一种大功率汽轮机缸体夹层间温度平衡结构

技术领域

本发明应用于火电、核电等汽轮机技术领域，具体涉及一种大功率汽轮机缸体夹层间温度平衡结构。

背景技术

大功率汽轮机的高中低压汽缸为便于装卸、运输，防止汽缸变形，一般将汽缸分为上下两个半缸进行拼接装配而成，汽缸的内缸和外缸之间形成夹层。汽轮机的蒸汽介质由进汽腔室上布置的进汽管道通过密封结构与汽轮机内缸衔接，蒸汽通过进汽管道进入进汽腔室并通过通流叶栅膨胀做功。在长期的使用过程中，受反复启停、高温蒸汽、氧化等因素的影响，端部汽封、进汽管道四周的蝶形汽封等结构的密封效应减弱，在设计间隙的基础上密封间的间隙值发生变化，同时高温蒸汽通过间隙泄漏进内外缸的夹层内，影响汽轮机做功效率，增大夹层内的热效力，导致汽轮机静子和旋转部件间的胀差偏离设计值，影响汽缸的使用寿命和安全性。

因密封结构的失效，使高温主蒸汽通过进汽腔室上下半缸的进汽管道漏汽和前轴漏汽流进夹层，增大夹层内的温度，尤其是汽轮机的主蒸汽介质温度高，因此为降低夹层内泄漏的高温蒸汽的温度，从汽轮机低温低压的抽汽腔室引入冷却气体进入进汽腔室。对于上下半缸均布置进汽管道的汽轮机缸体，夹层内温差较高的原因主要与冷却气体流量的分布有关，受重力效应的影响，下半缸泄漏的主蒸汽和冷却气体沿着下半缸夹层直接流出排汽管道，且夹层内大部分高温高压蒸汽是来自上半缸进汽管道的漏汽。来自上半缸的冷却气体受其入口管道分布的影响，使冷却气体蒸汽直接沿着缸壁流向压力较低的下半缸，冷却气体流量在夹层内的不均匀分配，使上半缸蒸汽温度高于下半缸，导致汽缸的高温蠕变和不均匀性变形，造成不同程度的损伤。同时高温主蒸汽在流入通流叶片后，部分流向排汽管道，部分则流向级间抽口进入内外缸夹层进行回流震荡，使夹层内的温度产生波动，造成疲劳损伤，影响汽轮机的做功效率和安全性。

为了解决现有结构的不足，在减小主蒸汽泄漏量的同时，还要平衡高温泄漏蒸汽和冷却气体的流量分配，使泄露的高温蒸汽与冷却气体均匀掺混，以平衡夹层内的蒸汽温度、减小温差，减小汽轮机缸体的疲劳损伤，从而提高汽轮机的使用效率和安全性。因此本发明提供一种既能降低汽轮机缸体夹层内的蒸汽温度，又能降低上下半缸温度差的结构，是一种大功率汽轮机内外缸体夹层间的温度平衡结构。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种大功率汽轮机缸体夹层间温度平衡结构，兼顾控制夹层内高低温蒸汽流量差异和阻挡级间漏汽在夹层内的回流，减少汽轮机缸体的胀差变化，避免内外缸产生变形和疲劳损伤，提高汽轮机热力效率和使用寿命，解决了大功率汽轮机缸体结构存在不足的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种大功率汽轮机缸体夹层间温度平衡结构，包括汽轮机外缸、汽轮机内缸和进汽管道，进汽管道的上设有冷却气体管道，冷却气体管道连通至进汽管道的管道夹层间，冷却气体管道的轴线与进汽管道的轴线之间存在夹角。

