專利名稱：汽輪機裝置和運行汽輪機裝置的方法
技術領域：
本發明涉及一種包括一個真空泵系統的汽輪機裝置，真空泵系統有串聯布置的真空噴射泵和液體環泵。此外本發明還涉及一種運行汽輪機裝置的方法，其中，借助一個包括串聯布置的真空噴射泵和液體環泵的真空泵系統為裝置的部件除氣。
在凝汽器內凝結時產生的氣體量必須從凝汽器中抽出。為此設置真空泵系統，它基于低壓級處低的終端壓力必須在抽吸側達到例如≤18mbar的負壓。由于在汽輪機裝置內產生的通常大的蒸汽量，所以真空泵系統必須設計用于從凝汽器抽出大氣體量輸送氣體為凝汽器除氣。
此外，在大型電廠的汽輪機裝置中，通常設一輔助透平用于向鍋爐供應給水，它相對于主汽輪機裝置約為1GW的功率例如有功率為20MW。此輔助透平同樣配設一必須除氣的凝汽器。
通常各凝汽器包括一個管道系統，它供入來自透平的要凝結的蒸汽。若蒸汽借助水冷卻，則水通過所謂的水箱輸入凝汽器。為了獲得凝汽器的工作能力，水箱也必須除汽。由于對低壓級所用的、輔助透平所用的凝汽器以及對于凝汽器的水箱在除氣功率方面有不同的要求目前為這三個分系統的每一個設置自己的真空泵裝置。
由GB1542483已知一種真空泵系統用于汽輪機凝汽器的除氣，其中串聯地設一真空噴射泵和一液體環泵。采用空氣作為真空噴射泵的工作介質。通過在液體環泵上游連接真空噴射泵，改善了要達到的負壓。典型地，借助液體環泵可產生負壓約為50mbar。由于在上游連接一真空噴射泵，因此借助此整個系統可達到的負壓＜15mbar。
在此由真空噴射泵和液體環泵組成的系統中一般存在這樣的問題液體環泵不僅必須設計為使實際上要抽出的輸送氣體的量等同于真空噴射泵工作介質的量，與此同時，用空氣工作的真空噴射泵必要的動力空氣的量，比從凝汽器抽出的輸送氣體的量大許多倍。為了例如借助真空噴射泵將來自凝汽器的由大約15kg/h空氣和35kg/h蒸汽組成的混合物構成的輸送氣體質量流量從約40mbar壓縮到125mbar，動力空氣的質量流量務必有約200kg/h。由于這種非常大的空氣份額，所以液體環泵應針對作為輸送氣體的干燥空氣設計。與濕空氣作為輸送氣體相比，這降低了液體環泵的工作能力。
液體環泵及其工作原理可參見例如Siemens-Broschüre″ELMO-L2BL1-Luftgekühlt，lfreidie neueGeneration yon Vakuumpumpen″，Siemens AktiengesellschaftDeutschland，12/98，Bestellnr.E20001-P782-A208，或因特網http\\www.ad.siemens.de/elmo(Stand August2000)。所介紹的液體環泵有一個偏心地安裝在外殼內的工作輪。通過工作輪旋轉工作介質，通常為水，在外殼內形成一個隨同旋轉的水環。由于工作輪偏心布置，在工作輪輪轂與隨同旋轉的水環之間構成不同大小的分腔，在這些分腔內壓縮要泵送的介質。
此外，例如由EP088226A2和DE2913960A1可知真空噴射泵與下游的液體環泵的組合。按EP088226，液體環泵用油作為工作介質工作，它被加熱到溫度約130℃。為了充分利用在油內儲存的能量，規定通過換熱器將水汽化并將此蒸汽作為工作介質輸入真空噴射泵。因此在此系統中不需要單獨的工作介質供給裝置。當然此系統限于用油工作的液體環泵，其中可將油加熱到溫度超過100℃。通常液體環泵用水工作，水一般加熱到最高約35℃，如由上述Siemens-Broschüre可得知的那樣。
按DE2913960A1，來自配屬于液體環泵的分離器的空氣作為工作介質輸入真空噴射泵。在這里，從分離器提取的空氣除濕，以便向真空噴射泵供入盡可能干燥的空氣。
按本發明此目的通過一種具有真空泵系統的汽輪機裝置達到，真空泵系統有串聯布置的真空噴射泵和液體環泵，其中，蒸汽管路與真空噴射泵連接，蒸汽管路用于輸入在汽輪機裝置中產生的蒸汽作為真空噴射泵的工作介質。
