CN1139739C - 连接管段的装置和带有该装置的汽轮机 - Google Patents

Abstract

为了能用特别简单的方式多次分开和连接流过热高压介质(D)的管道(6)，尤其是流过蒸汽的管道的管段(6a、6b)，设置一个包括外法兰(2)和内法兰(3)的双层壁式法兰接头(1)，在外法兰与内法兰之间构成可流过冷却介质(K)的空隙(4)。此装置特别适用于连接汽轮机(23)的管段。

Description

连接管段的装置和带有该装置的汽轮机

技术领域

本发明涉及一种连接流过热高压介质的管道，尤其是流过蒸汽的管道的管段的装置。

背景技术

汽轮机的供汽管道通常针对高于500℃的蒸汽温度和高于300bar的蒸汽压力设计。在这类供汽管道中，在蒸汽输入管道与进汽阀门之间的连接部位通常实施焊接。当例如为了在汽轮机上装配或检查要拆开此连接时，管道必须机械地分开。这意味着，对于具有设在汽缸接合部上方的进汽口的汽轮机，在检查汽轮机时需要很大的附加费用。在装配时除了为连接部位的焊接和退火耗费时间外还存在着由于切口而使管道变短的问题，所以在重新进行连接时会在管道内引入不希望有的机械应力。

在德国专利文献DE-B-1 000 649中公开了一种用于连接其中有热介质流过的各管段的连接部位。这些管段由具有不同膨胀系数的材料制成。在该专利申请的图2中公开了一种具有一个环形通道的连接法兰。该环形通道可供冷却介质流过，由此可降低因热负荷对不同材料的管段所造成的不同程度的变形。此外在这篇文献中还公开了一种可减少管道直径的装入部件，它辅助性地隔离所述连接部位并由此阻止该连接部位直接与热介质接触。

在Epifanov等人发表的一篇论文中公开了一种带有橡胶装入部件的用于一个超高真空***的法兰密封。它在该真空***中的应用温度为450℃。该法兰密封具有一个供自来水流过的管道，以冷却橡胶密封件。否则该橡胶密封件在这样高的工作温度下根本无法使用。

在此位置通常采用传统的法兰连接，由于法兰内流过热的介质而在工作中带来很大的热量，因而导致法兰内部以及尤其是法兰螺钉所在区域内不可允许的热应力。因为法兰螺钉受到极高的热负荷，它们可能严重松驰。法兰螺钉的这种松驰又导致在接合部产生不希望的力损失，所以接合部对于流过管道的介质的高压往往不再能保持密闭。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种特别适用于连接流过热高压介质的管道，尤其是流过蒸汽的管道的管段的装置，借助这种装置克服了上述缺点。

上述技术问题按照本发明通过一种连接流过热高压介质的管道，尤其是流过蒸汽的管道的管段的装置来解决，它包括一个双层壁的法兰接头，用于在外法兰与内法兰之间构成可流过冷却介质的空隙，其中，该内法兰具有多个内法兰段并借助于一个设在各内法兰段之间的连接环设计为可热运动。

通过在空隙中供入冷却介质，例如空气、水或蒸汽，实际上在法兰接头内部形成了一个隔热衬垫。为冷却介质制备的管道***便也可用于往往在此类供汽管道中所设的中间抽吸装置。同样，在现有的汽轮机装置中，此中间抽吸装置也可用于法兰冷却。

端面有待相互连接的法兰部分由各管段的U形凸缘轮廓构成。为了刚性的传力连接，只是法兰接头的法兰外壁或外法兰借助于一些分布在法兰圆周上的法兰螺钉拧紧。在这种情况下两个彼此面对的外法兰段最好在端面设对应的凸肩或台阶轮廓，所以这两个法兰部分始终互相对齐。这就使法兰部分的组合容易得多。

两个内法兰段的热运动连接按简单的方式例如可设计为槽/键连接。在这种情况下特别恰当的是借助于置入内法兰段相应的轴向槽内的I形补偿或密封环的I形环连接，或借助于内法兰段搭接(倒扣)的内法兰活塞环式连接。

不过最好设角形环连接，它允许内法兰段彼此沿不同的运动方向相对运动。为此最好设一个横截面为L形的密封和补偿环，它可以吸收膨胀和同时造成密封。这种补偿环允许两个彼此面对的内法兰段既可沿管道的纵向也可横向于管道纵轴线相对运动。

此补偿环最好借助于一个螺纹环固定在内法兰段上。为此，在螺纹环的旋入状态，在有关的内法兰段与螺纹环凸肩轮廓之间构成一个安装补偿环一个边的径向的环槽。处于相对位置的内法兰段的轴向环槽用来安装补偿环的另一个边。基于这些互相垂直的膨胀缝或膨胀槽，允许沿两个互相垂直的方向相应地相对运动。在这种情况下补偿环为了滑动运动以很小的间隙被固定在槽中。这种借助于L形连接环的连接或密封方式，在内法兰段沿径向膨胀差较大和相对运动较大的情况下特别有利。

