CN1038492A - 汽轮机汽缸反推力矩抵消法 - Google Patents

Abstract

汽轮机汽缸反推力矩抵消法的实质，是沿垂直于汽缸轴线的平面，向汽缸体至少附加一种力，以造成与反推力矩相对的转动力矩。利用工作介质的压力作为附加力的力源，因为工作介质的压力约与汽缸功率成正比变化。所以，此种附加的转动力矩，将在汽缸的各种工况下与其反推力矩相等。

Description

本发明属于汽轮机（蒸汽透平）制造技术领域，具体说是属于汽轮机汽缸反推力矩的抵消方法。

本发明最适用于大功率汽轮机的高压汽缸与中压汽缸。

目前，由于工业对电力的需求日益增长，因而需要建造大功率和经济性好的汽轮机，用以驱动发电机。大功率汽轮机，均为多级式。汽轮机的若干级装于一个机壳内，从而形成汽缸体。汽缸的流道部分，则是由各级设备构成。依据流经流道的蒸汽特性参数不同，使汽缸分为高压缸、中压缸或低压缸。

随着功率的增大，汽轮机的几何尺寸与机壳的重量相应地增大。同时，其扭转力矩以及与此力矩等值而方向相反的，出现于汽轮机各级每一导流装置且作用于汽缸体的反推力矩，也相应地增大。而且，反推力矩增大的程度，比汽轮机几何尺寸与机壳重量的增大更为显著。

每一汽缸体，装在与地基相连的四个基座上，基座同时也限制壳体的上下垂直位移。其中至少有两个基座，实际是与汽缸纵轴线呈对称设置的两个基座限制着汽缸体的轴向位移。为了防止汽缸体在水平垂直于其纵轴线的平面上发生偏移，在汽缸体的每一端，至少有一个基座是设在与纵轴水平垂直的平面上。

由于汽缸体的重力作用，在限制汽缸体垂直位移的四个基座中，产生反作用力。设在汽缸纵轴线一侧两个基座的反作用力合量，与另一侧两基座反作用力合量本应相等，但由于反推力矩对汽缸体的作用，引起四个基座反作用力的重新分配，使一侧两基座的反作用力合量与另一侧两基座的反作用力合量出现差异。如果基座反作用力合量的差值，超过汽缸体的重量时，就会发生事故，即发生汽缸体与基座脱离。如果此种反作用力合量的差值达到壳体重量的10～15%时，则汽缸体因热膨胀而产生位移，从而在基座上会出现不同值的摩擦力。轴线一侧两基座上摩擦力的合量，将与另一侧两基座的摩擦力合量产生差值。两组基座摩擦力合量迭加的结果，会产生一种将汽缸体沿水平垂直于轴线的平面推移的力，以及使缸体沿平面扭转的力矩。这种力作用于汽缸体上，使其在基座中存在的间隙内移推。在此力持续作用下，基座产生变形与表面磨损。其结果将改变汽缸体的径向间隙，使缸体与主轴产生径向相对位移，从而使汽缸的经济效果下降。上述作用于汽缸体的扭转力矩，起初使缸体在限制其水平轴向位移的基座上存在的间隙范围内偏移。但在此力矩的继续作用下，缸体的热膨胀将在基座间隙内形成更大的摩擦力，从而会引起缸体基座的变形与表面磨损。其结果使缸体与主轴发生相对轴向偏移，其轴向间隙改变，这将更加降低汽缸的经济效果。

为了提高汽轮机的功率，从而出现了汽轮机反推力矩的抵消法（见A.B.

ег

яев所著《汽轮机》一书，莫斯科，动力出版社，1976年，第267页，图3-2）。

众所周知的一种方法是，沿水平垂直于缸体轴线的平面，向汽缸体至少附加一个力，以造成一种与反推力矩方向相对的转动力矩。一般是利用预压缩弹簧产生的力作为附加力。但弹簧的力是固定的，因而其所形成的力矩也是固定的，而汽缸的工况却是变化的。汽轮机运行时，其功率由零增至最大值，当然，其反推力矩亦将由零增至最大。例如，若选用作用力与最大反推力矩相等的预压缩弹簧，当然在汽轮机运行于最大功率的工况下，可将反推力矩全部抵消。但在汽轮机空转或小负荷运转时，反推力矩接近于零，而附加于汽缸体的转动力矩，仍然等于最大反推力矩。这样会使汽缸体基座承受与最大反推力矩作用时相同的载荷。

