一种降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机与流程

1.本发明涉及高中压合缸汽轮机技术领域，特别是涉及一种降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机。


背景技术：

2.针对高中压合缸的汽轮机组，为平衡高压通流和中压通流之间的推力，在高压缸进汽口和中压缸进汽口之间需设置相应的平衡活塞汽封(即“过桥汽封”)。该区域的密封结构多采用非接触式密封——迷宫式密封，该密封结构简单、性能稳定、安装简单、成本低廉等优势，因此广泛用于蒸汽轮机、燃气轮机、压缩机、鼓风机等叶轮机械中。
3.现有技术中采用整体式过桥汽封的蒸汽流通系统图如图1所示，具体的：
4.步骤1：主蒸汽从蒸汽发生器(通常为锅炉)中流出，经过主汽阀1后分为并联的两路，其中一路流经主调阀2进入高压缸进汽腔200中(定义为：主调阀后蒸汽008)，主调阀后蒸汽008进入到高压缸进汽腔200中后又分为两路，一路对高中压转子20上的动静叶膨胀通道做功(定义为：整体式高压内缸蒸汽通流340)，整体式高压内缸蒸汽通流340膨胀完成后进入到高压缸排汽腔202中。另一路进入到整体式过桥汽封8中(定义为：流经整体式过桥汽封泄漏的蒸汽300)，流经整体式过桥汽封泄漏的蒸汽300一部分进入高压缸排汽腔202中(定义为：过桥汽封出口至高压缸排汽腔的漏汽011)，另一部分进入到中压进汽侧平衡活塞汽封环9中(定义为：经中压进汽侧平衡活塞汽封环泄漏的蒸汽320)。
5.步骤2：经过主汽阀1后的另一路流经补汽阀5(定义为：补汽阀后蒸汽009)，补汽阀后蒸汽009通过补汽阀进汽接管26进入到补汽腔205中，并汇总进入到整体式高压内缸蒸汽通流340中，待膨胀完成后进入到高压缸排汽腔202中。
6.步骤3：高压缸排汽腔202中的主蒸汽进入到再热器11中(定义为：高压缸排汽腔至再热器的蒸汽012)，并进行再次加热升温转变成高品质再热主蒸汽，然后经过再热主汽阀3、再热主调阀4进入到中压缸进汽腔201中(定义为：再热主调阀后蒸汽007)，再热主调阀后蒸汽007进入到中压缸进汽腔201中并进行膨胀做功带动高中压转子20旋转(定义为：中压内缸蒸汽通流330)，中压内缸蒸汽通流330膨胀完成后进入到中压缸排汽腔204中，最终通过中压缸抽汽腔203或中压缸排汽腔204进行后续的工序。(再热主蒸汽通过中压缸抽汽腔203排出定义为：中压缸第一回热抽汽014；再热主蒸汽通过中压缸排汽腔204排出定义为：中压缸排汽腔的蒸汽015)。后续的工序可以是继续进入低压内缸中膨胀做功。
7.为提高发电机组的整体循环热效率，汽轮机的高压缸和中压缸进汽参数(压力和温度)由早期的亚临界、超临界提升至超超临界参数，而进汽口区域的部件一方面由于其高温服役环境影响，动、静部件之间的径向和轴向的绝对热膨胀和差胀值均比较大，动、静部件的热态运行间隙大，过桥汽封的进口侧与出口侧之间的压比也远大于其它区域如汽缸端部轴封区域，最终导致过桥汽封区域的漏汽量相对较大，其漏汽量可以达到主蒸汽流量的2-3％，实际运行期间，过桥汽封的实际蒸汽泄漏量可超出设计值3-4倍，而1％的主蒸汽流量泄漏会使得整机热耗率提高0.3％左右；另一方面，该区域的部件长期在高温环境下服役
后，也会产生较大的高温蠕变应变，动、静部件之间的对中度会产生较大的偏离，机组大修开缸检修维护时，经常发现该区域的汽封齿出现不同程度的磨损。如何降低高中压合缸汽轮机组过桥汽封漏汽量成为机组改造及机组新开发面临的重要课题。
8.目前对过桥汽封区域的技术完善主要集中在该区域的汽封环进行结构优化。例如现有技术中的过桥汽封除常用的非接触式迷宫汽封外，还有接触式汽封及蜂窝汽封。接触式汽封理论上可以实现无间隙运行，密封效果好，接触齿能实现自动跟踪、自动补偿，但易引起机组振动，启动困难，并且对大轴有一定的磨损，高温蠕变变形后，汽封间隙变大，引起泄漏量上升；蜂窝汽封结构相对于非接触式迷宫汽封，取消了汽封短齿，利用蜂窝带有效减小蒸汽泄漏量，但蜂窝带容易积垢，不易清理，导致失去密封功能，并且使用寿命短，蜂窝带面积大，间隙设置不当也会易引起动静碰磨。受接触式汽封和蜂窝汽封的弊端影响，目前高中压合缸的汽轮机组中大部分采用的仍然是非接触式密封汽封。
9.另外的，现有技术中申请号cn202110227226.5提出了一种减少过桥汽封漏汽量的结构，通过轴流旋转汽封结构对漏汽进行导流以形成高压涡旋阻挡漏汽倾泻至低压侧，轴流式汽封齿随转子转动，对汽封间隙内的漏汽不断周期性挤压，从而形成高压的涡旋和汽幕，阻挡漏汽外泄。
10.现有技术中申请号cn202221210737.2提出一种蒸汽发电设备的过桥汽封，包括环状汽封本体和设置于该环状汽封本体内的多个环状筋片，多个环状筋片间隔设置，环状汽封本体的内壁开设有第一环状凹槽，该凹槽沿环状汽封本体的周向延伸，凹槽的槽口与环状汽封本体的入口之间以及凹槽的槽口与环状汽封本体的出口之间均设有所述环状筋片，该过桥汽封为一体式结构。
11.综上而言，现有技术中降低过桥汽封漏汽量的方法主要是对汽封环上布置的汽封齿结构进行技术优化，其本质上也是基于迷宫式汽封对泄漏蒸汽的流动施加压差阻力，将驱动蒸汽泄漏的压差耗散为动能并最终耗散为热能来减少蒸汽的泄漏量的原理。相比常规的非接触式迷宫汽封环结构，上述两个专利提出的结构方案相对比较复杂，机加工成本也非常高，工程应用大面积推广难度也比较大。因此降低过桥汽封漏汽量的技术方案存在进一步优化的可能。


