用于改善激励因素的阻尼的多频控制级

摘要

本发明提供了一种用于改善激励因素的阻尼的多频控制级。控制级(10)包括：多个级阀(12)，其围绕汽轮机沿周向分布，用于调节进入汽流，从而控制汽轮机的负荷；喷嘴室(14)，其连接到每个级阀(12)的下游端；进入弧(16)，其形成每个喷嘴室(14)的下游部分；以及控制级喷嘴(18)，其位于限定喷嘴室(14)的下游端的进入弧(16)内。控制级(10)的特征在于每个喷嘴室具有至少两个进入弧，每个进入弧具有不同的周向尺寸。这种布置改善了分配到下游叶片(30)的蒸汽流分布。

说明书

【技术领域】

该发明涉及汽轮机。更具体地，本发明涉及汽轮机控制级的布置。

【背景技术】

抑制多级汽轮机系统输出功率的有效途径，就是依靠分开的蒸汽供给系统，在这种蒸汽供给系统中，蒸汽通过为数众多的可隔离的和可单独地控制的进入弧进入轮机入口。在此称为部分弧进入(partial arcadmission)的方法中，起作用的第一级喷嘴的数目是响应于载荷的变化而变化的。然而，部分弧进入系统在过去已被认为有某些缺点，其限制了通过整个控制级的工作输出的效率。其中的一些限制是由于不可避免的机械限制，例如，不可避免的风阻和湍流的量，其会在旋转叶片经过不排蒸汽的喷嘴群时出现。这样导致叶片的机械激励，这对于跟随控制级的第一排叶片特别成问题。解决这个问题的一种方案是增加进入弧和旋转叶片之间的距离，以便提供更多混合的空间，从而更多均匀的流量分布到叶片。然而，这种解决方案增加轮机的整体长度，这是不可取的。

降低桨叶的机械激励的作用和使轮机的混合部分可以缩短的另一种解决方案是把叶片及喷嘴做得更坚硬。然而，由于坚硬的叶片普遍降低性能，所以这种做法对于提高效率的需求是矛盾的。

美国专利第4,780,057A1号提供了一种替代的解决方案，其中部分弧进入系统包括适当布置的、具有可变的宽高比的控制级喷嘴，其中可变的宽高比改善蒸汽分布。美国专利第5,080,558A1号又提供了另一种利用可变尺寸控制喷嘴的解决方案。

然而这些布置未消除该问题，因而需要有其它解决方案。

【发明内容】

本发明提供替代的解决方案，以解决由于部分弧进入系统的控制级中缺乏周向蒸汽分布均匀性所造成的问题。

该问题依靠独立要求请求保护的主题解决。在从属权利要求则给出有利的实施方案。

本发明是基于这种总体思路，即对轮机的每个喷嘴室提供多个进入弧，并对弧进行有利地布置和调整尺寸。

已经发现，当轮机满载时达到均匀周向流的程度，由控制级产生的激励的频率越高，混合室内的混合越有效，也因此导致标准叶片周期性应力的减小。该发现已被本发明的一方面利用，本发明的该方面提供了一种用于汽轮机的控制级，其中，该控制级包括：多个级阀，其围绕汽轮机沿周向分布，用于调节进入汽流(steam admission fiow)，从而控制汽轮机的负荷；喷嘴室，其连接到每个级阀的下游端；进入弧，其形成每个喷嘴室的下游部分；以及控制级喷嘴，其位于限定喷嘴室的下游端的进入弧内，其中，所述控制级的特征在于：每个喷嘴室具有至少两个进入弧，每个进入弧具有不同的周向尺寸。

另一方面提供了一种控制级，其中每个进入弧通过另一喷嘴室的进入弧周向交替(interspersed)，从而提供更好的蒸汽周向供给均匀性和更高的供给谐调性。控制级可以优选为包括四个级阀，其中每个喷嘴室有两个进入弧，它们被布置和配置成，当两个沿周向对角相对的级阀打开时，对应于该打开的级阀的进入弧通过对应于关闭的级阀的进入弧交替。如此通过激励第二谐调。当轮机经由打开又一控制阀而进一步加载时，在第二和第三谐调之间发生激励，提供了阻尼效应(dampening effect)的显著改善。根据这一布置，改进的阻尼效应可以通过确保从混合室流过来的更均匀的蒸汽流而受益地应用于减少标准叶片上的机械应力差，或以其它方式而可以缩短混合室，以便使人们有可能增加安装标准叶片的数量，从而对给定机器转子长度提高整体机器效率。进一步，该好处可以在不增加控制阀的数量的情况下实现，而增加控制阀的数量将是复杂昂贵的替代办法。