进一步的，所述的汽轮机外缸和汽轮机内缸均为上下两个半缸拼接装配结构，进汽管道包括上半缸进汽管道和下半缸进汽管道。

进一步的，所述的上半缸进汽管道和下半缸进汽管道均为双管道布置。

进一步的，所述的上半缸进汽管道上的冷却气体管道为双管道布置，包括第一冷却气体管道和第二冷却气体管道。

进一步的，所述的上半缸进汽管道上的第二冷却气体管道相比第一冷却气体管道更靠近转子中心线，第二冷却气体管道位于两个上半缸进汽管道之间。

进一步的，所述的第一冷却气体管道和第二冷却气体管道的中心线在一条线上。

进一步的，所述的下半缸进汽管道上的冷却气体管道为单管道布置，包括第一冷却气体管道。

进一步的，所述的第一冷却气体管道朝向转子侧，第二冷却气体管道背离转子侧。

进一步的，所述的冷却气体管道均位于进汽管道的中分面上。

进一步的，所述的汽轮机外缸与汽轮机内缸之间的缸体夹层间设有隔热板结构，隔热板结构位于进汽侧与排汽侧之间。

进一步的，所述的隔热板结构包括齿形隔热板和环形肋条，齿形隔热板设在汽轮机外缸的内壁，环形肋条设在汽轮机内缸的隔热罩上，齿形隔热板与环形肋条之间交错布置。

进一步的，所述的齿形隔热板和环形肋条均设有两个，齿形隔热板与环形肋条之间依次间隔布置。

本发明的有益效果：

(1)作为本发明的进一步结构改进，在主蒸汽进汽管道上布置呈一定设计角度的冷却管道，使冷却气体均匀进汽，并与泄漏的高温高压蒸汽充分地均匀掺混，确保冷却效果。汽轮机上半缸进汽管道上布置两个呈倾斜角度的冷却气体输入小管道，且两个小管道的中心线在一条线上，其中更靠近转子中心线的小管道布置在两个主蒸汽管道之间，更利于输入的冷却气体沿着上半进汽管道和上半缸缸体内壁流向上半缸夹层，冷凝上半缸夹层内的高温蒸汽，从而降低上半缸蒸汽的温度，缩小上下夹层的温差，减小形变激振和胀差，提高汽轮机的使用寿命和安全可靠性。

(2)作为本发明的进一步结构改进，在内外缸夹层中设置隔热板结构，通过设置环形肋条和齿结构隔热板，增大了缸体夹层内的压力，限制进汽侧和排汽侧蒸汽在夹层内的流通，阻断进汽侧的高温泄漏蒸汽对排汽侧的热辐射，减小高温蒸汽的泄漏。环形肋条结构布置在齿结构隔热板之后，进一步阻挡级间进汽在夹层内的回流，提高汽轮机的热效率，降低能耗。

(3)作为本发明的进一步结构改进，汽轮机夹层内的隔热板结构设置，由两个环形肋条和两个齿结构隔热板交错分布构成，构成城墙齿汽封结构形式，使夹层内的蒸汽在汽封结构处的流动路径复杂化，增加高温蒸汽流向排汽区域的摩阻效应，减小缸体的胀差变化。为避免汽轮机运转时，转子的偏心位移导致汽封齿与缸体不均匀碰撞损伤，汽封间隙采用周向均匀分布形式，增加齿结构的使用寿命。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明的结构正向剖视图。

图2是本发明的结构侧向剖视图。

图3是本发明的上半缸进汽管道的冷却管道布置示意图。

图4是本发明的下半缸进气管道的冷却管道布置示意图。

图5是本发明的隔热板结构的结构示意图。

图中：1-汽轮机外缸；2-汽轮机内缸；3-隔热罩；4-进汽管道；4A-上半缸进汽管道；4B-下半缸进汽管道；5-排汽管；6A-第一冷却气体管道；6B-第二冷却气体管道；7A-齿形隔热板；7B-环形肋条。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1～图5所示，一种大功率汽轮机缸体夹层间温度平衡结构，包括汽轮机外缸1、汽轮机内缸2、隔热罩3、进汽管道4、排汽管5、冷却气体管道和隔热板结构。适用于上下半缸均有进汽管道和冷却管道的汽轮机缸体进汽插管场合。