技术实现要素：

12.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机，将通过过桥汽封泄漏的主蒸汽调整为泄漏至某级抽汽腔或补汽腔中，通过分段逐级降压的方法，降低了过桥汽封的进、出口压比，降低了主蒸汽直接通过整体式过桥汽封泄漏至高压缸排汽腔的量，解决了现有技术中过桥汽封漏汽量大、高品质蒸汽中的热能被浪费、整机热耗率高的问题。
13.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降低漏汽量的分段式过桥汽封，应用于汽轮机中；所述汽轮机包括高中压外缸、整体式高压内缸、中压内缸、分段式过桥汽封、以及高中压转子，所述整体式高压内缸、中压内缸均设置在高中压外缸中、且分段式过桥汽封设置在整体式高压内缸和中压内缸之间；所述分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，所述整体式高压内缸包括若干个高压缸抽汽腔、以及若干个漏汽接管，若干个所述过桥汽封出口整流腔分别与若干个高压缸抽汽腔通过漏汽接管连通；主蒸汽进
入到整体式高压内缸中分为两路，一路主蒸汽在整体式高压内缸中膨胀做功带动高中压转子旋转，另一路主蒸汽进入到分段式过桥汽封中并通过若干个过桥汽封出口整流腔进入到若干个高压缸抽汽腔中回收利用。
14.优选的，所述整体式高压内缸还包括补汽腔，所述高中压外缸上还设置有补汽阀进汽接管，所述补汽阀进汽接管上设置有补汽阀，所述补汽阀进汽接管与补汽腔连通；任一所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔通过漏汽接管连通。
15.优选的，所述分段式过桥汽封包括两段式过桥汽封，所述过桥汽封出口整流腔的数量为一个，所述过桥汽封出口整流腔与任一个高压缸抽汽腔连通；或所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔连通。
16.优选的，所述漏汽接管的数量为至少一个，所述过桥汽封出口整流腔与任一个高压缸抽汽腔之间、或所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔之间均通过漏汽接管连通。
17.优选的，所述分段式过桥汽封包括三段式过桥汽封，所述过桥汽封出口整流腔的数量为两个，两个所述过桥汽封出口整流腔与任两个高压缸抽汽腔连通；或两个所述过桥汽封出口整流腔分别与补汽腔、以及任一个高压缸抽汽腔连通。
18.优选的，所述漏汽接管的数量为至少两个，两个所述过桥汽封出口整流腔与任两个高压缸抽汽腔之间、或两个所述过桥汽封出口整流腔分别与补汽腔以及任一个高压缸抽汽腔之间均通过漏汽接管连通。
19.为实现上述目的或其他目的，本发明还公开一种降低漏汽量的分段式过桥汽封的方法，步骤如下：
20.s1：确定整体式高压内缸进汽压力、整体式高压内缸排汽压力、以及中压内缸进汽压力三者的压力数据以及压比情况，结合分段式过桥汽封处的轴向布置空间，确定分段式过桥汽封分割的汽封段段数；
21.s2：根据整体式高压内缸进汽压力、整体式高压内缸排汽压力、各汽封段中汽封齿的结构参数、以及各汽封段轴向和径向的热态运行间隙数据，计算评估各过桥汽封出口整流腔压力以及对应各汽封段的漏汽量；
22.s3：结合各汽封段的漏汽量、漏汽接管的数量、漏汽接管选取的管径及管路布置，计算评估各过桥汽封出口整流腔到高压缸抽汽腔之间的管道压损，并且满足下述要求：各过桥汽封出口整流腔压力减去漏汽接管管道压损等于漏汽接管连接处高压缸抽汽腔的压力。
23.优选的，在步骤s3中，若各过桥汽封出口整流腔压力、漏汽接管管道压损、以及漏汽接管连接处高压缸抽汽腔的压力三者之间不能满足上述要求，应调整漏汽接管的管径、数量、以及管路布置，调节漏汽接管管道压损；或调节步骤s2中各汽封段中汽封齿的分布数，调节各过桥汽封出口整流腔压力。
24.为实现上述目的或其他目的，本发明还公开一种汽轮机，所述汽轮机包括上述的降低漏汽量的分段式过桥汽封。
25.优选的，所述汽轮机还包括高压缸进汽腔、高压缸排汽腔、中压缸进汽腔、中压缸排汽腔，主蒸汽通过所述高压缸进汽腔进入到整体式高压内缸中，主蒸汽在整体式高压内缸中膨胀做功带动高中压转子转动，主蒸汽膨胀做功完成后进入到高压缸排汽腔中；所述高压缸排汽腔中的主蒸汽流经再热器加热，通过中压缸进汽腔进入到中压内缸中；再次加
热的主蒸汽在中压内缸中膨胀做功带动高中压转子转动，再次加热的主蒸汽在中压内缸中膨胀做功完成后进入到中压缸排汽腔中，排出中压内缸。
26.优选的，所述高压缸排汽腔与高中压外缸之间还设置有高压排汽侧平衡活塞汽封环，所述高压缸排汽腔与中压内缸之间还设置有中压进汽侧平衡活塞汽封环，所述高压排汽侧平衡活塞汽封环与高中压外缸之间形成高压排汽侧平衡活塞汽封环出口整流腔，所述高压排汽侧平衡活塞汽封环出口整流腔与中压缸排汽腔之间通过平衡管连通。
27.如上所述，本发明涉及的降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机，具有以下有益效果：
