專利名稱：用來導(dǎo)通處于高溫高壓下的介質(zhì)的構(gòu)件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)件，它設(shè)計成用來導(dǎo)通處于高溫壓力下的、具有高溫的高溫介質(zhì)，本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的方法。
在Karl Strauss的發(fā)電站技術(shù)，第三版，Springer出版社Berlin 1997年出版，第303頁

圖12.2中描述了一種用來產(chǎn)生電能的發(fā)電站蒸汽透平裝置。借助于一給水泵給一蒸發(fā)器供水。在那里產(chǎn)生的蒸汽在一分離容器中與水分離并輸送給一高壓蒸汽透平。從高壓蒸汽透平中出來的蒸汽在一中間過熱器中重新被加熱并輸送給一中壓蒸汽透平。接著從中壓蒸汽透平中出來的蒸汽又輸送給一低壓蒸汽透平，最后在冷凝器內(nèi)重新凝結(jié)成水。水回輸?shù)揭还┧萜鲀?nèi)，從那里它重新輸送給蒸發(fā)器。導(dǎo)通處于高溫和高壓下的蒸汽的構(gòu)件例如是蒸汽透平和蒸發(fā)器或中間過熱器之間的管道，還有蒸汽透平殼體、分離容器、裝在管道內(nèi)的閥門、用來根據(jù)載荷改變蒸汽流動方向的旁通站、或者還有未詳細(xì)示出的用于從加熱過程中逸出的蒸汽集汽箱。
EP-0075072A1中描述了一種用來隔開不同壓力、介質(zhì)和/或溫度的多殼壁。其壁殼相互間隔一定距離設(shè)置，在中間空腔內(nèi)存在相互不同的壓力、介質(zhì)和/或溫度。
WO-A-99/00620則公開了一種高溫法蘭連接裝置。一承受熱負(fù)荷的高溫連接法蘭的內(nèi)部區(qū)域被一空腔所包圍，此空腔可通入冷卻介質(zhì)，以冷卻高溫連接法蘭。
在日本專利摘要第07233900號中介紹了一種帶一內(nèi)管和一同心包圍內(nèi)管的外管的氣體管道。其中內(nèi)管有處于高壓下的高溫廢氣流過。為了防止內(nèi)管內(nèi)的高溫氣體溫度下降，在內(nèi)管和外管之間的環(huán)形腔內(nèi)設(shè)有一由兩層組成的隔熱體。隔熱體由一貼在外管內(nèi)壁上的固體隔熱層以及一在隔熱層和內(nèi)管外表面之間的環(huán)形腔內(nèi)的靜態(tài)空氣層組成。這里空氣層的壓力可以通過向環(huán)形腔輸入壓縮空氣或從環(huán)形腔中放出空氣進行調(diào)整。
由德國專利文獻DE 3421067A1可知一種用于高壓蒸汽透平的新汽流入裝置。此流入裝置具有兩條輸入管，它們可由蒸汽透平的內(nèi)殼體和外殼體隔開并同心設(shè)置，形成一中間空腔。具有較低溫度和較低壓力的冷蒸汽作為在內(nèi)輸入管內(nèi)的新汽這樣地引入內(nèi)外圓管之間，使得作用在內(nèi)外圓管壁上的壓力差以及兩個圓管壁的溫度減小。在這里冷蒸汽借助于一取出口作為部分卸載蒸汽從蒸汽透平的中間級中取出并輸送給中間空腔，使得內(nèi)輸入管得到冷卻。
本發(fā)明的目的是提供一種構(gòu)件，它特別適合于導(dǎo)通處于高溫高壓下的介質(zhì)。本發(fā)明的另一個目的是提供一種導(dǎo)通處于高溫高壓下的介質(zhì)的方法。
本發(fā)明有關(guān)構(gòu)件方面的目的通過這樣一種構(gòu)件來實現(xiàn)，該構(gòu)件設(shè)計成用來導(dǎo)通處于高壓下的、具有高溫的高溫介質(zhì)，并且它具有一高溫區(qū)和一至少部分包圍高溫區(qū)的低溫區(qū)。高溫區(qū)通過一隔墻與低溫區(qū)隔開。低溫區(qū)具有一輸入管接頭，它用來在一至少相當(dāng)于高溫壓力的低溫壓力下輸入與高溫介質(zhì)相比溫度更低的低溫介質(zhì)。隔墻在高溫情況下只承受低于一最大壓力的壓力，對低溫介質(zhì)沒有影響，其中最大壓力小于高溫壓力。所謂高溫壓力通常是在高溫區(qū)內(nèi)的壓力，而低溫壓力則是在低溫區(qū)內(nèi)的壓力。
低溫壓力優(yōu)選在構(gòu)件固定不動運行時至少像高溫壓力一樣大。
