包括下列方式：

a)由兩側噴嘴葉片型線的不一致產生，即出氣角α_1j不同；

b)由兩側噴嘴葉高L不一致產生；或

c)由兩側噴嘴型線和葉高均不一致產生，即出氣角α_1j和L均不同而產生。

所述的汽輪機轉子冷卻系統，其工作流程為：

(a)來自鍋爐的高溫蒸汽從汽缸中部進入，經第一級正向噴嘴7、反向噴嘴8后，蒸汽膨脹，焓值降低，溫度降低；

(b)由于第一級正向噴嘴7與反向噴嘴8為非對稱設計，使兩側焓降、壓降不同，正向噴嘴7后壓力比反向噴嘴8后壓力稍高，或反向噴嘴8后壓力比正向噴嘴7后壓力稍高，汽流由高壓力區流向低壓力區；

(c)通過噴嘴后降溫的低溫蒸汽11沿著分流環3與中壓轉子6之間的夾層12從壓力高的一側向壓力低的一側流動，將分流環3與中壓轉子6隔開，一方面低溫蒸汽11隔開由分流環3傳導和輻射來的高溫蒸汽的熱量，另一方面帶走中壓轉子6旋轉鼓風產生的熱量。

所述的汽輪機轉子冷卻系統，其所述正向噴嘴7后壓力比反向噴嘴8后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa；或反向噴嘴8后壓力比正向噴嘴7后壓力稍高，為高0.01-0.03MPa。

本發明的優點是：

1)取消汽缸進汽段引入低溫冷卻蒸汽的低溫蒸汽進汽管4，從而取消了來自更高壓力段的冷卻蒸汽以及由此帶來的外部引汽管路及附屬閥門等，簡化了汽輪機的汽水管路系統，提高了可靠性。

2)取消進汽分流環3上通過低溫蒸汽的鉆孔13以及轉子密封圈5，使結構簡化。