按另一种可供选择的方案，也可以设借助于装入内法兰段相应的凸肩状槽内的U形补偿或密封环的U形环连接。U形连接环特别适合于在内法兰段较短和存在起氧化皮危险的情况下使用。

采用本发明获得的优点主要是，通过这种双层壁式法兰接头以及在外法兰与内法兰之间构成一个形式上为流过冷却介质的空隙的冷却***，使得这种管道可以方便地多次分开和重新连接。因此，管道可设计用于最高的蒸汽状态(300bar/600℃)。由于空隙被一种最好经由设在法兰外壁中的通道输入和排出的冷却介质流过，所以热量可以既简单又可靠的方式从法兰接头排出。从而可靠地避免法兰螺钉不可允许的高热负荷和/或高机械负荷。

附图说明

下面借助于附图进一步说明本发明的实施方式，附图中：

图1：具有L形连接环的双层壁法兰接头的纵剖面；

图2至4：具有I形连接环、U形连接环或活塞环式连接的另一些法兰接头；

图5和6：在供蒸汽沿径向或螺旋形流入的汽轮机供汽管道中的法兰接头。

在所有的附图中彼此对应的部分用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1表示了一种包括外法兰2与内法兰3的双层壁式法兰接头1，在内法兰与外法兰之间形成空隙或一个冷却室4。外法兰2借助于法兰螺钉拧紧，图中只可视地示出其中一个法兰螺钉5。在管道6第一个管段6a上成形的法兰部分1a和成形在第二个管段6b上的第二法兰部分1b具有包括外法兰段2a、2b和内法兰段3a或3b的U形凸缘轮廓形状。为了在构成法兰接头1时达到两个法兰部分1a和1b对齐地定位，这两个外法兰段2a和2b在端面有一个分别与另一个对应的凸肩轮廓8。

在外法兰2的每一个外法兰段2a、2b中制有一个具有与空隙4连通的通道6a或6b的通孔。为了冷却外法兰2，通过用作冷却介质进口的通道7a向空隙4内输入一种冷却介质K，最好是蒸汽。在那里，通过内法兰3与流经管道6的热蒸汽D间接热交换而被加热的冷却介质K′，经用作冷却介质出口的通道7b离开空隙4。借助于以此方式提供的衬垫，以简单的方式可靠地避免了法兰螺钉5的松驰。

由于加工技术的原因，内法兰3的内法兰段3a和3b最好在焊接部位9a和9b连接在管段1a或1b上。但它们也可以在那里成形为一体。内法兰段3a或3b背对该焊接部位9a、9b的端侧自由端10a和10b彼此面对并构成一个环形间隙11。

内法兰3通过内法兰段3a或3b的端侧自由端10a、10b构成的连接区，借助于置入一个连接环设计成可热运动的。为此，在按图1所示的实施例中按角形环连接的方式设置一个横截面为L形的补偿环12，它蒸汽密封地封闭了在端面彼此相对的内法兰段3a和3b之间的环形间隙11。L形补偿环或密封环12通过它特殊的设计允许彼此面对的内法兰段3a、3b既沿径向的运动方向13又沿轴向的运动方向14相对运动。其中补偿环12的一个边12a轴向可运动地固定在内法兰段3a的轴向槽15中，而补偿环12的另一个边12b可沿径向运动地固定在内法兰段3b的径向槽16中。

补偿环12借助于螺纹环17固定在内法兰段3b上。为此具有L形凸缘轮廓的螺纹环17制有外螺纹18，它与在内法兰段3b内侧上对应的螺纹段19啮合。通过将螺纹环17沿螺纹18、19旋入可以调整径向槽16处的间隙。

因此补偿环12保证彼此面对的内法兰段3a、3b的热运动连接既有沿管道纵轴线20的运动自由度又有横向于管道纵轴线20的运动自由度。此外，补偿环12以较小的间隙固定在互相垂直布置的槽15和16中，使得既允许沿径向的运动方向13又允许沿轴向的运动方向14滑动运动。

内法兰段3a、3b相应的热运动连接，也可以通过按图2至4所示的其他一些环连接达到。为此图2表示了一种1形环连接，它具有一个置入内法兰3a或3b端面的轴向槽15a′、15b′中的I形密封或补偿环12′。这种方案在加工技术方面特别简单。

图3表示了另一种在加工技术方面能特别简单地制造的内法兰段3a、3b的热运动连接方案，它借助于一种U形环连接。其中，一个U形的密封和补偿环12″置入成形在内法兰段3a、3b端面的槽15a″或15b″中。与按图1的方案相比，这种方案特别适用于较短的内法兰段3a、3b。

