低压缸小流量工况的长叶片温控系统及方法

摘要

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种低压缸小流量工况的长叶片温控系统，包括：低压缸，内部设有长叶片区域温度测点和喷水环；中压缸，排汽口与低压缸进汽口通过并联的连通管道和旁路管道连通，连通管道上设有进汽控制阀，旁路管道上设有旁路调节阀；冷却管道，向喷水环输送冷却水，冷却管道上设有冷却调节阀；以及控制器，温度测点、进汽控制阀、旁路调节阀和冷却调节阀均与控制器相连接。还涉及一种低压缸小流量工况的长叶片温控方法，采用上述温控系统，主要是控制器根据温度测点测得的温度控制进汽控制阀、旁路调节阀和冷却调节阀的启闭及开度大小。可对低压缸的长叶片区域进行温度监测和控制，确保低压缸在小流量工况的安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种低压缸小流量工况的长叶片温控系统及一种低压缸小流量工况的长叶片温控方法。

背景技术

目前，通过大型汽轮机组供热改造替代小锅炉对城市进行供暖，大量的300MW-1000MW大型纯凝汽轮机组通过中低压连通管打孔抽汽实施供热改造，在中排出口增设供热蝶阀调节至低压缸和供热首站的蒸汽分配。供热机组均通过关小中排蝶阀尽量减少进入低压缸的流量，从而让大部分中压缸排汽都去供热，减少低压缸出力。部分机组甚至全关中排蝶阀，低压缸在零出力工况运行。上述运行工况下，低压缸均处于小流量工况运行，低压缸进汽流量大幅下降，在低压缸末两级长叶片区域会形成倒流返流，造成低压缸转子高速运行的摩擦鼓风发热现象，鼓风发热又会引起长叶片强度、振动、动应力等一系列问题。因此有必要对长叶片区域进行一定的温度监测和保护，避免低压缸长期在小流量工况运行形成的安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低压缸小流量工况的长叶片温控系统及一种低压缸小流量工况的长叶片温控方法，能够对低压缸长叶片区域进行温度监测和控制，保护低压缸在小流量工况的安全运行，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低压缸小流量工况的长叶片温控系统，包括：低压缸，低压缸内设有用于测量低压缸的长叶片区域温度的温度测点和用于向低压缸的长叶片区域喷水的喷水环；中压缸，中压缸的排汽口与低压缸的进汽口通过并联的连通管道和旁路管道相连通，连通管道上设有进汽控制阀，旁路管道上设有旁路调节阀；冷却管道，与喷水环相连通并向喷水环输送冷却水，冷却管道上设有冷却调节阀；以及控制器，温度测点、进汽控制阀、旁路调节阀和冷却调节阀均与控制器相连接。

优选地，温度测点设有两个，两个温度测点分别用于测量低压缸的次末级长叶片区域温度和末级长叶片区域温度。

优选地，低压缸包括外缸、内置于外缸内的内缸以及内置于内缸内的隔板，温度测点包括依次穿设于外缸、内缸和隔板的温度套管以及内置于温度套管内并伸出隔板内侧的温度探头。

优选地，温度套管包括两端分别与外缸和内缸相连接的外段套管以及两端分别与内缸和隔板相连接的内段套管，内缸设有安装通孔，外段套管和内段套管均穿设于安装通孔内，且外段套管和内段套管之间具有间隔距离。

优选地，温度套管还包括转接头，转接头穿设于外缸，外段套管与转接头相连接并与转接头之间形成轴向间隙；温度探头的一端与转接头相连接，且另一端伸出隔板内侧。

优选地，温度探头为热电偶。

优选地，旁路管道上设有旁路截止阀，旁路截止阀与控制器相连接。

优选地，旁路管道上设有旁路流量计。

优选地，冷却管道上设有冷却流量计。

一种低压缸小流量工况的长叶片温控方法，采用如上所述的低压缸小流量工况的长叶片温控系统，依次包括以下步骤：步骤一、冷却调节阀关闭，开启旁路调节阀，关闭进汽控制阀，使低压缸在小流量工况运行，温度测点测量低压缸的长叶片区域温度并将测得的温度值信号输送给控制器，控制器接收温度值信号并将接收到的温度值与设定温度值进行比较；步骤二、当控制器接收到的温度值达到设定温度值时，控制器控制旁路调节阀的开度逐渐增大，使控制器接收到的温度值低于设定温度值，直至旁路调节阀全开；步骤三、当控制器接收到的温度值大于设定温度值时，控制器控制冷却调节阀的开度逐渐增大，使控制器接收到的温度值低于设定温度值，直至冷却调节阀全开；步骤四、当控制器接收到的温度值大于设定温度值时，控制器先控制进汽控制阀开启，然后控制旁路调节阀和冷却调节阀关闭，使低压缸退出小流量工况。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