本發(fā)明從這樣的考慮出發(fā)，對于在一構(gòu)件內(nèi)有待導(dǎo)通的高溫介質(zhì)的較高溫度和/或較高的壓力不能任意通過這樣的方法提高，即通過提高承受壓力的壁厚給構(gòu)件賦予更高的強度。在金屬構(gòu)件壁時這種厚壁在制造時造成嚴(yán)重的問題，在澆注金屬壁時并恰巧是在昂貴的耐高溫材料時造成再也無法承受的費用?，F(xiàn)在本發(fā)明選取一條初看起來荒謬的道路，使另一種介質(zhì)，也就是低溫介質(zhì)同樣在很高的，通常甚至更高的壓力下通過構(gòu)件。其中在低溫區(qū)內(nèi)的低溫介質(zhì)包圍里面流通高溫介質(zhì)的高溫區(qū)。隔墻將高溫區(qū)與低溫區(qū)隔開。低溫區(qū)又由一外壁圍成。由此隔墻和圍成低溫區(qū)的外壁所起作用得到一定程度的分工。隔墻主要用來承受由高溫介質(zhì)產(chǎn)生的熱負(fù)荷。它必須具有能相應(yīng)地忍受高溫介質(zhì)溫度的耐高溫材料。但是通過以下方法隔墻完全不受高溫壓力的載荷，即在低溫區(qū)內(nèi)低溫介質(zhì)以一反壓力作用在隔墻上。也就是說低溫介質(zhì)對于隔墻起支承介質(zhì)的作用。圍成低溫區(qū)的外壁在可以接受的壁厚的情況下適合于承受甚至比高溫壓力更高的壓力，因為低溫介質(zhì)較低的溫度與高溫介質(zhì)相比不損害外壁的強度。因此外壁不僅可以做得比較薄，而且可以由不必具備耐高溫性的材料制成。
因此本發(fā)明一方面可以得到費用方面的優(yōu)點，其中隔墻可以節(jié)省材料，外壁可以采用較便宜的材料。但是更重要的意義是，在保持迄今的壁厚不變的情況下可以使高溫介質(zhì)在高得多的壓力或在高得多的溫度下通過構(gòu)件。
構(gòu)件優(yōu)選與一安全閥這樣地連接，使得在安全閥作用下低溫壓力和高溫壓力之間可以不超過一預(yù)先規(guī)定的壓差。
因為在利用本發(fā)明的優(yōu)點的情況下，隔墻在高溫時不受低溫介質(zhì)的影響只承受低于一定壓力的壓力，此壓力低于高溫壓力，可以采取措施防止隔墻受到高溫壓力的全部載荷。通過安全閥相應(yīng)地避免，在低溫壓力和高溫壓力之間產(chǎn)生不允許的過大壓差。
優(yōu)選在一閥門之前在高溫區(qū)內(nèi)設(shè)一蓄壓器，它在閥門切換或調(diào)整過程時減小壓力沖擊的形成。
低溫區(qū)優(yōu)選與一用于低溫介質(zhì)的蓄壓器這樣地連接，使得在低溫區(qū)內(nèi)不超過一可預(yù)先規(guī)定的最大卸壓速度。在例如出現(xiàn)故障時低溫介質(zhì)產(chǎn)生突然的壓降，在這種情況下通過蓄壓器保證，低溫介質(zhì)內(nèi)的壓力只能緩慢下降。這里蓄壓器設(shè)計成這樣，使得所形成的卸壓速度慢于在高溫介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)的卸壓速度。因此高溫介質(zhì)內(nèi)的壓力可以大致像低溫介質(zhì)內(nèi)的壓力一樣快或更快地下降。因此不會導(dǎo)致低溫壓力和高溫壓力之間的壓差超出允許的最大壓差，而危及隔墻穩(wěn)定性。
構(gòu)件優(yōu)選具有一與輸入管接頭隔開的低溫介質(zhì)輸出管接頭，使得可以建立低溫區(qū)內(nèi)低溫介質(zhì)的連續(xù)流通。當(dāng)?shù)蜏亟橘|(zhì)在低溫區(qū)內(nèi)連續(xù)流通時不會導(dǎo)致低溫介質(zhì)顯著的溫升，這種溫升在一定條件下?lián)p害隔墻或封閉低溫區(qū)的外壁的強度。
隔墻最好具有隔熱措施。通過隔熱措施減少高溫介質(zhì)的熱損失。因為通過低溫介質(zhì)對隔墻的冷卻，如果沒有隔熱措施，這種熱損失與不帶低溫介質(zhì)的普通結(jié)構(gòu)相比可能會不希望地高。隔熱措施可以例如在外側(cè)加在隔墻上，也就是說與低溫區(qū)鄰接。但是隔熱措施也可以例如由隔墻內(nèi)側(cè)上的涂層構(gòu)成，也就是說與高溫區(qū)鄰接，或者做成隔墻內(nèi)部的中間層。
高溫區(qū)優(yōu)選做得相對于低溫區(qū)可熱運動。特別是高溫介質(zhì)剛剛流入高溫區(qū)并由此使高溫區(qū)加熱時造成高溫區(qū)可觀的熱膨脹。對于低溫區(qū)不存在這種熱膨脹，因為它維持在低溫介質(zhì)的溫度上。通過在高溫區(qū)內(nèi)裝入合適的膨脹補償器，例如在隔墻內(nèi)的波紋管形壁區(qū)，高溫區(qū)可以設(shè)計成能熱運動，使它不致造成不允許的過高熱應(yīng)力。
構(gòu)件最好做成管道，其中高溫區(qū)通過內(nèi)管、低溫區(qū)通過外管構(gòu)成。因此內(nèi)管的管壁是隔墻或隔墻的一部分，而外管的管壁是圍成低溫區(qū)的外壁。
其次內(nèi)管最好沿管道軸線可運動地支承在外管上。為了特別是在管子很長時內(nèi)管的穩(wěn)定性，內(nèi)管需要支承。通過可沿管道軸線運動的支承確保前面提到過的高溫區(qū)相對于低溫區(qū)的熱運動結(jié)構(gòu)。
在一種優(yōu)選的實施形式中，內(nèi)管尤其通過徑向環(huán)繞的環(huán)加強，防止凹陷。因為隔墻，也就是內(nèi)管壁，根據(jù)上面的說明由于低溫介質(zhì)的支承作用做得比較薄，內(nèi)管的加強可能是有利的。這種加強最好通過徑向裝在內(nèi)管上的環(huán)繞環(huán)來實現(xiàn)，在另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中它這樣地埋入裝在內(nèi)管上的隔熱層內(nèi)，使它不致對低溫介質(zhì)造成更大的流動阻力。