图4表示了一种与按图1至3的设计相比在内法兰段3a、3b的结构方面作了修改的方案。在图4中，在此实施例左方的内法兰段3a为了倒扣住内法兰段3b设计得比较长。其中，此内法兰段3a在构成间隙的情况下扣住右方的内法兰段3b，所以再结合在此实施例中的两个密封环12，形成了一种按活塞环连接方式的结构。法兰接头1的这种与按图1至3的方案不同的非对称设计，在加工技术方面同样可以特别简单地实现。

图5示出在第一个进汽阀门21与设在汽轮机23中分面22上方的径向进汽段24之间的管道6的这种法兰接头1的位置。设在中分面22下方的第二个径向进汽段25与第二个进汽阀门26连接。这两个进汽阀门21和26位于一根公共的蒸汽管道27内。

法兰接头1在汽轮机23中分面22上方的位置或布局，允许为了装配和/或检查的目的简单地将汽轮机23的上汽缸28连同位于中分面22上方的管道6的管段6a一起提升。在按这样的方式装配时，汽轮机23的下汽缸29连同位于中分面22下方的管道6的管段6b位置固定地保持不动。为此只需要拆卸和分开法兰接头1，汽轮机或汽轮机段23的装配工作结束后接着可方便地重新连接此法兰接头。

图6表示在具有螺旋形进汽道的汽轮机23中法兰接头1的位置。在这种情况下，设在上汽缸28侧面的进汽段24连同位于中分面22上方的管道6的管段6a同样可以在拆卸和分开法兰接头1后取走。在上汽缸28与进汽阀门21一起被提起时，汽轮机23的下汽缸29连同在下面的同样设在侧面的进汽段25及进汽阀门26仍位置固定地在支承汽轮机23的基础30上保持不动。

双层壁式法兰接头1保证流过管道6的热压缩蒸汽D与建立起牢固但可拆式连接的外法兰2隔离开，而设计为可热运动的内法兰3则被蒸汽D直接流过。在这种情况下，在外法兰2中和在法兰螺钉5中的热量通过在空隙4中供入冷却或隔离介质K显著减少。通过将外法兰2与具有热运动连接的内法兰3在空间上隔离开，减少了压力沿径向传入法兰接头1的外法兰2中。此外，降低了外法兰2的热负荷并因而降低了法兰螺钉5的热负荷。

因此可靠地避免了由于管段6a、6b与法兰部分1a、1b不同的热膨胀引起中分面22隙裂以及由于高的热量引起的法兰螺钉5的严重松弛。除此之外，相应的连接部位，亦即管道6的管段6a和6b之间的连接，可方便和重复地打开和闭合。由于取消了连接部位的焊接和退火，从而降低了检查费用。还允许安全和可靠地多次分开和连接管道6的管段6a和6b。

Claims (11)

1.一种连接流过热高压介质(D)的管道(6)，尤其是流过蒸汽的管道的管段(6a、6b)的装置，它包括一个双层壁的法兰接头(1)，用于在外法兰(2)与内法兰(3)之间构成可流过冷却介质(K)的空隙(4)，其中，该内法兰(3)具有多个内法兰段(3a、3b)并借助于一个设在各内法兰段(3a、3b)之间的连接环(12、12′、12″、12)设计为可热运动。

2.按照权利要求1所述的装置，其中，外法兰(2)具有至少两个通入空隙(4)的通道(7a、7b)。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其中，与管段(6a、6b)连接的法兰部分(1a、1b)有一种包括外法兰段(2a、2b)和内法兰段(3a、3b)的U形凸缘轮廓。

4.按照权利要求1或2所述的装置，其中，第一个内法兰段(3a)有一个用于安装L形补偿环(12)第一边(12a)的轴向槽(15)，第二个内法兰段(3b)有一个用于安装L形补偿环(12)第二边(12b)的径向槽(16)。

5.按照权利要求1或2所述的装置，其中，第二个内法兰段(3b)为了构成一个可调的径向槽(16)装有一个具有L状凸缘轮廓的螺纹环(17)。

6.按照权利要求1或2所述的装置，其中，内法兰(3)的内法兰段(3a、3b)设计成用于安装一个I形补偿环(12′)。

7.按照权利要求1或2所述的装置，其中，内法兰(3)的内法兰段(3a、3b)设计成用于安装一个U形补偿环(12″)。

8.按照权利要求1或2所述的装置，其中，第一个内法兰段(3a)在构成间隙的情况下倒扣住第二个内法兰段(3b)，在这种情况下在内法兰段(3a、3b)之间至少装有一个密封环(12)。

9.按照权利要求1或2所述的装置，其中，外法兰(2)可借助法兰螺钉(5)拧紧。

10.按照权利要求1或2所述的装置，其中，外法兰(2)的外法兰段(2a、2b)具有在端面对应的台阶轮廓(8)。

11.一种汽轮机，其特征在于具有按照权利要求1至10中任一项所述装置。

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