通过在低压缸的长叶片区域布置温度测点，并将该温度测点接入控制器，在小流量工况下，由控制器根据温度测点测得的低压缸的长叶片区域温度，控制旁路调节阀和冷却调节阀的开度先后逐渐增大至全开，通过旁路管道向低压缸内输入冷却汽流量的增加、冷却管道向喷水环输送冷却水对低压缸的长叶片区域进行喷水冷却实现低压缸长叶片区域的冷却降温，使得低压缸的长叶片区域温度维持在设定温度值以下，保护低压缸在小流量工况下的运行安全；在旁路调节阀和冷却调节阀均全开，低压缸的长叶片区域温度仍大于设定温度值时，控制器则先控制进汽控制阀开启，然后控制旁路调节阀和冷却调节阀关闭，使低压缸退出小流量工况，可保护低压缸免受小流量工况鼓风发热造成的运行风险。因此，本发明能够对低压缸的长叶片区域进行温度监测和控制，确保低压缸在小流量工况的安全运行。

附图说明

图1是本发明实施例低压缸小流量工况的长叶片温控系统的结构示意图。

图2是本发明实施例低压缸小流量工况的长叶片温控系统中，温度测点在低压缸内的安装结构示意图。

图3是图2中A部的剖面示意图。

图4是图2中B部的剖面示意图。

图5是图2中C部的剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、低压缸 1-1、外缸

1-2、内缸 1-21、安装通孔

1-3、隔板 1-4、转子

2、中压缸 3、控制器

4、温度测点 4a、次末级温度测点

4b、末级温度测点 41、温度套管

411、外段套管 412、内段套管

413、转接头 4131、第一扩孔

4132、第二扩孔 42、温度探头

43、支架 5、喷水环

6、进汽控制阀 7、旁路调节阀

8、旁路截止阀 9、旁路流量计

10、冷却调节阀 11、冷却流量计

100、连通管道 200、旁路管道

300、冷却管道

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图5所示，本发明低压缸小流量工况的长叶片温控系统的一种实施例。

参见图1，本实施例的低压缸小流量工况的长叶片温控系统包括低压缸1、中压缸2、控制器3、连通管道100、旁路管道200以及冷却管道300。

其中，低压缸1内设有温度测点4和喷水环5。温度测点4伸入低压缸1内部通流区域，并用于测量低压缸1的长叶片区域温度。在小流量工况下，该温度测点4测得的低压缸1的长叶片区域温度可以非常直观的表征低压缸1的长叶片区域鼓风发热情况，温度越高则鼓风发热现象越严重。温度测点4与控制器3相连接，温度测点4将测得的温度值信号输送给控制器3，控制器3接收该温度值信号，实现对低压缸1的长叶片区域温度的实时监测。喷水环5设于低压缸1内部通流区域，并用于向低压缸1的长叶片区域喷水，实现对低压缸1的长叶片区域进行喷水冷却。

连通管道100将中压缸2的排汽口与低压缸1的进汽口相连通，中压缸2的排汽可以通过连通管道100进入低压缸1内。连通管道100上设有进汽控制阀6，通过进汽控制阀6的开启或关闭控制连通管道100的通断，并且，通过进汽控制阀6开度大小的调节可以控制连通管道100内的流量大小。进汽控制阀6与控制器3相连接，可由控制器3对进汽控制阀6的开启、关闭以及开度大小的调节进行自动控制。

旁路管道200与连通管道100相并联，即旁路管道200亦将中压缸2的排汽口与低压缸1的进汽口相连通，在进汽控制阀6关闭、连通管道100断开的情况下，中压缸2的冷却汽可以通过旁路管道200进入低压缸1内，该冷却汽亦为中压缸2的排汽。旁路管道200上设有旁路调节阀7，通过旁路调节阀7的开启或关闭控制旁路管道200的通断，并且，通过旁路调节阀7开度大小的调节可以控制旁路管道200内的流量大小。旁路调节阀7与控制器3相连接，可由控制器3对旁路调节阀7的开启、关闭以及开度大小的调节进行自动控制。优选地，旁路管道200上还可以设有旁路截止阀8，通过旁路截止阀8的开启或关闭控制旁路管道200的通断，能够使旁路管道200的通断更加可靠。旁路截止阀8与控制器3相连接，可由控制器3对旁路截止阀8的开启和关闭进行自动控制。优选地，旁路管道200上还可以设有旁路流量计9，旁路流量计9用于测量旁路管道200内的流量。旁路流量计9可以与控制器3相连接，从而可将测得的流量值信号反馈给控制器3。