構(gòu)件優(yōu)選做成一閥門。正是在形狀復(fù)雜的構(gòu)件，如閥門有大的壁厚時會造成大的工藝問題。特別是當(dāng)壁厚超過一定值時，閥壁的澆鑄很困難。通過借助于分成一高溫區(qū)和一低溫區(qū)來解決降低壁厚這個問題。
高溫介質(zhì)優(yōu)選是蒸汽或超臨界水。其次低溫介質(zhì)最好也是蒸汽。它也可以是水。構(gòu)件尤其是蒸汽透平裝置的一個部件。蒸汽透平裝置的部件經(jīng)受特別高的溫度和壓力。已經(jīng)采用貴重的特種鋼，以滿足由高溫和高壓提出的復(fù)合要求。在金屬的溫度為620℃時目前所采用的材料(例如10％的鉻鋼)達到其使用極限，并且只剩下很小的強度值。對于導(dǎo)通蒸汽的、承受高壓的構(gòu)件這導(dǎo)致部分地高得不成比例的壁厚。因此如上面解釋過的那樣，達到了閥門殼體和透平殼體可澆鑄性的極限。其次大的壁厚意味著大的材料費用，從而還有管道的高成本。早在到達材料使用極限之前，對于承受壓力所需要的壁厚已經(jīng)變得非常大。正是對于閥門殼體和來自加熱過程的蒸汽的匯集器，低于620℃的金屬溫度可能便已達到工藝可制造性的極限，例如由于有限的可鑄造性和由于厚壁構(gòu)件較差的不穩(wěn)定特性。
構(gòu)件優(yōu)選是一用于來自于加熱過程的蒸汽的收集容器，一用來產(chǎn)生和加熱蒸汽的蒸汽鍋爐、一用來將水從蒸汽中分離出去的分離容器或一蒸汽透平殼體。
構(gòu)件優(yōu)選與一蒸汽鍋爐這樣地連接，使得低溫介質(zhì)可輸送給蒸汽鍋爐，并可在那里通過加熱轉(zhuǎn)變成高溫介質(zhì)。因此在這種實施形式中低溫介質(zhì)就是高溫介質(zhì)，其中低溫介質(zhì)輸送給加熱過程，而高溫介質(zhì)從加熱過程中輸出。也就是說已經(jīng)由鍋爐加熱過的高溫介質(zhì)被正好即將要加熱介質(zhì)所包圍。例如在一種蒸汽透平設(shè)備中輸送給蒸汽鍋爐的供應(yīng)水可以作為低溫介質(zhì)包圍在蒸汽鍋爐中由供應(yīng)水產(chǎn)生的作為高溫介質(zhì)的新汽。同樣待輸送給一中間加熱過程的蒸汽也可以包圍在中間加熱過程中已被加熱的蒸汽。這里不僅滿足溫度條件，也就是說，低溫介質(zhì)溫度低于高溫介質(zhì)，而且低溫介質(zhì)具有不低于高溫介質(zhì)的壓力，因此可以用作隔墻的支承介質(zhì)。因此最好是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中外管將供水泵與蒸汽鍋爐連通，內(nèi)管將蒸汽鍋爐與蒸汽透平部分連通。同樣最好是這樣的結(jié)構(gòu)，其中外管將第一壓力區(qū)的蒸汽透平部分，而內(nèi)管將蒸汽鍋爐與一比第一壓力區(qū)低的第二壓力區(qū)的蒸汽透平部分連通。
本發(fā)明有關(guān)方法方面的目的通過這樣一種方法來實現(xiàn)，這種方法在一高溫區(qū)內(nèi)導(dǎo)通一處于高溫壓力下的、具有高溫的高溫介質(zhì)，其中高溫區(qū)被低溫介質(zhì)繞流，這種低溫介質(zhì)具有比高溫介質(zhì)低的溫度和一低溫壓力，這種低溫壓力至少為高溫壓力的一半這么大。最好低溫壓力至少和高溫壓力一樣大。
這種方法的優(yōu)點與上述構(gòu)件的優(yōu)點一樣。
下面借助附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的詳細(xì)說明。這些附圖都是部分示意性地、不按比例表示的示圖，其中圖1示出按現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽透平裝置，圖2示出帶有被較冷的支承蒸汽包圍的、用來導(dǎo)通熱蒸汽的構(gòu)件的蒸汽透平裝置，圖3示出一帶有內(nèi)管和外管的管道的橫截面，圖4和圖5示出相應(yīng)于圖3的各自帶有不同隔熱措施的內(nèi)管，圖6為帶有加強內(nèi)管的管道的縱剖面圖，圖7為帶有波紋管形膨脹補償器的內(nèi)管的縱剖面圖，圖8和圖9示出帶有可熱運動的密封件的內(nèi)管，圖10-12示出帶有得到支承的內(nèi)管的管道的橫截面，圖13為一可軸向運動的內(nèi)管支承的局部剖視圖，圖14和圖15示出按有利于流動制作的內(nèi)管支承的橫截面，圖16示出一軸向固定的內(nèi)管支承，圖17示出圖16所示內(nèi)管支承的剖面，圖18示出帶有內(nèi)管和外管、支承和膨脹補償器的管道，圖19示出帶有內(nèi)管和外管的彎曲成直角形的管道，圖20示出帶有內(nèi)管和外管的分叉管道，