28.本发明涉及的降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机，采用分段式过桥汽封、并且分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，所述整体式高压内缸上设置有若干个高压缸抽汽腔，从而将分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽通过高压缸抽汽腔再次进行热量利用。整体式高压内缸上也可以设置有补汽腔，过桥汽封出口整流腔与补汽腔连通，分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽通过补汽腔进入到整体式高压内缸中，从而对高中压转子膨胀做功，实现分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽的再次利用，解决了现有技术中过桥汽封漏汽量大、高品质蒸汽中的热能被浪费、整机热耗率高的问题。
附图说明
29.图1为现有技术中采用整体式过桥汽封时的蒸汽流通原理图；(包含补汽腔)
30.图2为本发明中采用两段式过桥汽封时的蒸汽流通原理图；
31.图3为本发明中采用两段式过桥汽封时高中压合缸汽轮机的剖视图；
32.图4为图3中两段式过桥汽封处的放大图；
33.图5为采用两段式过桥汽封时整体式高压内缸的三维结构示意图；
34.图6为本发明中采用三段式过桥汽封时的蒸汽流通原理图；
35.图7为本发明中采用三段式过桥汽封时高中压合缸汽轮机的剖视图；
36.图8为图7中三段式过桥汽封处的放大图；
37.图9为采用三段式过桥汽封时整体式高压内缸的三维结构示意图；
38.图10为本发明中采用两段式过桥汽封时的蒸汽流通原理图；(整体式高压内缸不包括补汽腔)
39.图11为本发明中采用三段式过桥汽封时的蒸汽流通原理图；(整体式高压内缸不包括补汽腔)
40.附图标记说明：
41.[0042][0043]
具体实施方式
[0044]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0045]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0046]
如图2-图11所示，本发明提供一种降低漏汽量的分段式过桥汽封，应用于汽轮机中；汽轮机包括高中压外缸21、整体式高压内缸6、中压内缸7、分段式过桥汽封、以及高中压
转子20，整体式高压内缸6、中压内缸7均设置在高中压外缸21中、且分段式过桥汽封设置在整体式高压内缸6和中压内缸7之间；分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，整体式高压内缸6包括若干个高压缸抽汽腔206，若干个过桥汽封出口整流腔分别与若干个高压缸抽汽腔206连通；主蒸汽进入到整体式高压内缸6中分为两路，一路作为整体式高压内缸蒸汽通流340在整体式高压内缸6中膨胀做功带动高中压转子20旋转，另一路进入到分段式过桥汽封中并通过若干个过桥汽封出口整流腔进入到若干个高压缸抽汽腔206中回收利用。
[0047]
本发明涉及的降低漏汽量的分段式过桥汽封，整体式高压内缸6中通入的主蒸汽进入到分段式过桥汽封中时，会在分段式过桥汽封的过桥汽封出口整流腔中汇合进入到高压缸抽汽腔206中，通过高压缸抽汽腔206将泄漏的高品质蒸汽进行一定量的回收利用，解决现有技术中过桥汽封漏汽量大、高品质漏汽的热能被浪费、汽轮机热耗率高的问题。
[0048]
优选的，如图2、图3、图6、图7所示，本发明涉及的降低漏汽量的分段式过桥汽封，应用于汽轮机中，汽轮机还包括高压缸进汽腔200、高压缸排汽腔202、中压缸进汽腔201、中压缸排汽腔204；汽轮机的外侧还设置有再热器11，再热器11用于对蒸汽进行加热。主蒸汽通过高压缸进汽腔200进入到整体式高压内缸6中，主蒸汽在整体式高压内缸6中膨胀做功形成整体式高压内缸蒸汽通流340带动高中压转子20转动，主蒸汽膨胀做功完成后进入到高压缸排汽腔202中；高压缸排汽腔202中的主蒸汽流经再热器11加热，通过中压缸进汽腔201进入到中压内缸7中；再次加热的主蒸汽在中压内缸7中膨胀做功形成中压内缸蒸汽通流330带动高中压转子20转动，再次加热的主蒸汽在中压内缸7中膨胀做功完成后进入到中压缸排汽腔204中，排出中压内缸7。进一步的，主蒸汽的流动管道上还设置有主汽阀1、主调阀2，主汽阀1用来控制主蒸汽进入到汽轮机的通断，主调阀2用来控制主蒸汽进入到汽轮机中的流量。
[0049]
优选的，如图3、图7所示，高压缸排汽腔202与高中压外缸21之间还设置有高压排汽侧平衡活塞汽封环10，高压缸排汽腔202与中压内缸7之间还设置有中压进汽侧平衡活塞汽封环9，高压排汽侧平衡活塞汽封环10与高中压外缸21之间的腔体与中压缸排汽腔204之间通过平衡管连通。进一步的，高中压外缸21的左端内壁与高中压转子20之间还设置有左侧内部端部汽封体22，高中压外缸21的左端外壁与高中压转子20之间还设置有左侧外部端部汽封体23，高中压外缸21的右端内壁与高中压转子20之间还设置有右侧内部端部汽封体24，高中压外缸21的右端外壁与高中压转子20之间还设置有右侧外部端部汽封体25。本技术中设置高压排汽侧平衡活塞汽封环10、中压进汽侧平衡活塞汽封环9用于将整体式高压内缸6与中压内缸7隔绝开，避免主蒸汽从整体式高压内缸6直接进入到中压内缸7中。设置左侧内部端部汽封体22、左侧外部端部汽封体23、右侧内部端部汽封体24、右侧外部端部汽封体25用于将整体式高压内缸6和中压内缸7、高中压外缸21、外部空气三者之间进行隔绝，避免整体式高压内缸6、中压内缸7的蒸汽泄漏至高中压外缸21中，避免高中压外缸21中的蒸汽泄漏至外部空气中，避免热量的流失。