通过使通过不同的进入弧汽流充加不平衡，已经发现可以实现标准叶片上的应力负荷的进一步改善。本发明的另一方面提供了该效果，其提供至少一个喷嘴室，该喷嘴室被配置成确保在运转时通过该喷嘴室的进入弧的供给密度不相同。

考虑到可能由不平衡产生的机器效率的减少，这种不平衡的实际量依赖于给定机器的设计和性能要求。

结合附图，从下面的说明本发明的其它目标和优势将变得明显，该说明中以说明和举例的方式披露了本发明的实施方案。

【附图说明】

例如，以下参考附图更充分地描述本发明的实施方案，其中：

图1是有控制级的汽轮机的侧视截面图；

图2是通过图1的II-II线的汽轮机控制级的端视横截面图，其显示根据本发明优选实施方案的部分弧进入控制级。

图3是图2喷嘴室的详图。

【具体实施方式】

现在参考附图描述本发明优选的实施方案，其中相同的标号始终用来指引相同的元件。为解释的目的，在下面的说明中做出许多具体细节，以便对本发明提供深入了解。然而，这可能是显而易见的，没有这些具体细节，该发明仍可以实施。贯穿本说明书，周向基准是指到轮机的纵轴线具有恒定的垂直距离的弧。

图1显示具有配置了部分弧进入系统的控制级10的汽轮机的侧面视图。控制级10包括级阀12，如图2所示，用于控制汽轮机的负荷。连接级阀12下游的是喷嘴室14。喷嘴室14的下游部分包括进入弧16，在进入弧16下游端有控制级喷嘴18。控制级喷嘴18把蒸汽引导到旋转控制级叶片19中，控制级叶片19安装在转子25上并且牢固地配置，以当轮机被部分地加载时承受来自控制级喷嘴18的、变化的蒸汽分布。为了进一步减少位于控制级叶片19下游的标准叶片30上的应力，配置控制级叶片19使经过它们发生大多数轮机压力损失。为了再进一步降低标准叶片30的应力，在标准叶片30和控制级叶片19之间设有混合室20。该混合室20配置为提供为确保蒸汽的周向混合所需的空间。混合室20的长度22的定义为控制级叶片19的下游端和第一标准叶片30的上游边缘之间的距离。

图2详细显示本发明的优选实施方案，其中控制级10包括四个级阀12，每个级阀12连接到喷嘴室14，喷嘴室14具有配置为提供进入弧16的下游部分。每个喷嘴室14有两个进入弧16，其中每个喷嘴室14的进入弧16与其它喷嘴室14的进入弧16交替布置。在此布置下，如果两个对角相对的级阀12打开，则形成这些打开的级阀12的喷嘴室14的端部的进入弧16，被已关闭的级阀12的喷嘴室14的进入弧16交替。

图3显示示例性实施方案喷嘴室14的细节，该实施方案中包含提供使周向蒸汽分布不平衡的益处的几项功能。如图所示，两个进入弧16的周向尺寸L1、L2是不同的。进一步的不平衡是结合进入弧16的设计通过对喷嘴室14的支管15设计尺寸和形状实现，其中支管15分开喷嘴室14的蒸汽流并把分开的流引向进入弧16。在示例性实施方案中，通过大小和形状，喷嘴室14配置成向每个进入弧16的流提供不同的阻力。其结果是变化的供给密度创造不平衡，其进一步降低了叶片的应力。

虽然本发明已经在此显示和描述，其中设想是最实际和优选的实施方案，可以认识到，在本发明的范围内可以做出改变，并且本发明的范围并非只限于此处所述的细节，而是要符合所附权利要求的全部范围，以包含任何和所有等同装置和设备。例如，虽然参考单面汽轮机已经说明发明的实施方案，但本发明同样可以适用于双面汽轮机。而进一步，本发明也可以适用于具有与示例中不同数量的级阀12和进入弧16的其它布置。

【标号说明】10            控制级12            级阀14            喷嘴室15            喷嘴室支管16            进入弧18            控制级喷嘴19            控制级叶片20            混合室22            混合室长度25            转子30            标准叶片A             机器轴线L1、L2        进入弧的周向尺寸