圖21示出一過熱器集汽箱的橫截面，圖22為一過熱器集汽箱的輸入管的放大圖，圖23為圖22所示輸入管的正視圖，圖24示出過熱器集汽箱輸入管的另一種實施形式，圖25為一過熱器集汽箱的可熱運動結(jié)構(gòu)的縱剖視圖，圖26為一蒸汽透平閥門的縱剖視圖，和圖27為一高壓蒸汽透平的縱剖視圖。
在不同的附圖中相同的附圖標(biāo)記具有相同的含義。
圖1表示一蒸汽透平裝置80。一供水水箱18與兩個并聯(lián)的供水泵19和分別連接在各供水泵19后面的一單向閥20連接。連接在單向閥20后面的管道匯總成供水管23。供水管23通向一高壓預(yù)熱器21。在高壓預(yù)熱器21的前后設(shè)有旁通閥22，用這兩個旁通閥高壓預(yù)熱器21可以繞行。高壓預(yù)熱器21和蒸發(fā)器加熱表面和燃料節(jié)省器加熱表面1連接。蒸發(fā)器和燃料節(jié)省器加熱表面1與新汽過熱器加熱表面2連接。新汽過熱器加熱表面與一新汽過熱器集汽箱3連接。一新汽管4從新汽過熱器集汽箱3通向一新汽閥門5和一高壓轉(zhuǎn)送站24。一管道從新汽閥門5通向一高壓透平6。一低溫中間過熱管7從高壓透平通向中間過熱器加熱表面8。中間過熱器加熱表面8與一中間過熱器集汽箱9連接。一高溫中間過熱器管10從中間過熱器集汽箱9通向一低壓旁通站25和一截止閥11。截止閥11與一中壓透平12相連。一溢流管13從中壓透平12通向低壓透平14。一管道從低壓旁通站25也通向低壓透平14。此外低壓透平14與一冷凝器15連接。冷凝器15與一冷凝水泵16相連。冷凝水泵16與一低壓預(yù)熱器17連接。低壓預(yù)熱器17與供水水箱18連接。
在蒸汽透平裝置80運行時，供水從供水水箱18通過供水泵19輸送到高壓預(yù)熱器21，并在那里預(yù)熱。這樣預(yù)熱的供水經(jīng)過供水管23輸送給蒸發(fā)器和燃料節(jié)省器加熱表面1和新汽過熱器加熱表面2，并在那里被加熱。產(chǎn)生的蒸汽或被過臨界加熱的水匯集在過熱器集汽箱3內(nèi)。所產(chǎn)生的新汽經(jīng)過新汽管4被輸送給高壓透平6。從高壓透平6出來的蒸汽輸送給中間過熱器加熱表面8，并在那里被重新加熱。中間過熱的蒸汽積聚在中間過熱器集汽箱9內(nèi)，并接著輸送給中壓透平12。繼續(xù)降壓和冷卻的蒸汽從中壓透平12經(jīng)過溢流管13輸送給低壓透平14。完全冷卻和卸荷的蒸汽從低壓透平到達冷凝器15，并在那里被冷凝成水，冷凝水通過冷凝水泵16在低壓預(yù)熱器17內(nèi)被加熱，并回輸?shù)焦┧?8內(nèi)。輸送給蒸汽透平6，12，14的蒸汽推動一共同的、附圖中未詳細(xì)示出的蒸汽透平軸旋轉(zhuǎn)。用這樣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)能驅(qū)動發(fā)電機27，以產(chǎn)生電能。旁通站24、25用來根據(jù)載荷轉(zhuǎn)接蒸汽。
在蒸汽透平裝置80中蒸汽在高溫高壓情況下輸送。例如在高溫中間過熱管10中的蒸汽具有600至620℃的溫度、壓力為約55bar。低溫中間過熱管7在約60bar的壓力情況下輸送約400℃的蒸汽。壓差來自于鍋爐的壓力損失，其中這里未示出的鍋爐含有加熱表面1、2、8。在新汽管4內(nèi)的新氣溫度約為600℃，壓力約為250至300bar。在供水管23內(nèi)的水具有約350℃的溫度，比新汽壓力還高40至50bar的壓力。這種高溫高壓對于導(dǎo)通蒸汽的構(gòu)件要求很大的壁厚和用昂貴的、高耐熱鋼制造。例如用鉻含量為10％的鉻鋼制造。在圖1中所示的按照現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件具有一唯一的承受壓力和溫度的壁。由此所必需的厚壁構(gòu)件不僅可制造性(可鑄造性)差而且還會造成高的材料費用，此外它還限制允許的溫度變化速度，例如在起動或負(fù)荷變換時。
圖2表示一相應(yīng)于圖1的蒸汽透平裝置80，但是其中對于承受特別高的壓力和溫度的構(gòu)件采用一種全新的方案。例如新汽管4作為內(nèi)管裝在一外管內(nèi)(參見圖3)，其中外管構(gòu)成供水管23。相應(yīng)地高溫中間過熱器管10是內(nèi)管，它被作為外管的低溫中間過熱器管7所包圍。通過這種結(jié)構(gòu)，高溫介質(zhì)，如新汽或中間過熱蒸汽被低溫介質(zhì)、如供給水或有待過熱的蒸汽所包圍。其中低溫介質(zhì)分別具有高于高溫介質(zhì)的壓力。因此各個內(nèi)管可以做得具有薄的壁厚，因為各低溫介質(zhì)用作支承內(nèi)管的支承介質(zhì)。各外管的壁同樣可以做得較薄或由比較便宜的材料制成，因為不會由于高溫造成對強度的損害。