综上所述，应选用一种其内聚力所产生的力矩将等于最大反推力矩50%的弹簧。这样，当汽缸在最大功率的工况下运行时，只能抵消反推力矩的50%。而当汽缸在50%功率的工况下运行时，可完全抵消反推力矩。当汽缸在空转或小负荷工况下运转时，其壳体将承受等于50%反推力矩的附加转动力矩的作用。由此可见，利用此种方法，只能将汽缸体所受的反推力矩抵消50%。

利用上述方法，在不改变汽缸体原有外形尺寸和重量，以及在保持轴线两侧两组基座反作用力合量原有差值的情况下，可使汽缸的功率增大一倍。

本发明的目标是创立一种汽轮机汽缸反推力矩抵消法，它能在保持汽缸原有外形尺寸和壳体重量的条件下，使其功率提高两倍或更多倍。为此，要造成一种附加于汽缸体的力，它所形成的转动力矩能完全抵消汽缸在各种工况下所产生的反推力矩。

解决的方法如下。此种反推力矩消法的原理是，依照本发明的设计，沿水平垂直于汽缸轴线的平面，向汽缸体至少附加一种能形成旋转力矩的力，其方向与反推力矩相反，这种力是利用约与汽缸功率变化成正比的工作介质的压力来造成，它所形成的转动力矩在汽缸的各种工况下均与反推力矩相等。利用工作介质的压力作为附加力，而工作介质的压力是与汽缸功率成正比变化的，所以，形成的力与转动力矩亦将与汽缸的功率成正比。众所周知，反推力矩也是与汽缸功率成正比，因此，所附加的转动力矩亦应与反推力矩成正比。通过改变对汽缸体的附加力及其力臂，可以保证附加转动力矩与反推力矩相等。附加力的变化，可以通过改变工作介质压力所作用的面积来实现。当工作介质流经流道所产生的並由流道内导向装置构件传递给汽缸体的反推力矩，可由附加给汽缸体的转动力矩完全抵消。其结果是在水平设置的四个限定汽缸垂直位移的基座中，只有汽缸体的重量所造成反作用力。这样，沿汽缸纵轴线两侧设置的两组基座的反作用力合量之间，形成等值。反作用力合量的等值，将导致摩擦力的合量与合成摩擦力矩均等于零。

最好是利用气缸流道内工作介质的压力，作为汽缸体附加力的力源。这是因为汽缸流道内工作介质压力的变化，不仅在各种稳定工况下与功率成正比变化，而且在工况转变过程，如汽轮机停机或加足功率工况时，也能成正比变化。

本发明的实质，通过以下详细的文字阐述及实施方案图的具体范例，可以得到完全了解。实施方案见附图，其中：

图1.高压汽缸沿纵轴线的垂直剖面图;

图2.图1中箭头A向视图（比例缩小）;

图3.图2中Ⅲ-Ⅲ剖面图;

图4.图1中箭头B向视图（比例方大）;

图5.图2中箭头C向视图（比例放大）;

图6.图2中箭头D向视图;

图7.图3中箭头E向视图（比例放大）。

下面看一下本发明的反推力矩抵消法应用于1000兆瓦功率汽轮机分流式高压汽缸的举例。

高压汽缸包括壳体1（见图1），其中装有主轴2的一段和汽轮机各级，各级形成汽缸的流道。汽轮机各级分为五级3～7，沿蒸汽供汽轴线对称设置。

汽缸体1内设置有带突缘9的空心壳体8，其内为供汽室10。供汽室与蒸汽的供汽管11（见图2）相通。为了造成蒸汽分流，在供汽室内设有分流器12。为了防止从汽缸的流道部分向外漏气，在汽缸体1的两端装有两套内密封13和两套外密封14。第一级3，包括导流装置15和位于其后装在主轴2上的工作叶片16。导流装置由导向叶片17构成。每一导向叶片一端固定在轮缘18上，而轮缘则与供汽室壳体8的突缘9刚性连接;另一端则固装在与分流器12紧配装的缘体19上。

第二级4，包括导流装置20及位于其后的工作叶片21，工作叶片装在主轴2上。导流装置20由导向叶片22构成，每一导向叶片一端固定在与供汽室壳体8突缘24刚性连接的轮缘23上，另一端则固定在环抱主轴2的轴圈25上。

第三级5，包括导流装置26和装在主轴2上的工作叶片27。导流装置由导向叶片28构成，每个叶片的一端固定在与轮箍30刚性连接的轮缘29上，轮箍则装在缸体1上;另一端固定在轴圈31上。

第四级6，如上所述，包括导流装置32、工作叶片33、导向叶片34、轮缘35、轮箍36以及轴圈37构成。第五级7由导流装置38、工作叶片39、导向叶片40、轮缘41、轮箍42与轴圈43构成。