旁路管道200的管径小于连通管道100的管径。当旁路管道200断开、连通管道100开启时，中压缸2的排汽通过连通管道100进入低压缸1内，连通管道100输送的中压缸2排汽流量较大，此时低压缸1处于正常流量工况运行。由于连通管道100的管径较大，使得连通管道100上的进汽控制阀6的开度即便调节至最小开度时，由连通管道100送入低压缸1内的蒸汽流量仍然较大，无法实现低压缸1小流量工况，因此，在连通管道100上并联管径较小的旁路管道200，用于实现低压缸1进汽量的大幅度减小，通过断开连通管道100、开启旁路管道200，由旁路管道200向低压缸1输送小流量的中压缸2排汽，可以实现低压缸1小流量工况。旁路管道200的管径大小和连通管道100的管径大小并不局限，可以根据汽轮机组实际参数进行设计。

冷却管道300与喷水环5相连通，并且，冷却管道300向喷水环5输送冷却水。冷却管道300输送的冷却水可以来自汽轮机系统中的冷凝器出口处的凝结水泵，冷凝器出口的凝结水通过凝结水泵送至冷却管道300，并可通过冷却管道300输送至喷水环5。冷却管道300上设有冷却调节阀10，通过冷却调节阀10的开启或关闭控制冷却管道300的通断，并且，通过冷却调节阀10开度大小的调节可以控制冷却管道300内的流量大小。冷却调节阀10与控制器3相连接，可由控制器3对冷却调节阀10的开启、关闭以及开度大小的调节进行自动控制。优选地，冷却管道300上还可以设有冷却流量计11，冷却流量计11用于测量冷却管道300内的流量。冷却流量计11可以与控制器3相连接，从而可将测得的流量值信号反馈给控制器3。

控制器3的形式并不局限，可以采用现有的控制器，如PLC控制器或单片机。本实施例中，优选地，控制器3可以采用现有汽轮机系统的主控制器，即将温度测点4接入汽轮机系统现有的主控制器，由汽轮机系统的主控制系统根据温度测点4测得的温度值信号对低压缸小流量工况的长叶片区域温度进行监测和保护控制。

本实施例的低压缸小流量工况的长叶片温控系统的工作原理为：当冷却调节阀10关闭、进汽控制阀6关闭、旁路调节阀7和旁路截止阀8开启时，低压缸1处于小流量工况运行；在低压缸小流量工况下，由温度测点4测量低压缸1的长叶片区域温度并将测得的温度值信号输送给控制器3，控制器3接收温度值信号并将接收到的温度值与设定温度值进行比较，该设定温度值是根据实际低压缸1结构参数设定的低压缸1小流量工况下所允许的低压缸1长叶片区域最高温度；当控制器3接收到的温度值大于设定温度值时，控制器3控制旁路调节阀7和冷却调节阀10的开度先后逐渐增大至全开，通过旁路管道200向低压缸1内输入冷却汽流量的增加、冷却管道300向喷水环5输送冷却水对低压缸1的长叶片区域进行喷水冷却实现低压缸1长叶片区域的冷却降温，使得低压缸1的长叶片区域温度维持在设定温度值以下，保护低压缸1在小流量工况下的运行安全；在旁路调节阀7和冷却调节阀10均全开，控制器3接收到的温度值仍大于设定温度值时，控制器3则先控制进汽控制阀6开启，然后控制旁路调节阀7、旁路截止阀8和冷却调节阀10关闭，使低压缸1退出小流量工况，以保护低压缸1免受小流量工况鼓风发热造成的运行风险。由此，本实施例的低压缸小流量工况的长叶片温控系统能够对低压缸1的长叶片区域进行温度监测和控制，确保低压缸1在小流量工况的安全运行。

由于低压缸1在进气流量大幅下降的小流量工况下，主要是在低压缸1的末两级长叶片区域(即低压缸1的次末级长叶片区域和末级长叶片区域，亦即沿低压缸1内通流方向位于低压缸1内最末端的两级长叶片区域)会形成倒流返流，造成鼓风发热现象，因此，本实施例中，参见图1，优选地，温度测点4设有两个，分别为次末级温度测点4a和末级温度测点4b，次末级温度测点4a伸入低压缸1内部通流的次末级长叶片区域，并用于测量低压缸1的次末级长叶片区域温度，末级温度测点4b伸入低压缸1内部通流的末级长叶片区域，并用于测量低压缸1的末级长叶片区域温度。优选地，喷水环5也设于低压缸1的末两级长叶片区域，用于对低压缸1的末两级长叶片区域进行喷水冷却。喷水环5在低压缸1内的设置安装结构可以采用现有技术中的常规汽缸内部喷水冷却结构，本文不予赘述。