相應(yīng)地過熱器集汽箱3，9或閥門5，11或旁通站24，25做成這樣，使得各待導(dǎo)通的高溫介質(zhì)被一低溫介質(zhì)所包圍。對于在某些情況下必要的低溫介質(zhì)的進一步冷卻在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)有用來噴入水的噴嘴29，以進一步冷卻低溫介質(zhì)。為此過熱集汽箱3，9、旁通站24，25和閥門5，11分別設(shè)有用于低溫介質(zhì)的出口28，使得可以調(diào)整一定的低溫介質(zhì)流。外管，也就是說供水管23或低溫中間過熱器管7分別配備有一低溫介質(zhì)的蓄壓器30，因此低溫介質(zhì)內(nèi)不會出現(xiàn)突然的壓降。這造成高溫介質(zhì)內(nèi)存在的高溫壓力和低溫介質(zhì)內(nèi)存在的低溫壓力之間過大的壓差，這使得各個內(nèi)管承受超過允許的載荷。其次通過一安全閥保證，在高溫壓力和低溫壓力之間不會形成不能允許的高壓差。下面對各個構(gòu)件的結(jié)構(gòu)作較詳細(xì)的說明。
圖3表示一管道69的橫截面。內(nèi)管70被隔熱層68包圍。隔熱層68用外殼100包裹。內(nèi)管70的壁與隔熱層68和外殼100一起構(gòu)成一隔墻58。隔墻58被一外管72間隔一定距離地、與管道軸線同心地包圍。在隔墻58和外管72之間形成一用來導(dǎo)通低溫介質(zhì)61的低溫區(qū)56。內(nèi)管70包圍一它里面導(dǎo)通高溫介質(zhì)50的高溫區(qū)54。管道59特別是蒸汽透平裝置的蒸汽管，其中高溫介質(zhì)50和低溫介質(zhì)61是蒸汽，或者低溫介質(zhì)也可以是水。外殼100具有通孔102，它用于隔熱層68的壓力平衡和/或排水。低溫介質(zhì)61優(yōu)選處于一至少像高溫介質(zhì)50高溫壓力一樣大的壓力之下。因此隔墻58得到支承并卸壓。因此隔墻58，也就是說特別是內(nèi)管70的內(nèi)管壁可以做得比較薄。但是也可以在保持比較大的隔墻58厚度的情況下對于高溫介質(zhì)50調(diào)到一更高的高溫壓力或更高的溫度。外管72只承受較小的熱負(fù)荷，因此不會由于材料的極限溫度出現(xiàn)強度問題。因而外管72也可以做得比較薄。也可以采用價格較便宜的材料。
但是在保持普通的壁厚的情況下也可以采用較大的管道橫截面，由此減少低溫介質(zhì)61還有高溫介質(zhì)50中的擾流損失。
圖4表示內(nèi)管70隔熱層68的另一種結(jié)構(gòu)。這里隔熱層68做成內(nèi)管70的內(nèi)部涂層。圖5表示隔熱層68另一種可以考慮的布置結(jié)構(gòu)。這里隔熱層68作為一中間層內(nèi)置在內(nèi)管70的壁內(nèi)。
圖6表示內(nèi)管70的一個縱剖面。該內(nèi)管被一隔熱層68所包圍。內(nèi)管70用徑向環(huán)繞的加強環(huán)74包圍。由此盡管內(nèi)管70做得比較薄，也能避免凹陷。加強環(huán)74內(nèi)置在隔熱層68內(nèi)，因此對于在旁邊流過的低溫介質(zhì)61不會造成更高的流動阻力。
圖7至9分別表示一內(nèi)管70的縱剖面，它設(shè)有用來接受熱膨脹的結(jié)構(gòu)。為此在圖7中內(nèi)管70上一體形成一波紋管形的膨脹補償器200。在圖8和9中在對準(zhǔn)軸向并徑向環(huán)繞的槽204內(nèi)設(shè)有可熱運動的密封件206。固定元件207將密封件206分別固定在與槽204相對的一側(cè)上。由于內(nèi)管70的分體結(jié)構(gòu)它可以作熱膨脹，其中密封通過可在槽204內(nèi)運動的密封件206實現(xiàn)。
圖10至12分別表示一由一內(nèi)管70和一外管72構(gòu)成的管道69的橫截面。內(nèi)管70分別相對于外管72加以支承，以承受內(nèi)管70可能的管子力或重力，以及調(diào)整管道69的振動特性。為此支承元件300這樣地固定在導(dǎo)向元件302內(nèi)，使得可以作軸向和徑向的熱運動。為了減小低溫介質(zhì)61的流動阻力比較合理的是盡可能減少支承的數(shù)量。其中對于小的流動阻力圖12所示實施形式特別優(yōu)先。
圖13放大表示一帶有支承元件300的內(nèi)管支承，該支承元件固定在一導(dǎo)向元件302內(nèi)。圖14和15在一垂直于支承元件300的剖面中表示導(dǎo)向元件302的有利于流動的結(jié)構(gòu)。
圖16中表示用于內(nèi)管70的軸向固定裝置318。一固定螺栓322嵌入一內(nèi)管凸臺320內(nèi)。固定螺栓322穿過外管72，并通過一蓋323固定在外管72的外側(cè)上。圖17在一剖視圖中表示內(nèi)管凸臺320的有利于流動的結(jié)構(gòu)。