[0050]
优选的，如图3-图9所示，整体式高压内缸6还包括补汽腔205，任一过桥汽封出口整流腔还与补汽腔205连通；高中压外缸21上还设置有补汽阀进汽接管26，补汽阀进汽接管26上设置有补汽阀5，补汽阀进汽接管26与补汽腔205连通；补汽腔205、补汽阀5用于补充整体式高压内缸6中的蒸汽量，保证整体式高压内缸蒸汽通流340在整体式高压内缸6中膨胀
做功。
[0051]
进一步的，本技术中的分段式过桥汽封分为两段式过桥汽封80和三段式过桥汽封800，本技术中的整体式高压内缸6具有补汽腔205和不具有补汽腔205两种结构实施例，因此本技术中具有如下几种实施例：
[0052]
1、第一实施例：分段式过桥汽封为两段式过桥汽封80
[0053]
如图2-图4、图10所示，分段式过桥汽封设置为两段式过桥汽封80，两段式过桥汽封80包括第一过桥汽封段100、以及第二过桥汽封段101，过桥汽封出口整流腔的数量为一个，定义为第一过桥汽封出口整流腔208，第一过桥汽封出口整流腔208设置在第一过桥汽封段100的出口、以及第二过桥汽封段101的进口之间；第一过桥汽封出口整流腔208与补汽腔205或任一高压缸抽汽腔206连通。
[0054]
进一步的，第一过桥汽封段100由五圈常规非接触式迷宫汽封环组成，第二过桥汽封段101由三圈常规非接触式迷宫汽封环组成。本实施例中的两段式过桥汽封80环采用“五+三”汽封环组合，具体可结合分段点处的压力、汽封环结构及漏汽量控制目标进行多种组合。
[0055]
此时整体式高压内缸6具有补汽腔205、以及不具有补汽腔205两种情况。现分别对两种情况进行分析：
[0056]
1.1、整体式高压内缸6具有补汽腔205
[0057]
如图2所示，在1.1实施例中，汽轮机中蒸汽流动原理如下：
[0058]
步骤1：主蒸汽从蒸汽发生器(通常为锅炉)中流出，经过主汽阀1后分为并联的两路，其中一路流经主调阀2进入高压缸进汽腔200中(定义为：主调阀后蒸汽008)，主调阀后蒸汽008进入到高压缸进汽腔200中后又分为两路，一路对高中压转子20上的动静叶膨胀通道做功(定义为：整体式高压内缸蒸汽通流340)，整体式高压内缸蒸汽通流340膨胀完成后进入到高压缸排汽腔202中。另一路进入到第一过桥汽封段100中(定义为：流经第一过桥汽封段的泄漏蒸汽301)，流经第一过桥汽封段的泄漏蒸汽301一部分进入第一过桥汽封出口整流腔208中，另一部分进入到第二过桥汽封段101中(定义为：流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302)。
[0059]
步骤2：经过主汽阀1后的另一路流经补汽阀5(定义为：补汽阀后蒸汽009)，补汽阀后蒸汽009通过补汽阀进汽接管26进入到补汽腔205中，并与第一过桥汽封出口整流腔208的蒸汽汇总进入到整体式高压内缸蒸汽通流340中，待膨胀完成后进入到高压缸排汽腔202中。
[0060]
步骤3：步骤1中流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302又分为两部分，一部分进入高压缸排汽腔202中(定义为：过桥汽封出口至高压缸排汽腔的漏汽011)，另一部分进入到中压进汽侧平衡活塞汽封环9中(定义为：经中压进汽侧平衡活塞汽封环泄漏的蒸汽320)。
[0061]
步骤4：高压缸排汽腔202中的主蒸汽进入到再热器11中(定义为：高压缸排汽腔至再热器的蒸汽012)，并进行再次加热升温转变成高品质再热主蒸汽，然后经过再热主汽阀3、再热主调阀4进入到中压缸进汽腔201中(定义为：再热主调阀后蒸汽007)，再热主调阀后蒸汽007进入到中压缸进汽腔201中并进行膨胀做功带动高中压转子20旋转(定义为：中压内缸蒸汽通流330)，中压内缸蒸汽通流330膨胀完成后进入到中压缸排汽腔204中，最终通过中压缸抽汽腔203或中压缸排汽腔204进行后续的工序。(再热主蒸汽通过中压缸抽汽腔
203排出定义为：中压缸第一回热抽汽014；再热主蒸汽通过中压缸排汽腔204排出定义为：中压缸排汽腔的蒸汽015)。
[0062]
在1.1的实施例中，第一过桥汽封出口整流腔208与补汽腔205连通。
[0063]
1.2、整体式高压内缸6不具有补汽腔205
[0064]
如图10所示，在1.2实施例中，汽轮机中蒸汽流动原理如下：
[0065]
步骤1：主蒸汽从蒸汽发生器(通常为锅炉)中流出，经过主汽阀1、主调阀2进入高压缸进汽腔200中(定义为：主调阀后蒸汽008)，即不具有补汽腔205的主蒸汽直接进入到高压缸进汽腔200中，仅有一路蒸汽。步骤1的剩余步骤与1.1中步骤1相同；
[0066]
步骤2：进入第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽进入到任一高压缸抽汽腔206中(定义为：经过第一漏汽接管的蒸汽020)，进行高品质蒸汽的热能回收利用。
[0067]
