抽汽背压真空供暖汽轮机以及运行模式

技术领域

本发明涉及汽轮机领域，具体涉及一种可以在不同模式下切换的汽轮机和运行模式。

背景技术

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的汽流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。

汽轮机有凝汽式、供热式、背压式、抽汽式和饱和蒸汽汽轮机等类型。

凝汽式汽轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力，因此具有良好的热力性能，是最为常用的一种汽轮机;供热式汽轮机既提供动力驱动发电机或其他机械，又提供生产或生活用热，具有较高的热能利用率;背压式汽轮机的排汽压力大于大气压力的汽轮机;抽汽式汽轮机是能从中间级抽出蒸汽供热的汽轮机;饱和蒸汽轮机是以饱和状态的蒸汽作为新蒸汽的汽轮机。

简单来说：

背压是指汽轮机尾部排汽汽体压力为正压（无负压或者抽真空）；

凝汽是指汽轮机尾部排汽汽体压力为负压（连接有抽负压装置，比如凝汽器）；

抽汽是指从汽轮机内部抽一部分（或者全部）汽体对外使用或者做功。若抽汽只是抽一部分，在汽轮机尾部根据排汽依然有两种形式：抽汽背压（抽背）和抽汽凝汽（抽凝）。

现有的电站汽轮机一般都采用晾水塔的形式进行冷却，造成热量的损失很大，无法满足冬、夏天不同工况的使用，比如：

冬天使用时，可以对周边用户进行供暖，热量利用率相对较好；

而夏天使用时，汽轮机还是需要整体运行，例如，抽汽汽轮机只能从最末端进行输出，造成大量的余热被浪费。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，本发明提供一种新的可以在不同模式下切换的汽轮机，并在此基础上提供一种新抽汽背压真空供暖汽轮机以及新的运行模式，能够在抽汽和背压、凝汽、供暖多种模式之间自由切换，大大提高了运转效率以及热利用率。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种抽汽背压真空供暖汽轮机，汽轮机汽缸内成级配合设有动叶轮以及与之配合的静隔板，沿高温高压汽体流通方向，在至少第一级静隔板动叶轮后方设有至少一套通孔——第一通孔组和第二通孔组；其中两组通孔分别位于优化静隔板位置处；

上述第一、第二通孔组分别位于汽轮机汽缸上；第一、第二通孔组通过抽汽调节阀对应连通，调节阀用于调整高温高压汽体经第一通孔组进入第二通孔组的汽体流量；

沿汽体流经方向，第一通孔组在调节阀前方；第一通孔组与抽气调节阀之间连接设有第一外输供汽管路。

优选的，位于两组通孔处的优化隔板为密封调节隔板，

隔板的中部设有供汽轮机转子穿过的轴心孔，密封调节隔板的前端面密封前方高压汽体，隔板的环形侧面上朝向轴心孔方向开设有环形槽，

环形槽的两侧形成与汽轮机汽缸凹槽配合的第一环边与第二环边，其中远离汽轮机进汽端为第二环边；在第二环边内侧开设有蒸汽通过的进汽通道；

两组环形通孔中，其中第一通孔组位于第一环边与前一级动叶轮之间、第二通孔组位于第一环边与第二环边之间；

沿径向方向、环形槽内间隔设有间喷嘴组隔筋，相邻两个间隔筋、第一环边、环形槽底部形成空腔，汽体沿第二通孔组进入、进入空腔经进汽通道排出进入下一级。

优选的，位于两组通孔处的优化隔板为节流隔板；节流隔板上设有用于部分封堵隔板通道的节流板，以降低通汽量；第一、第二通孔组分别位于节流隔板前后两侧。

优选的，汽轮机的尾部出口连接通过调节阀连接有热交换器，热交换器用于供热；与调节阀和热交换器并联有第二外输供汽管路。

优选的，汽轮机的尾部出口连接凝汽器。

优选的，汽轮机的尾部出口与连接凝汽器之间可拆卸式设有堵板；汽轮机尾部设有第二出口，第二出口连接有第二外输供热管路。

优选的，第二外输供热管路、热交换器上设有抽真空装置。

优选的，汽轮机尾部内侧设有一个密封隔板，汽轮机抽穿过密封隔板，密封隔板的外圈通过设置在汽轮机汽缸上的凹槽配合密封，在密封隔板上设有通孔，通过通孔汽体输出汽轮机。

一种上述汽轮机切换运行方式，

模式一：全供汽模式

汽轮机采用密封调节隔板，此时完全关闭抽汽调节阀，切断第一、第二通孔组之间的通路，打开第一外输供汽管路，高温高压汽体经汽轮机前段做功后，直接将高温高压汽用于工业用汽，不再流经汽轮机后部；