圖18在一縱剖視圖中表示管道69的一個局部，此管道由一內(nèi)管70和一外管72構(gòu)成。內(nèi)管70用支承300支承在外管72上，并軸向固定在一固定部位318上。內(nèi)管70上的膨脹補償器200使內(nèi)管70可以相對于外管72熱運動。
圖19表示一彎曲成直角的管道69的縱剖面。管道69熱膨脹的起始點500在其最大曲率區(qū)內(nèi)。
在圖20中以一縱剖視表示一分叉管道69。這里熱膨脹的起始點500是分叉點。
圖21表示過熱器集汽箱3的橫截面。一個內(nèi)部容器601構(gòu)成一高溫區(qū)54，它被一由外容器603構(gòu)成的低溫區(qū)56包圍。
圖22表示一管道凸出部600的局部視圖。過熱蒸汽經(jīng)過一段管道602通入高溫區(qū)54。管道602由內(nèi)壁608圍成。外壁604經(jīng)過內(nèi)壁608使低溫區(qū)56通向外部。一種可能的制造方法可以通過在內(nèi)壁608上沿焊縫A焊上一附加物606，接著焊上外壁610的半殼D和C(參見圖23)進行。
圖24表示另一種加工可能性，其中附加物606通過螺釘連接620固定。高溫區(qū)54和低溫區(qū)56之間的密封通過一可軸向安裝的、允許熱運動的密封件622實現(xiàn)。
圖25中以一縱剖視圖表示過熱器集汽箱3的一個可熱運動的結(jié)構(gòu)。
圖26表示一蒸汽透平閥門5的縱剖視圖。蒸汽透平閥門5由一快速關(guān)閉閥704和一調(diào)節(jié)閥706構(gòu)成。閥桿700使快速關(guān)閉閥704相對于快速關(guān)閉閥閥座710開啟和關(guān)閉。過熱蒸汽54通過輸入管714經(jīng)過開啟的快速關(guān)閉閥704到達調(diào)節(jié)閥706，并根據(jù)調(diào)節(jié)閥706開啟程度的不同通過一輸出管716從蒸汽透平閥門5中輸出。蒸汽透平閥門5的輸入管區(qū)域被制成雙層壁形，使一用于過熱蒸汽51的高溫區(qū)54被一用于低溫介質(zhì)、特別是蒸汽的低溫區(qū)56包圍。這帶來已經(jīng)詳細(xì)說明過的關(guān)于構(gòu)件壁厚方面的優(yōu)點。特別是在壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜的閥門5中由于壁厚減小得到更好的可鑄造性。低溫介質(zhì)的輸出孔28可以有利地與蒸汽透平的另一部分連接，使這個蒸汽透平部分得到冷卻。為了保證閥體合理地流通，在此不斷地通過輸出口28從外圍內(nèi)引出一定量的外圍介質(zhì)，并引入另一蒸汽透平部件(未示出)的待冷卻區(qū)。從外圍內(nèi)的引出設(shè)計成這樣，即，使得可以排除低溫介質(zhì)的滯留。進入待冷卻區(qū)的輸入管必須做成這樣，即，使得在透平快速關(guān)閉時(例如由于負(fù)載減小)不會使透平產(chǎn)生非預(yù)期的功率(也就是說不引起透平非預(yù)計的高速運轉(zhuǎn))。此外必須排除，在載荷較小時(也就是說較少地混入過熱蒸汽)在蒸汽膨脹過程中出現(xiàn)不許可的蒸汽含濕量。
圖27以縱剖視圖表示一高壓蒸汽透平6。一外殼體804包圍一內(nèi)殼體802。在內(nèi)殼體802和外殼體804之間留出一空隙803，它里面引入低溫介質(zhì)。這里低溫介質(zhì)具有比過熱蒸汽高的壓力，過熱蒸汽在內(nèi)殼體802內(nèi)流動并通過未示出的葉片組使軸808轉(zhuǎn)動。由此得到對于內(nèi)殼體802的支承作用，從而使它可以做得更薄。此外由于上面提到的優(yōu)點外殼體804可以做成薄壁的和/或由比較便宜的材料制造。
下面討論在不同運動狀態(tài)下對于所推薦的蒸汽透平裝置構(gòu)件結(jié)構(gòu)的要求。A)額定運行和功率變化因為在固定運行時除通過鍋爐給水泵以外不進行其他的壓力升高，所以從給水泵出發(fā)沿流動方向壓力只會降低。因為在規(guī)定的質(zhì)量流量＞0的情況下在供給水和新汽之間以及低溫中間過熱器和高溫中間過熱器管之間始終出現(xiàn)壓力損失，所以滿足高溫壓力小于低溫壓力的條件。
在質(zhì)量流量減小時(例如較少的供水輸入)貯存量部分被排空，在這個過程中同樣可以期待遵循上述條件。質(zhì)量流量迅速均勻的提高可能導(dǎo)致壓差一定的加大，它必須通過鋪設(shè)環(huán)繞的管道加以彌補。