步骤3：该步骤与1.1中步骤3相同，此处不做重复描述；
[0068]
步骤4：该步骤与1.1中步骤4相同，此处不做重复描述。
[0069]
进一步的，在1.2实施例中，步骤2中的高压缸抽汽腔206共有两个独立的腔室，高压缸抽汽腔206中的两个独立腔室的蒸汽分别为高压缸第一回热抽汽006、高压缸第二回热抽汽013，其中高压缸第一回热抽汽006的压力大于高压缸第二回热抽汽013的压力。
[0070]
在1.2的实施例中，第一过桥汽封出口整流腔208与高压缸抽汽腔206中的某一个独立的腔室连通。
[0071]
进一步的，如图5所示，在两段式过桥汽封80的实施例中，漏汽接管均定义为第一漏汽接管27，第一漏汽接管27的数量为两个。因第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽压力高于高压缸抽汽腔206或补汽腔205内的蒸汽压力，因此第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽会沿第一漏汽接管27进入高压缸抽汽腔206或补汽腔205中(定义为经过第一漏汽接管的蒸汽020)。
[0072]
进一步的，考虑到连接在整体式高压内缸6的漏汽接管进、出口处的热膨胀差异，第一漏汽接管27采用类似蛇形管结构，第一漏汽接管27与整体式高压内缸6之间采用对接焊方式固定。结合第一漏汽接管27内泄漏蒸汽的流速及阻力损失，第一漏汽接管27布置在整体式高压内缸6的上半缸，这样可以忽略第一漏汽接管27的疏水问题，从而可简化管路系统。
[0073]
2、第二实施例：分段式过桥汽封为三段式过桥汽封800
[0074]
如图6、图8、图9、图11所示，分段式过桥汽封设置为三段式过桥汽封800，包括第一过桥汽封段100、第二过桥汽封段101、以及第三过桥汽封段102，过桥汽封出口整流腔的数量为两个，定义为第一过桥汽封出口整流腔208、以及第二过桥汽封出口整流腔209，第一过桥汽封出口整流腔208设置在第一过桥汽封段100的出口、以及第二过桥汽封段101的进口之间；第二过桥汽封出口整流腔209设置在第二过桥汽封段101的出口、以及第三过桥汽封段102的进口之间；第一过桥汽封出口整流腔208、第二过桥汽封出口整流腔209分别与两级高压缸抽汽腔206连通，或第一过桥汽封出口整流腔208与补汽腔205连通、第二过桥汽封出口整流腔209与任一级高压缸抽汽腔206连通。
[0075]
进一步的，第一过桥汽封段100由五圈常规非接触式迷宫汽封环组成，第二过桥汽封段101由两圈常规非接触式迷宫汽封环组成，第三过桥汽封段102由一圈常规非接触式迷宫汽封环组成。本实施例中的三段式过桥汽封800环采用“五+二+一”汽封环组合，具体可结
合分段点处的压力、汽封环结构及漏汽量控制目标进行多种组合。
[0076]
2.1、整体式高压内缸6具有补汽腔205
[0077]
如图6所示，在2.1实施例中，汽轮机中的蒸汽流动原理如下：
[0078]
步骤1：该步骤1与1.1实施例中的步骤1相同，在此不做重复描述；
[0079]
步骤2：步骤1中流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302一部分进入第二过桥汽封出口整流腔209中，另一部分进入到第三过桥汽封段102中(定义为：流经第三过桥汽封段的泄漏蒸汽303)；
[0080]
步骤3：经过主汽阀1后的另一路流经补汽阀5(定义为：补汽阀后蒸汽009)，补汽阀后蒸汽009通过补汽阀进汽接管26进入到补汽腔205中，并与第一过桥汽封出口整流腔208的蒸汽汇总进入到整体式高压内缸蒸汽通流340中，待膨胀完成后进入到高压缸排汽腔202中。第二过桥汽封出口整流腔209的蒸汽汇入到高压缸抽汽腔206中(定义为：经过第二漏汽接管的蒸汽021)；
[0081]
步骤4：步骤2中流经第三过桥汽封段的泄漏蒸汽303又分为两部分，一部分进入高压缸排汽腔202中(定义为：过桥汽封出口至高压缸排汽腔的漏汽011)，另一部分进入到中压进汽侧平衡活塞汽封环9中(定义为：经中压进汽侧平衡活塞汽封环泄漏的蒸汽320)；
[0082]
步骤5：该步骤5与1.1实施例中的步骤4相同，在此不做重复描述。
[0083]
在2.1的实施例中，第一过桥汽封出口整流腔208与补汽腔205连通，第二过桥汽封出口整流腔209与高压缸抽汽腔206连通。
[0084]
2.2、整体式高压内缸6不具有补汽腔205
[0085]
如图11所示，在2.2实施例中，汽轮机中的蒸汽流动原理如下：
[0086]
步骤1：该步骤1与1.2实施例中的步骤1相同，在此不做重复描述；
[0087]
步骤2：步骤1中流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302一部分进入第二过桥汽封出口整流腔209中，另一部分进入到第三过桥汽封段102中(定义为：流经第三过桥汽封段的泄漏蒸汽303)；
[0088]
步骤3：进入第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽进入到任一高压缸抽汽腔206中(定义为：经过第一漏汽接管的蒸汽020)，进行高品质蒸汽的热能回收利用；进入第二过桥汽封出口整流腔209中的蒸汽进入到另一高压缸抽汽腔206中(定义为：经过第二漏汽接管的蒸汽021)；