供汽室壳体8借助两条承重构件44固定在机壳1上。为了对供水进行预热，汽缸体1上装有：抽汽短管45，后者从两个环形腔46中抽汽，每个环形腔分别与第二级4的流道相通;两个从环形腔48取汽的排汽短管47，每个环形腔又与第三级5的流道相通;两个从环形腔50取汽的抽汽短管49，分别与第四级6的流道相通。每一环形腔46，通过承重构件44上开的窗口51又与短管45相通。

为了将高压汽缸中的废汽排出，如排至分离过热器（图中未标出），机壳1（见图2）上装有四个排汽支管52和四个支管53，并且，每对支管52和53彼此连接，形成四条，排汽总管54（见图3）。

为了防止汽缸体1（见图1）沿水平垂直于纵轴线的平面上位移，在壳体的两端设有凹槽55，凹槽位于垂直于纵轴线的平面上。主轴2装在滑动轴承上，每个轴承则装在轴承座56内，轴承座上装有垫板57，其上装有突块58（见图4），此突块则榫合入凹槽55之内。

为防止汽缸体1（见图2）产生垂直位移，缸体设置有四个爪形基座59～62，自由支持在基柱63～66上，基柱则固定在汽轮机的基础上。爪形基座59、60，此外还能限制壳体的轴向位移。爪形基座59内制有凹槽67（见图5），60内有凹槽68（见图6），其纵轴线均垂直于汽缸纵轴线，以限制汽缸体的轴向位移。基柱63（见图5）与基柱64（见图6）各制有突块69和70，分别与凹槽67和68相榫合。

为了补偿高压汽缸的反推力矩，在汽缸的结构上装设两个附件，形状类似伸缩管71（见图7），每个伸缩管的一端通过支座72顶接于排汽总管54（见图3及图7）的底部，另一端则固定在汽轮机基础承重结构梁73上。伸缩管的内腔通过管嘴74与连接管75以及接管嘴76（见图1），接在抽汽短管49上，与环形腔50相通。

当高压汽缸工作时，例如在额定工况下，蒸汽通过供汽管11（见图2），以60公斤/平方厘米的压力进入缸体8的供汽腔10（见图1）内。经分流器12的分流作用，使蒸汽分为两股汽流，分别进入汽轮机各级3～7的流道内，将压力能转变为驱动主轴2旋转的动能。蒸汽经过各级时，其压力逐级降低。在汽轮机级6的出口处，汽压为13公斤/平方厘米，而在级7的出口处，汽压降至5.5公斤/平方厘米。每股蒸汽流经导流装置15、20、26、32和38时，在其叶片17、22、28、34和40上相应地产生反推力矩，通过轮缘18、23、29、35和41，传递给突缘9和24以及轮箍30、36和42。继之，反推力矩传递到汽缸体1，趋使汽缸体沿逆时针方向转动（从基座59、60方向看，见图2）。反推力矩值达168000公斤厘米。与此同时，压力为13公斤/平方厘米的蒸汽，由腔室50通过抽汽短管49、接管嘴76、连接管75与接管嘴74（见图7），进入每个伸缩管71的腔内，并作用于面积为1410平方厘米的伸缩管底上。此时产生的力P达16920公斤，通过支座72、排汽总管54以及短管53和52（见图3），作用于汽缸体1上，造成力臂L为5米的转动力矩，转矩为84600公斤厘米，并沿顺时针方向作用（从基座59、60方向看，见图2）。由于装设两个伸缩管71，则附加给汽缸体1的总转动力矩达169200公斤厘米。

这样处理的结果，在高压汽缸运行于额定负荷工况下，可抵消反推力矩的99.3%。与此同样道理，对于高压汽缸的其他工况，比如50%负荷运转时可抵消97.6%，空转时可抵消96.9%，而在为冷凝器抽真空的工况下，可抵消95.8%的反推力矩。

Claims (2)

1、汽轮机汽缸反推力矩抵消法，实质是向汽缸体1沿垂直汽缸轴线的平面附加至少一种力，以造成与反推力矩相对的转动力矩，其特点是用工作介质的压力作为汽缸体1的附加力力源。因为工作介质的压力约与汽缸功率成正比变化，所以形成的上述转动力矩，可在汽缸各种运行工况下与反推力矩相等。

2、如权利要求1上所述的本汽轮机汽缸反推力矩抵消法，其特点在于利用汽缸流道内工作介质的压力造成一种作用于汽缸体1的附加力。

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