模式二：发电模式

汽轮机采用密封调节隔板或者节流隔板；

此时，完全关闭第一外输供汽管路，完全打开抽汽调节阀，打开第一、第二通孔组之间的通路，汽体流经整个汽轮机；

模式三：调节供汽模式

汽轮机采用密封调节隔板或者节流隔板；

根据配压需要，同时打开抽汽调节阀以及第一外输供汽管路，根据配压需要，通过调节阀调整供汽的压力，分配第一外输供汽管路流以及经汽轮机尾部的汽体流量。

运行方式中：在上述汽轮机模式二和模式三下，汽轮机尾部设有以下模式：

尾部模式一：仅连通凝汽器，凝汽器在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，同时在汽轮机排汽凝结的水作为锅炉给水，构成一个完整的循环；

尾部模式二：在尾部模式一基础上，在汽轮机出口位置设有堵板，同时在汽轮机尾部开设第二出口，与第二出口连接第二外输供汽管路，堵板与汽轮机出口封堵连接固定，凝汽器不用时封堵；此时，实现凝汽器单独使用和第二外输供汽管路单独使用的切换；

尾部模式三：在汽轮机尾部出口通过调节阀连通有热交换器，与热交换器并联设有第二外输供汽管路，热交换器以及第二外输供汽管路上各自设有节流阀，通过各自节流阀实现以下三种模式：

A、全供暖模式：冬季，关闭第二外输供汽管路，打开热交换器，热交换器可以在冬天的时候实现对居民区或者工业区的供暖，

B、全供汽模式：供暖期外，关闭热交换器，打开第二外输供汽管路，实现较低温度和较低压力的工业供汽需求；

C、混合模式：打开调节阀热交换器、第二外输供汽管路的调节阀，实现双通路，通路的大小根据温度压力的需要进行调节即可。

本发明提供的汽轮机创造性引入了改进的隔板并在汽轮机汽缸上开设有至少一套两组通孔（第一、第二通孔组），两组通孔之间通过母管或者直连抽汽调节阀连通，这样打开调节阀时，隔板前的高温高压汽体可以经第一通孔、调节阀、第二通孔、进汽管道进入汽轮机的后部；当关闭密封调节阀时，高温高压汽体可以直接进入第一外输供汽管路，便于实现有要求（高温高压）汽体的工业用汽需要。

本发明提供了一种全新的密封调节隔板，本密封调节隔板的朝向汽轮机入口的一端完全封闭，形成对高温高压汽体进行截流的基础。

设置的第一、第二环边与汽轮机汽缸内壁的环形槽配合，一方面实现密封，另一方面实现隔板的固定。

第二环边上的设置的进汽通道可以将绕经抽汽调节阀的高温高压汽体继续流经汽轮机的后部，继续做功。

同理节流隔板也是对部分汽体进行节流，从而用于对外供汽；设有的两组通汽组也能将汽体顺畅流通到下一级，消除隔板节流。

附图说明

图1为密封调节隔板结构下汽轮机结构示意图；

图2为密封调节隔板结构下汽轮机结构示意图；

图3为图2的AA视图；

图4为节流隔板结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为节流隔板结构下汽轮机结构示意图；

图7为设有密封隔板的汽轮机结构示意图；

图8为图7 的AA视图；

图9为二组通气孔组汽轮机结构示意图；

图10为带有抽汽母管结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

现有的汽轮机本身就设有配套的多级静隔板动叶轮组合，每级包括与汽轮机汽缸固定的静隔板以及转子固定的动叶轮，沿高压汽体流通方向，每级静隔板位于动叶轮位前，静隔板的外圈通过卡槽固定在汽轮机汽缸内部，静隔板的中部通过汽封与转子密封。