本实施例中，两个温度测点4在低压缸1的次末级长叶片区域和末级长叶片区域的安装结构相同。参见图2，低压缸1通常包括外缸1-1、内缸1-2、隔板1-3和转子1-4，内缸1-2内置于外缸1-1内，隔板1-3内置于内缸1-2内，转子1-4穿设于内缸1-2内，隔板1-3与转子1-4之间形成通流区域，长叶片则位于该通流区域内。本实施例中，温度测点4采用双层结构，具体包括温度套管41和温度探头42。温度套管41依次穿设于低压缸1的外缸1-1、内缸1-2和隔板1-3，并且，温度套管41伸出隔板1-3内侧而伸入低压缸1通流内的长叶片区域。温度探头42内置于温度套管41内，并且，温度探头42也伸出隔板1-3内侧而伸入低压缸1通流内的长叶片区域，从而可对低压缸1的长叶片区域温度进行有效监测。温度探头42与控制器3相连接，温度套管41对温度探头42起到保护作用。

参见图2和图3，优选地，温度套管41采用两段式，具体包括外段套管411和内段套管412，外段套管411的两端分别与低压缸1的外缸1-1和内缸1-2相连接，内段套管412的两端分别与低压缸1的内缸1-2和隔板1-3相连接。低压缸1的内缸1-2设有安装通孔1-21，外段套管411与内缸1-2相连接的一端和内段套管412与内缸1-2相连接的一端均穿设于内缸1-2的安装通孔1-21内，并且，外段套管411和内段套管412之间具有间隔距离L1。参见图3和图4，外段套管411的内部沿轴向贯通，内段套管412呈一端贯通且另一端封闭的内部中空管状，内段套管412贯通的一端穿设于内缸1-2的安装通孔1-21内，内段套管412封闭的一端则穿设于隔板1-3且伸出隔板1-3内侧，温度探头42穿设于外段套管411和内段套管412，且温度探头42伸入内段套管412内的一端与内段套管412封闭的一端端部相接触。温度套管41采用两段式，且外段套管411和内段套管412之间留有间隔距离L1，可以避免因低压缸1与温度套管41膨胀不一致造成温度套管41损坏。外段套管411和内段套管412之间的间隔距离L1可以为2mm-3mm。本实施例中，较佳地，外段套管411可以与内缸1-2外侧面通过满焊固定连接；内段套管412可以与内缸1-2内侧面通过满焊固定连接；内段套管412可以与隔板1-3的内、外侧面通过满焊固定连接。优选地，内段套管412还可以通过支架43支撑在隔板1-3上(如图2所示)。本实施例中，较佳地，内段套管412伸出隔板1-3内侧的长度可以为80mm-100mm。本实施例中，外段套管411和内段套管412内部空间的内径相同，该内径即为温度套管41的内径，较佳地，温度探头42的外径小于温度套管41的内径，使得温度探头42与温度套管41的内壁之间具有间隔距离L2(如图4所示)，该间隔距离L2可以为1.5mm左右。

参见图2和图5，优选地，温度套管41还包括转接头413，转接头413穿设于低压缸1的外缸1-1，转接头413可以与外缸1-1的内、外侧面通过满焊固定连接，外段套管411与转接头413相连接，由此实现外段套管411与外缸1-1的连接，并且，外段套管411与转接头413之间形成轴向间隙L3。参见图5，转接头413的内部沿轴向贯通，且转接头413位于外缸1-1内侧的一端内部形成有第一扩孔4131，外段套管411的端部容置于该第一扩孔4131内，并且，外段套管411的端面与该第一扩孔4131的底壁之间具有间隔距离，即形成轴向间隙L3，该轴向间隙L3亦可以避免因低压缸1与温度套管41膨胀不一致造成温度套管41损坏。本实施例中，外段套管411与转接头413之间的轴向间隙L3可以为2mm-3mm。外段套管411可以与转接头413位于外缸1-1内侧的一端端面通过满焊固定连接。温度探头42的一端与转接头413相连接，温度探头42的另一端穿过转接头413和外段套管411后伸入内段套管412内，并与内段套管412封闭的一端端部相接触且于内段套管412内伸出隔板1-3内侧。本实施例中，转接头413位于外缸1-1外侧的一端内部形成有第二扩孔4132，该第二扩孔4132设有内螺纹，用于与温度探头42的端部固定连接，实现温度探头42在温度套管41内的安装。