[0089]
步骤4：步骤2中流经第三过桥汽封段的泄漏蒸汽303又分为两部分，一部分进入高压缸排汽腔202中(定义为：过桥汽封出口至高压缸排汽腔的漏汽011)，另一部分进入到中压进汽侧平衡活塞汽封环9中(定义为：经中压进汽侧平衡活塞汽封环泄漏的蒸汽320)；
[0090]
步骤5：该步骤5与1.2实施例中的步骤4相同，在此不做重复描述。
[0091]
进一步的，步骤3中的高压缸抽汽腔206共有两个独立的腔室级，两级高压缸抽汽腔206中的两个独立腔室的蒸汽分别为高压缸第一回热抽汽006、高压缸第二回热抽汽013，其中高压缸第一回热抽汽006的压力大于高压缸第二回热抽汽013的压力。
[0092]
在2.2的实施例中，第一过桥汽封出口整流腔208、第二过桥汽封出口整流腔209分别与两独立腔室形成的高压缸第一回热抽汽006、高压缸第二回热抽汽013连通。
[0093]
进一步的，综合2.1和2.2实施例，如图9所示，在三段式过桥汽封800的实施例中，漏汽接管定义为第一漏汽接管27、第二漏汽接管28，第一漏汽接管27的数量为两个(设置在
第一过桥汽封出口整流腔208上)，第二漏汽接管28的数量为两个(设置在第二过桥汽封出口整流腔209上)。因第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽、以及第二过桥汽封出口整流腔209中的蒸汽压力分别高于高压缸抽汽腔206或补汽腔205内的蒸汽压力，因此第一过桥汽封出口整流腔208中的蒸汽会沿第一漏汽接管27进入高级别高压缸抽汽腔206或补汽腔205中，第二过桥汽封出口整流腔209中的蒸汽会沿第二漏汽接管28进入低级别高压缸抽汽腔206中。
[0094]
进一步的，考虑到整体式高压内缸6各漏汽接管的进、出口的热膨胀差异，第一漏汽接管27、第二漏汽接管28均采用类似蛇形管结构，各漏汽接管与整体式高压内缸6之间均采用对接焊方式固定。与第一漏汽接管类似，结合第二漏汽接管28内泄漏蒸汽的流速及阻力损失，第二漏汽接管28也布置在整体式高压内缸6的上半缸，这样可以忽略第二漏汽接管28的疏水问题，从而可简化管路系统。
[0095]
进一步的，在上述的实施例中，平衡管用来连通高压排汽侧平衡活塞汽封环10与高中压外缸21之间的腔体与中压缸排汽腔204(定义为：平衡管蒸汽010)，用于平衡高中压转子20的轴向推力。通过开启或调整补汽阀5的阀门开度实现机组调频或机组高背压工况下满负荷出力要求。当补汽阀5关闭后，仅存在经过第一漏汽接管的蒸汽020汇入补汽腔205中。
[0096]
为实现上述目的或其他目的，本发明还公开一种降低漏汽量的分段式过桥汽封的方法，步骤如下：
[0097]
a1：结合整体式高压内缸进汽压力p1、中压内缸进汽压力p2、补汽腔压力p3、整体式高压内缸抽汽压力p4、整体式高压内缸排汽压力p5、中压内缸排汽压力p6等热力参数，确定分段式过桥汽封的布置与组合方式；尤其结合整体式高压内缸进汽压力p1、整体式高压内缸排汽压力p5、及中压内缸排汽压力p6的具体压力数据及压比情况，并结合分段式过桥汽封的总的轴向空间情况，确定分段式过桥汽封的组合形式；
[0098]
a2：根据整体式高压内缸进汽压力p1、中压内缸进汽压力p2、各汽封段中汽封齿结构参数、及各汽封段轴向和径向的热态运行间隙数据，计算各汽封环组合段的进、出口处的压力p
ij
、各汽封段的各自总漏汽量mi以及各汽封段在对应汽封结构及热力参数边界下的临界压比p
ki
；(i、j分别代表第i个汽封段，j取值0代表某汽封段的进口处、取值1代表某汽封段的出口处；汽封段的出口压力选取应避免达到临界状态)
[0099]
a3：根据分段式过桥汽封各汽封段的漏汽量mi、出口压力p
ij
及汇入通流点处的压力qi，计算若干个漏汽接管内的蒸汽压损δp，确定漏汽接管的管径、流速及漏汽接管走向及相关结构设计；管道压损δp、出口压力p
ij
及汇入通流点处的压力qi三者之间应满足qi+δp＝p
ij
关系；
[0100]
a4：计算采用分段式过桥汽封时蒸汽漏汽量数据；计算采用整体式过桥汽封8时蒸汽漏汽量数据，并对两者进行对比。
[0101]
步骤a3中汇入通流点处的压力qi不仅包括高压缸抽汽腔206与漏汽接管的连接处的压力，也包括补汽腔205与漏汽接管的连接处的压力。
[0102]
步骤a4中涉及的漏汽量指整体式高压内缸6中的主蒸汽经过过桥汽封(包括整体式过桥汽封8、以及分段式过桥汽封)进入到高压缸排汽腔202中的量。
[0103]
现采用第一实施例中的两段式过桥汽封80、以及第三实施例中的三段式过桥汽封
800分别与采用整体式过桥汽封8的漏汽量进行对比；具体如下：
[0104]
①
、首先，对比设定的前提为：具有相同结构的非接触式迷宫式汽封环、汽封齿之间的轴向热态运行间隙、径向热态运行间隙分别相同；整体式高压内缸进汽压力p1为23.6mpa(a)、补汽腔压力p3为10.427mp(a)、整体式高压内缸排汽压力p5为4.436mpa(a)。在过桥汽封特定的轴向布置空间内，整体式过桥汽封8可布置九圈汽封环；两段式过桥汽封80因设置第一过桥汽封出口整流腔208而最多可布置“五+三”，共计八圈汽封环；三段式过桥汽封800最多可布置“五+二+一”，共计八圈汽封环。
[0105]
②