汽轮机外缸1和汽轮机内缸2均为上下两个半缸拼接装配结构，汽轮机外缸1与汽轮机内缸2之间形成缸体夹层。

进汽管道4包括上半缸进汽管道4A和下半缸进汽管道4B，上半缸进汽管道4A和下半缸进汽管道4B均为左右对称的双管道布置。上半缸进汽管道4A和下半缸进汽管道4B从中压缸进汽侧上半和下半穿过外缸与内缸相连。排汽管5与汽轮机外缸1下半缸相连。

进汽管道4为内外套管的套管式结构，进汽管道4的内外套管之间形成管道夹层，进汽管道4的外套管与汽轮机外缸1连接并与缸体夹层间实现连通，进汽管道4的内套管与汽轮机内缸2连接并与缸内连通。

排汽管5为单管式结构，其与汽轮机外缸1连接并与缸体夹层间连通。

进汽管道4的上设有冷却气体管道，冷却气体管道均位于进汽管道4的中分面上，冷却气体管道连通至进汽管道4的管道夹层间，冷却气体管道采用倾斜形式设计，冷却气体管道的轴线与进汽管道4的轴线之间存在夹角θ，0＜θ＜90°，使冷却气体与泄漏的高温高压蒸汽充分地掺混。

上半缸进汽管道4A上的冷却气体管道为双管道布置，包括第一冷却气体管道6A和第二冷却气体管道6B，第一冷却气体管道6A和第二冷却气体管道6B的中心线在一条线上。第一冷却气体管道6A朝向转子侧，第二冷却气体管道6B背离转子侧，上半缸进汽管道4A上的第二冷却气体管道6B相比第一冷却气体管道6A更靠近转子中心线，保证第二冷却气体管道6B位于两个上半缸进汽管道4A之间。使流经此管道的冷却气体在进汽管道漏汽的冲击作用下，引导更多冷却气体沿着上半缸进汽管道4A和缸体内壁流向上半缸，减少上半缸的温度，进一步缩小上下半缸的温度差异。

下半缸进汽管道4B上的冷却气体管道为单管道布置，包括第一冷却气体管道6A。

汽轮机外缸1与汽轮机内缸2之间的缸体夹层间设有隔热板结构，隔热板结构位于进汽侧与排汽侧之间，汽轮机内缸2内设有隔热罩3。

隔热板结构的汽封间隙周向均匀分布，形成城墙齿汽封结构，使夹层内的蒸汽流动路径变复杂，一方面增大主蒸汽漏汽的流动阻力，增加夹层内的压力，减小轴封蒸汽的泄漏，另一方面，减少排汽侧蒸汽在夹层内的回流量，提高汽轮机的工作效率。

隔热板结构包括齿形隔热板7A和环形肋条7B，齿形隔热板7A设在汽轮机外缸1的内壁，环形肋条7B设在汽轮机内缸2的隔热罩3，齿形隔热板7A与环形肋条7B之间交错布置。齿形隔热板7A和环形肋条7B均设有两个，齿形隔热板7A与环形肋条7B之间依次间隔布置。

肋条和齿形结构存在高度上的重合交错，并肋条位于齿形结构的后侧，由肋条与齿形结构共同构成城墙齿形式的汽封结构，周向间隙采用均匀分布形式，进一步增大从缸体高温高压区域的泄露蒸汽进入排汽区域的气流阻力，减小缸体胀差的变化。

本发明的工作原理：在汽轮机缸体进汽管道上布有冷却气体管道的结构形式中，通过在进汽管道上布置的呈一定设计角度θ的冷却气体小管道，使冷却气体与泄漏的高温高压蒸汽掺混得更均匀。上半缸的两个进汽管道之间增加向下倾斜的冷却气体小管道，使更多的冷却气体沿着管壁流向上半缸，减小上下半缸的温差，减小形变激振、胀差和汽缸的疲劳损伤。在夹层内布置城墙齿汽封的隔热板结构，齿结构与环形肋条结构交错分布，增加夹层内前后蒸汽的流动阻力，减小轴封漏汽和排汽区域的蒸汽回流，提高汽轮机的热效率，降低能耗。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。