本发明的实质是在汽轮机的汽缸上开设了两组通孔——第一通孔组3和第二通孔组4，并通过抽汽调节阀5联通对应连通两组通孔。图1所示。沿汽体流经方向，第一通孔组在抽汽调节阀5前方；第一通孔组与抽气调节阀之间连接设有第一外输供汽管路7。

因汽轮机在运转过程中，高温高压蒸汽都是环形均匀流过，优选的，将第一通孔组3和第二通孔组4设置以汽轮机转子轴心为圆心的矩形阵列设置，以便形成稳定均匀的汽体流速；为便于连通，可以将第一通孔组3的每个抽汽母管连通，抽汽母管通过抽汽调节阀5连通第二通孔组4的通孔，抽汽调节阀5可以在母管41上设置一个，如图10所示，也可以在分支上各设有一个。

为便于加工，两组通孔可以沿汽缸的径向方向；但，为了保证汽体流动的顺畅性可以将两组通孔倾斜设置，各自朝向抽汽调节阀方向倾斜，以减弱汽体的直角拐弯流动阻力。

为了配合设置的两组通孔以及起到对汽体节流的作用，本发明同时对其中“某一级”静隔板进行了优化，沿高压蒸汽流通方向，优化隔板的后方依然配合设有一个与汽轮机转子固定的动叶轮。

因为高温高压的蒸汽汽体温度压力很高，工业和民用无法直接使用，因此需要先对汽轮机进行做功，做功后的相对温度压力较低的汽体才能被直接利用，因此，本实施例中的“某一级”不应该是第一级，具体为哪一级可以根据需要对汽体压力和温度的需要进行选择。

本实施例选择了在第四级，本实施方式采用了两种形式，一般情况下设有一套或者两套即可满足需要。

优化级隔板的位置应位于两组通孔位置处，即：两组通孔应该位于优化隔板的位置处，优化隔板的后方设有动叶轮2。

本发明提供了两种优化隔板：

一、密封调节隔板

密封调节隔板1，图2、3所示，本隔板为扁平（板）柱状结构，一般采用两个半圆装配形成整体结构，且隔板的中部设有供汽轮机转子穿过的轴心孔11，隔板的环形侧面上朝向轴心孔方向的开设有圆环槽12，环形槽12的两侧形成与汽轮机汽缸凹槽配合的第一环边13与第二环边14，其中远离汽轮机进汽端为第二环边14，第一环边13前侧形成密封面，在第二环边内侧开设有进汽通道15。

两组环形通孔中，其中第一通孔组3位于第一环边13与前一级动叶轮之间、第二通孔组4位于第一环边13与第二环边14之间；第一、二两组通孔分别通过抽汽调节阀5连通，用于调整高压蒸汽流量。

沿径向方向、环形槽内间隔设有间喷嘴组隔筋16，相邻两个间隔筋、第一环边、环形槽底部形成四面封闭空腔，这样汽体沿第二通孔组进入、从进汽通道排出进入下一级。在第二环边内设有喷汽嘴（未画出，采用现有设计即可），喷汽嘴在进汽通道内均匀设置。

因为汽轮机转动时，形成圆形的通道，因此将进汽通道15以隔板的中心为圆心环形阵列间隔分布，以便于汽体流经以及形成稳定、均匀的流速和压力，为便于加工，进汽通道15的可以为扇形通孔，扇形的下弧面与环形槽齐平。

采用了上述的密封调节隔板1，为适应第一环边13与第二环边14，在汽轮机汽缸内壁多设置一道内凹槽即可，这样第一环边13与第二环边14都能通过内凹槽与汽轮机汽缸固定。

密封调节隔板1的前方至少有一级原有的静隔板动叶片，以便于系统的整体运行，密封调节隔板一般采用一到二组，图1、6中采用了一级，图9为二级机构。

二、节流隔板

节流隔板6上设有用于部分封堵隔板通道的节流板，图4、5所示，用于降低通汽量。本节流隔板可以在原有的带有喷嘴的静隔板上设置节流板61（封堵部分汽体通道后形成），节流板61遮挡部分通孔即可。