、当采用整体式过桥汽封8时，流经整体式过桥汽封泄漏的蒸汽300的理论计算值为8.46kg/s(也即30.47t/h)；
[0106]
③
、当采用两段式过桥汽封80时，流经第一过桥汽封段的泄漏蒸汽301的理论计算值为10.37kg/s，流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302的理论计算值为5.95kg/s(也即21.43t/h)，从第一过桥汽封出口整流腔208经过第一漏汽接管的蒸汽020进入补汽腔205的蒸汽理论计算值为4.42kg/s(即10.37-5.95＝4.42)，也即从整体式高压内缸6通过两段式过桥汽封80的蒸汽的量为5.95kg/s，相较于整体式过桥汽封8的蒸汽量下降了30％(1-5.95/8.46*100％)，大约有42.6％(4.42/10.37*100％)的蒸汽经过第一漏汽接管27重新进入补汽腔205中，汇合到整体式高压内缸蒸汽通流340中继续膨胀做功；
[0107]
④
、当采用三段式过桥汽封800时，设定整体式高压内缸抽汽压力p4为6.75mpa(a)，流经第一过桥汽封段的泄漏蒸汽301的理论计算值为10.37kg/s，流经第二过桥汽封段的泄漏蒸汽302的理论计算值为6.14kg，经过第一漏汽接管的蒸汽020进入补汽腔205的量为4.23kg/s(10.37-6.14＝4.23)，流经第三过桥汽封段的泄漏蒸汽303的理论计算值为5.55kg/s(也即20t/h)，经过第二漏汽接管的蒸汽021的理论计算值为0.59kg/s(6.14-5.55＝0.59)，相较于整体式过桥汽封8的蒸汽量下降了34％(1-5.55/8.46*100％)。
[0108]
综上可知：采用分段式过桥汽封，并且在分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，对过桥汽封中的泄漏蒸汽进一步分段逐渐降压、节流，并通过若干个过桥汽封出口整流腔引入到补汽腔205或高压缸抽汽腔206中，在保证抽汽参数要求的基础上，整体式高压内缸6中有更多的主蒸汽进行膨胀做功，进一步提高了整体式高压内缸6的通流效率。
[0109]
为实现上述目的或其他目的，本发明还涉及一种汽轮机，汽轮机包括上述的降低漏汽量的分段式过桥汽封。
[0110]
本发明涉及的降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机，具有如下有益效果：
[0111]
1、本技术基于目前具有大量工程应用业绩、结构简单和加工、制造成本可控、具有较为稳定运行性能的非接触式迷宫式汽封环，通过将整体式过桥汽封8分段成多个汽封段、以及多个过桥汽封出口整流腔，采用逐级降压节流，最大程度降低过桥汽封的总漏汽量。
[0112]
2、通过引入合适的通流级压力参数，在适宜的压比下，可回收各汽封段的高品质漏汽继续返回通流中继续膨胀做功，实现能量的梯级利用，可进一步保障汽轮机各汽缸的缸效水平。
[0113]
3、本技术充分利用高中压合缸汽轮机的结构，尤其是整体式高压内缸的结构、高压缸抽汽腔206、补汽腔205的布置特点，从整个汽缸模块角度提出降低过桥汽封区域总漏
汽量的控制方法，并将该高品质漏汽进行再利用。
[0114]
4、本技术实现分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽的再次利用，解决了现有技术中过桥汽封漏汽量大、高品质蒸汽中的热能被浪费、整机热耗率高的问题。
[0115]
5、本技术中的汽轮机机组长期服役后，分段式过桥汽封中各汽封段的蒸汽泄漏量增加，但由于再次回收并进入通流继续膨胀做功，其对整个整体式高压内缸6的通流效率的影响基本可忽略不计，该布置方式优于常规整体式过桥汽封8。
[0116]
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0117]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种降低漏汽量的分段式过桥汽封，应用于汽轮机中；其特征在于：所述汽轮机包括高中压外缸(21)、整体式高压内缸(6)、中压内缸(7)、分段式过桥汽封、以及高中压转子(20)，所述整体式高压内缸(6)、中压内缸(7)均设置在高中压外缸(21)中、且分段式过桥汽封设置在整体式高压内缸(6)和中压内缸(7)之间；所述分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，所述整体式高压内缸(6)包括若干个高压缸抽汽腔(206)、以及若干个漏汽接管，若干个所述过桥汽封出口整流腔分别与若干个高压缸抽汽腔(206)通过漏汽接管连通；主蒸汽进入到整体式高压内缸(6)中分为两路，一路主蒸汽在整体式高压内缸(6)中膨胀做功带动高中压转子(20)旋转，另一路主蒸汽进入到分段式过桥汽封中并通过若干个过桥汽封出口整流腔进入到若干个高压缸抽汽腔(206)中回收利用。2.根据权利要求1所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封，其特征在于：所述整体式高压内缸(6)还包括补汽腔(205)，所述高中压外缸(21)上还设置有补汽阀进汽接管(26)，所述补汽阀进汽接管(26)上设置有补汽阀(5)，所述补汽阀进汽接管(26)与补汽腔(205)连通；任一所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔(205)通过漏汽接管连通。