本实施例中，优选地，温度探头42可以为热电偶。

基于上述低压缸小流量工况的长叶片温控系统，本实施例还提供一种低压缸小流量工况的长叶片温控方法。本实施例的低压缸小流量工况的长叶片温控方法采用本实施例的上述低压缸1小流量工况的长叶片温控系统，依次包括以下步骤。

步骤一、冷却调节阀10关闭，开启旁路调节阀7和旁路截止阀8，关闭进汽控制阀6，使低压缸1在小流量工况运行。温度测点4测量低压缸1的长叶片区域温度并将测得的温度值信号输送给控制器3，控制器3接收温度值信号并将接收到的温度值与设定温度值进行比较。本实施例中，优选地，温度测点4设有两个，分别为次末级温度测点4a和末级温度测点4b，次末级温度测点4a测量低压缸1的次末级长叶片区域温度并将测得的温度值信号输送给控制器3，末级温度测点4b测量低压缸1的末级长叶片区域温度并将测得的温度值信号输送给控制器3。相应的，设定温度值也设有两个，分别为次末级长叶片区域设定温度值和末级长叶片区域设定温度值，控制器3接收次末级温度测点4a测得的温度值信号并将接收到的该温度值与次末级长叶片区域设定温度值进行比较，控制器3接收末级温度测点4b测得的温度值信号并将接收到的该温度值与末级长叶片区域设定温度值进行比较。由此对低压缸1的末两级长叶片区域温度参数变化进行实时监测。

步骤二、在上述步骤一的基础上，当控制器3接收到的温度值达到设定温度值时，具体为控制器3接收到的次末级温度测点4a测得的温度值达到次末级长叶片区域设定温度值或者控制器3接收到的末级温度测点4b测得的温度值达到末级长叶片区域设定温度值时，控制器3控制旁路调节阀7的开度逐渐增大，通过旁路管道200向低压缸1内输入冷却汽流量的增加实现低压缸1长叶片区域的冷却降温，使控制器3接收到的温度值低于设定温度值，具体为控制器3接收到的次末级温度测点4a测得的温度值低于次末级长叶片区域设定温度值和控制器3接收到的末级温度测点4b测得的温度值低于末级长叶片区域设定温度值，直至旁路调节阀7全开，低压缸1维持在该状态运行，可保护低压缸1在小流量工况下的运行安全。

步骤三、在上述步骤二的基础上，即旁路调节阀7全开后，当控制器3接收到的温度值大于设定温度值时，具体为控制器3接收到的次末级温度测点4a测得的温度值大于次末级长叶片区域设定温度值或者控制器3接收到的末级温度测点4b测得的温度值大于末级长叶片区域设定温度值时，控制器3控制冷却调节阀10开启并控制冷却调节阀10的开度逐渐增大，通过冷却管道300向喷水环5输送冷却水对低压缸1的长叶片区域进行喷水冷却实现低压缸1长叶片区域的进一步冷却降温，使控制器3接收到的温度值低于设定温度值，具体为控制器3接收到的次末级温度测点4a测得的温度值低于次末级长叶片区域设定温度值和控制器3接收到的末级温度测点4b测得的温度值低于末级长叶片区域设定温度值，直至冷却调节阀10全开，低压缸1维持在该状态运行，可保护低压缸1在小流量工况下的运行安全。

步骤四、在上述步骤三的基础上，即旁路调节阀7和冷却调节阀10均全开后，长时间运行后，当控制器3接收到的温度值大于设定温度值时，具体为控制器3接收到的次末级温度测点4a测得的温度值大于次末级长叶片区域设定温度值或者控制器3接收到的末级温度测点4b测得的温度值大于末级长叶片区域设定温度值时，控制器3先控制进汽控制阀6开启，使中压缸2的排汽通过连通管道100进入低压缸1内，增大低压缸1进汽流量，然后控制旁路调节阀7和冷却调节阀10关闭，使低压缸1退出小流量工况，以保护低压缸1免受小流量工况鼓风发热造成的运行风险。

由此，本实施例的低压缸小流量工况的长叶片温控方法能够对低压缸1的长叶片区域进行温度监测和控制，确保低压缸1在小流量工况的安全运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。