因部分封堵后，腔内汽体压力增加，为防止隔板变形以及提高设备适应寿命，因此在节流隔板上设有加强筋。

为便于加工以及实现结构的简单化，可以将加强筋与节流板61为一体化结构,既能起到节流的目的又能起到加强的作用。

两组环形通孔中，图6所示，其中第一通孔组3、第二通孔组4分别位于节流隔板的两侧。抽汽调节阀与第一通孔组3的连通管路上设有第一外输供汽管路，即通过第一通孔组3出来的汽体可以有并列的两路流动方向，一路是经抽汽调节阀5进入汽轮机的尾部，另一路是进入外输供汽管路为企业提供相对压力和温度较高的工业用汽（例如进汽在300℃、10公斤；第一外输管路在130℃、5公斤）。

上述的两路供汽方式可以运行三种工作模式：

模式一：全供汽模式

汽轮机采用密封调节隔板1，此时完全关闭抽汽调节阀5，切断第一、第二通孔组之间的通路，打开第一外输供汽管路，高温高压汽体经汽轮机前段做功后，直接将高温高压汽用于工业用汽，不再流经汽轮机后部；

在本模式下，虽然汽体都用于对外供汽，但是，汽轮机并不能完全百分百能够将汽体密封，会有部分汽体进入到汽轮机尾部，进入尾部后的汽体会到汽轮机旋转时的动叶轮、静隔板造成旋转阻力，损失一部分能量，因此与汽轮机尾部连接有个低压抽真空装置，将逃逸到尾部的汽体及时抽出，从而降低阻力，提高能源利用率。

模式二：发电模式

汽轮机采用密封调节隔板或者节流隔板；

此时，完全关闭第一外输供汽管路，完全打开抽汽调节阀，打开第一、第二通孔组之间的通路，汽体流经整个汽轮机；

模式三：调节供汽模式

汽轮机采用密封调节隔板或者节流隔板；

根据配压需要，同时打开抽汽调节阀以及第一外输供汽管路，根据配压需要，调整调节阀的压力，分配第一外输供汽管路流经汽轮机尾部的汽体流量。

只有在上述的模式二和模式三下，才有大量的汽体进入到汽轮机尾部，进入汽轮机尾部的汽体经过汽轮机后可以有以下几种模式：

尾部模式一：

尾部仅连通凝汽器8，凝汽器8在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，同时在汽轮机排汽凝结的水作为锅炉给水，构成一个完整的循环，图6所示。

尾部模式二：

在尾部模式一基础上，可以在汽轮机出口位置设有堵板30，同时在汽轮机尾部开设第二出口，与第二出口连接第二外输供汽管路20，堵板与汽轮机出口法兰连接，凝汽器不用时可以封堵；此时，可以实现凝汽器和第二外输供汽管路的切换，实现凝汽器的单独使用或者第二外输供汽管路的单独使用；图6所示。

尾部模式三：

在汽轮机尾部出口通过调节阀连通有热交换器9，与热交换器9并联设有第二外输供汽管路20，热交换器以及第二外输供汽管路上各自设有节流阀，通过各自节流阀实现以下三种模式：

A、全供暖模式：冬季，关闭第二外输供汽管路，打开热交换器，热交换器可以在冬天的时候实现对居民区或者工业区的供暖，优选的，可以在热交换器真空负压运行，提高汽轮机效率。

B、全供汽模式：供暖期外，关闭热交换器，打开第二外输供汽管路，实现较低温度和较低压力的工业供汽需求；

C、混合模式：打开调节阀热交换器、第二外输供汽管路的调节阀，实现双通路，通路的大小根据温度压力的需要进行调节即可。

在背压运行时，因为汽轮机尾部的压力较大，但是汽轮机尾部因材质问题能承压较低，因此在最后一级动叶轮的后方加设一个密封隔板31，图7、8所示，使得前部的高压汽体不再进入汽轮机的最尾部，在密封隔板上开设有通孔32，与通孔32连接有管道33，管道另一端绕出汽轮机连通最后用户端，比如热交换器、第二外输供热管路等。