3.根据权利要求1或2所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封，其特征在于：所述分段式过桥汽封包括两段式过桥汽封(80)，所述过桥汽封出口整流腔的数量为一个，所述过桥汽封出口整流腔与任一个高压缸抽汽腔(206)连通；或所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔(205)连通。4.根据权利要求3所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封，其特征在于：所述漏汽接管的数量为至少一个，所述过桥汽封出口整流腔与任一个高压缸抽汽腔(206)之间、或所述过桥汽封出口整流腔与补汽腔(205)之间均通过漏汽接管连通。5.根据权利要求1或2所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封，其特征在于：所述分段式过桥汽封包括三段式过桥汽封(800)，所述过桥汽封出口整流腔的数量为两个，两个所述过桥汽封出口整流腔与任两个高压缸抽汽腔(206)连通；或两个所述过桥汽封出口整流腔分别与补汽腔(205)、以及任一个高压缸抽汽腔(206)连通。6.根据权利要求5所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封，其特征在于：所述漏汽接管的数量为至少两个，两个所述过桥汽封出口整流腔与任两个高压缸抽汽腔(206)之间、或两个所述过桥汽封出口整流腔分别与补汽腔(205)以及任一个高压缸抽汽腔(206)之间均通过漏汽接管连通。7.一种降低漏汽量的分段式过桥汽封的方法，采用权利要求1-6任一项所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封；其特征在于：步骤如下：s1：确定整体式高压内缸(6)进汽压力、整体式高压内缸(6)排汽压力、以及中压内缸(7)进汽压力三者的压力数据以及压比情况，结合分段式过桥汽封处的轴向布置空间，确定分段式过桥汽封分割的段数；s2：根据整体式高压内缸(6)进汽压力、整体式高压内缸(6)排汽压力、各汽封段中汽封齿的结构参数、以及各汽封段轴向和径向的热态运行间隙数据，计算评估各过桥汽封出口整流腔压力以及对应各汽封段的漏汽量；s3：结合各汽封段的漏汽量、漏汽接管的数量、漏汽接管选取的管径及管路布置，计算评估各过桥汽封出口整流腔到高压缸抽汽腔(206)之间的管道压损，并且满足下述要求：各
过桥汽封出口整流腔压力减去漏汽接管管道压损等于漏汽接管连接处高压缸抽汽腔(206)的压力。8.根据权利要求7所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封的方法，其特征在于：在步骤s3中，若各过桥汽封出口整流腔压力、漏汽接管管道压损、以及漏汽接管连接处高压缸抽汽腔(206)的压力三者之间不能满足上述要求，应调整漏汽接管的管径、数量、以及管路布置，调节漏汽接管管道压损；或调节步骤s2中各汽封段中汽封齿的分布数，调节各过桥汽封出口整流腔压力。9.一种汽轮机，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的降低漏汽量的分段式过桥汽封。10.根据权利要求9所述的汽轮机，其特征在于：还包括高压缸进汽腔(200)、高压缸排汽腔(202)、中压缸进汽腔(201)、中压缸排汽腔(204)，所述高压缸排汽腔(202)与高中压外缸(21)之间还设置有高压排汽侧平衡活塞汽封环(10)，所述高压缸排汽腔(202)与中压内缸(7)之间还设置有中压进汽侧平衡活塞汽封环(9)，所述高压排汽侧平衡活塞汽封环(10)与高中压外缸(21)之间形成高压排汽侧平衡活塞汽封环出口整流腔(207)，所述高压排汽侧平衡活塞汽封环出口整流腔(207)与中压缸排汽腔(204)之间通过平衡管连通。

技术总结
本发明提供一种降低漏汽量的分段式过桥汽封、方法、及汽轮机，应用于汽轮机中；所述汽轮机包括高中压外缸、整体式高压内缸、中压内缸、分段式过桥汽封、及高中压转子，所述整体式高压内缸、中压内缸均设置在高中压外缸中、且分段式过桥汽封设置在整体式高压内缸和中压内缸之间；分段式过桥汽封中设置有若干个过桥汽封出口整流腔，整体式高压内缸包括若干个高压缸抽汽腔，若干个所述过桥汽封出口整流腔分别与若干个高压缸抽汽腔连通。在本发明中，分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽通过补汽腔进入到整体式高压内缸中，实现分段式过桥汽封中泄漏的主蒸汽的再次利用，解决了过桥汽封漏汽量大、高品质蒸汽中的热能被浪费、整机热耗率高的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：康明 余炎 郝震震 解凯翔 闫森 李欢 王伟 吴仕芳 王海涛 朱斌 叶兴柱 黄庆华
受保护的技术使用者：上海电气电站设备有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/6/3