一個受到節(jié)流的調(diào)節(jié)閥的快速打開導(dǎo)致在它前面的管道內(nèi)的壓力下降。如果環(huán)繞管道的鋪設(shè)應(yīng)該由這種負(fù)荷下降來確定，那么為了使壓力下降變慢可以在閥附近設(shè)置一蓄壓器。這個措施對于閥的快速部分關(guān)閉引起的載荷下降也是有利的。B)低載/高壓換氣考察在低載時的中間過熱器管在功率降低到低載時(也就是說蒸汽質(zhì)量流量下降時)不僅低溫中間過熱器管內(nèi)的壓力，而且高溫中間過熱器管內(nèi)的壓力也下降。其次這兩個壓力之間的壓差也減小，因為在質(zhì)量流量較小時鍋爐壓力損失也減小。因此高溫中間過熱器管的應(yīng)力減小。然而在低載時高壓廢汽溫度提高(高壓換氣)。在按現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中也是這種情況，這必須由低溫中間過熱器管承擔(dān)。在這種情況下不能通過低溫中間過熱器蒸汽有效地對高溫中間過熱器壁或其他防護對象(集汽箱、截止閥殼體)進行冷卻。如果一定的防護對象需要持續(xù)的冷卻(用于在低載時在長時間加熱后很快地消耗功率的情況下不能足夠快地被重新冷卻的厚壁構(gòu)件或用于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的低溫蒸汽)，那么不管是對于在高壓廢汽流中的中央裝置還是局部在多個防護對象前都可以進行噴射冷卻(也就是說通過向蒸汽內(nèi)噴入水)。也可以設(shè)想，為了冷卻，采用(本來就已經(jīng)存在的)高壓旁通站；在低載時它可以略微打開，流過的蒸汽可以通過噴射水被冷卻。在高壓廢汽混入水以后達到整個廢蒸汽的冷卻；在混合以后管道可以向防護對象拐彎。C)快速關(guān)閉，用快速關(guān)閉測試閥門在快速關(guān)閉時出現(xiàn)短暫的壓力沖擊，它由流動的突然減速引起。壓力沖擊的強度主要由蒸汽的質(zhì)量流量、位于快速關(guān)閉閥之前的管道長度、蒸汽在管道內(nèi)的聲速和閥的關(guān)閉時間確定。環(huán)繞構(gòu)件的鋪設(shè)必須彌補這種情況的短暫壓力升高?？梢酝ㄟ^緊靠閥門之前設(shè)一蓄壓器減小強力沖擊的強度。在閥門測試情況下閥門內(nèi)流過特別大的蒸汽質(zhì)量流量；但是可以期望高溫壓力比正常運行時有一定的提高。在此后可能出現(xiàn)的快速關(guān)閉時出現(xiàn)較大的壓力沖擊。這種情況對于環(huán)繞構(gòu)件和蓄壓器的尺寸選擇應(yīng)該是決定性的。D)旁通運行在旁通運行時，通過使滯留的蒸汽通過旁通站引出，繞過分透平裝置。由此實現(xiàn)，回輸給鍋爐的用于鍋爐(冷卻中間過熱器加熱表面)以及用于低溫中間過熱器管/低溫中間過熱器部件的蒸汽壓力和溫度足夠低。E)鍋爐安全閥的動作鍋爐具有供水側(cè)、新汽、低溫中間過熱器和高溫中間過熱器側(cè)的安全閥。在一個安全閥開啟時可以通過開啟相應(yīng)的安全閥防止出現(xiàn)不允許的壓差(高溫介質(zhì)和低溫介質(zhì)的安全閥保障各自的最大壓力并共同保障最大壓差)。F)供水預(yù)熱的中斷在供水預(yù)熱器損壞時(例如熱交換器不密封時)可以將它關(guān)掉并繞行它。與此相關(guān)的供水溫度的急劇下降導(dǎo)致有供給水流過的構(gòu)件的不穩(wěn)定的熱應(yīng)力，在對其設(shè)計時必須加以考慮。因為熱應(yīng)力隨著壁厚和流動速度加大會增大，所以應(yīng)該力求使供水減速流過厚壁構(gòu)件(供水主流不受分流的包圍)。G)供水泵中斷這對于整個發(fā)電站是一個重大的事故，因為例如不再能保證鍋爐加熱面的冷卻。在這種情況下止回裝置防止供給水通過泵回流；因此阻擋了在供水管內(nèi)的壓力下降，此供水管在包圍它的新汽管的壓力作用之下。因此在這種故障情況下也能可靠地經(jīng)受住考驗。H)鍋爐閉鎖機構(gòu)關(guān)閉已經(jīng)提到過，應(yīng)該監(jiān)測高溫壓力和低溫壓力之間的壓差，并通過防護裝置(安全閥)防護。在靜止?fàn)顟B(tài)關(guān)閉的并且因故障而無法重新打開的閉鎖機構(gòu)在起動時會導(dǎo)致高的壓差，從而造成(按規(guī)定不可閉鎖的)防護裝置的動作。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計成用來導(dǎo)通處于高溫壓力下的、具有高溫的高溫介質(zhì)(50)的構(gòu)件，它具有一高溫區(qū)(54)和一至少部分包圍高溫區(qū)(54)的低溫區(qū)(56)和一將高溫區(qū)(54)與低溫區(qū)(56)隔開的隔墻(58)，其中，低溫區(qū)(56)具有一管接頭，用以輸入一相對于高溫介質(zhì)(50)溫度較低的、處于一至少相當(dāng)于高溫壓力的低溫壓力之下的低溫介質(zhì)(61)，并且其中，隔墻(58)在沒有低溫介質(zhì)(61)作用時在高溫情況下最多只能承受一最大壓力，此最大壓力小于高溫壓力。
2.按權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，它與一安全閥(26)這樣地連接，使得通過安全閥(26)的作用低溫壓力和高溫壓力之間不可能超過一規(guī)定的壓差。
3.按權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)件，其中，低溫區(qū)(56)與一用于低溫介質(zhì)(61)的蓄壓器(30)這樣地連接，使得低溫區(qū)(56)內(nèi)的壓降不超過一規(guī)定的最大速度。
4.按權(quán)利要求1至3所述的構(gòu)件，它具有一與輸入隔開的用于低溫介質(zhì)的輸出(28)，使得可以出現(xiàn)低溫介質(zhì)(61)在低溫區(qū)(56)內(nèi)的連續(xù)流通。
5.按權(quán)利要求1至4所述的構(gòu)件，其中，隔墻(58)具有一隔熱層(68)。
6.按權(quán)利要求1至5所述的構(gòu)件，它具有一高溫區(qū)(54)和低溫區(qū)(56)可相對熱運動的結(jié)構(gòu)。
7.按權(quán)利要求1至6所述的構(gòu)件，它被制成管道(69)，其中，高溫區(qū)(54)由一內(nèi)管(70)構(gòu)造，低溫區(qū)(56)由一外管(72)構(gòu)成。
8.按權(quán)利要求7所述的構(gòu)件，其中，內(nèi)管(70)沿管道軸線(73)可運動地支承在外管(72)上。
9.按權(quán)利要求7或8所述的構(gòu)件，其中，內(nèi)管(70)尤其通過徑向環(huán)繞的環(huán)(74)被加強，以防止凹陷。
10.按權(quán)利要求1至6所述的構(gòu)件，它做成閥門。
11.按權(quán)利要求1至10所述的構(gòu)件，其中，高溫介質(zhì)(50)是蒸汽或超臨界水。
12.按權(quán)利要求1至10所述的構(gòu)件，其中，低溫介質(zhì)(61)是蒸汽或水。
13.按權(quán)利要求11或12所述的構(gòu)件，它做成蒸汽透平裝置(80)的一個部件。
14.按權(quán)利要求13所述的構(gòu)件，它被制成用于特別是從加熱過程中逸出的高溫介質(zhì)(50)的集汽箱。
15.按權(quán)利要求13所述的構(gòu)件，它被制成用來產(chǎn)生或加熱蒸汽的蒸汽鍋爐。
16.按權(quán)利要求13所述的構(gòu)件，它被制成分離容器。
17.按權(quán)利要求13所述的構(gòu)件，它被制成蒸汽透平殼體。
18.按權(quán)利要求13、14、16或17所述的構(gòu)件，它與一蒸汽鍋爐這樣地連接，使得低溫介質(zhì)(61)可輸入蒸汽鍋爐，并可在那里通過加熱轉(zhuǎn)變成高溫介質(zhì)(50)。
19.按權(quán)利要求13和7所述的構(gòu)件，其中，外管(72)將一供水泵(19)與蒸汽鍋爐，內(nèi)管(70)將蒸汽鍋爐與一蒸汽透平部分流通連接。
20.按權(quán)利要求13和7所述的構(gòu)件，其中，外管(72)將第一壓力區(qū)的蒸汽透平部分與蒸汽鍋爐，內(nèi)管(70)將蒸汽鍋爐與一相對于第一壓力區(qū)壓力較低的第二壓力區(qū)的蒸汽透平部分流通連接。
21.一種用來導(dǎo)通一處于高溫壓力下的、具有高溫的在高溫區(qū)(54)內(nèi)的高溫介質(zhì)(50)的方法，其特征在于高溫區(qū)(54)被低溫介質(zhì)(61)環(huán)流，此低溫介質(zhì)具有低于高溫介質(zhì)(50)的溫度和至少為高溫壓力一半這么大的低溫壓力。
22.按權(quán)利要求21所述的方法，其中，低溫壓力在穩(wěn)態(tài)區(qū)內(nèi)至少像高溫壓力一樣大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來導(dǎo)通處于高溫壓力下的過熱高溫介質(zhì)(50)的構(gòu)件。該構(gòu)件的低溫區(qū)(56)包圍一高溫區(qū)(54),在該高溫區(qū)內(nèi)導(dǎo)通高溫介質(zhì)(50)。在低溫區(qū)(56)內(nèi)導(dǎo)通處于至少為高溫壓力一半的,尤其是等于或高于高溫壓力的壓力之下的低溫介質(zhì)(61)。從而使得將低溫區(qū)(56)與高溫區(qū)(54)隔開來的隔墻(58)獲得卸載,并由此在總體上得到制造具有較小壁厚的構(gòu)件的可能性。
文檔編號F01D25/28GK1365422SQ00810921
公開日2002年8月21日 申請日期2000年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者德特萊夫·哈杰 申請人:西門子公司