在這里作為蒸汽主要利用剩余的蒸汽，以便不影響汽輪機裝置的效率。使用蒸汽作為工作介質突出的優點是，由此與傳統上采用動力空氣相比較，明顯地減少對不能凝結的工作介質所需要的量。從而存在這種可能性，即，設在真空噴射泵下游的液體環泵可針對明顯較低的質量流量設計，由此可顯著地降低成本。通過使用處于大氣壓力下的蒸汽或蒸汽-空氣混合物作為工作介質，就借助于液體環泵要輸送的質量流量而言的功率需求減少約40-50％，因為蒸汽狀態的質量部分在液體環泵內凝結，以及不必壓縮到大氣壓力。
恰當地，通過它將蒸汽作為工作介質輸入真空噴射泵的蒸汽管路連接在用于透平軸密封系統的汽封回路上。
為了密封旋轉的透平軸，通常采用迷宮密封裝置，通過它導引所謂的密封蒸汽。在離開透平密封裝置后，此密封蒸汽又稱為汽封蒸汽。此汽封蒸汽是一種在汽輪機裝置內產生的“廢料”，并因而特別適用于作為處于大氣壓力狀態的工作介質，不會損害汽輪機裝置的效率。
此外，將汽封蒸汽供入真空泵系統有突出的優點，即，汽封蒸汽由于液體環泵的作用原理導致凝出。由此不需要通常在汽輪機裝置內設置用于汽封蒸汽的冷凝系統。從而可以節省投資，并除此之外與傳統的汽輪機裝置相比減少了對必要的裝置的需求量。
恰當地，氣體管路與蒸汽管路連接，此氣體管路用于混入空氣以構成蒸汽-空氣混合物作為真空噴射泵的工作介質。由此獲得真空噴射泵的一種特別有效的工作。尤其是在混合用的空氣和蒸汽之間調整為均勻的質量流量分配。此外混入空氣的優點是，可以方便地調整必要的工作介質量，尤其在汽封蒸汽的量有限的情況下此蒸汽量單獨作為工作介質是不夠的。
恰當地，氣體管路以其另一端與液體環泵在壓力側連接，并尤其連接在一個配屬于液體環泵的分離器上。也就是說，被液體環泵壓縮到大氣壓力的空氣一起用作工作介質。這樣做的優點是為了輸入真空噴射泵不需要單獨的壓縮器。
按一種恰當的設計，真空泵系統通過一條用于凝汽器除氣的第一除氣管路連接在此凝汽器上，此凝汽器規定用于從汽輪機尤其從汽輪機低壓部分排出的過程蒸汽的凝結。
優選地，真空泵系統同時通過第二除氣管路連接在第二凝汽器上，后者配屬于輔助透平。也就是說優選地不僅主透平的凝汽器而且輔助透平的凝汽器均借助同一個真空泵系統除氣。由此取消了為各個凝汽器配設多個真空泵系統的必要性。
通常用于冷卻液的凝汽器有一水箱，它為了其除氣優選地通過第三除氣管路與真空泵系統連接。
因此設置一個形式上為真空泵裝置的中央真空泵系統，它為汽輪機裝置中的多個部件制備真空。由此，與多個分散的真空泵系統相比，就真空泵系統而言的設備費用及維護費用明顯降低。
為了水箱除氣，第三除氣管路優選地連接在液體環泵的附加孔上。通過此附加孔從水箱抽出冷卻水析出的飽和的水箱空氣。它樣做突出的優點是，從水箱抽出的飽和空氣量單獨供給液體環泵，而不添加在從兩個凝汽器抽出的輸送氣體量內。
恰當地，附加孔設有液體環泵吸入接管與壓力接管之間，并與一個在工作時形成的工作或壓縮腔連接。因此第三除氣管路將來自水箱的飽和空氣輸入液體環泵在吸入接管與壓力接管之間的中間區內。在此區域內，液體環泵還提供足夠的用于水箱除氣的負壓。與此同時，在此部位輸入不導致或只是不明顯地導致提高液體環泵的功率需要。液體環泵通過此防氣蝕的孔可以說“徒勞地”提供輸送功率。因此，當在附加孔上設第三除氣管路時，液體環泵不必增大尺寸。
在這里采用這種附加孔作為附加的抽吸接頭是基本性質(Natur)，這一般適用于各種液體環泵，不限于在汽輪機裝置中應用。有這種附加孔的液體環泵還例如在造紙工業中在造紙機上提供用于過濾部分的除水。這種液體環泵通常適合在造紙領域使用。在這種情況下，通過在吸入接管與壓力接管之間恰當地定位附加孔以及選擇附加孔的直徑，不僅鑒于體積流量而且鑒于要達到的負壓，可在某個范圍內改變抽吸能力。
此外，按本發明通過一種運行汽輪機裝置的方法達到此目的，其中借助一真空泵系統為汽輪機裝置的部件除氣，它有串聯布置的真空噴射泵和液體環泵，向真空噴射泵輸入在汽輪機裝置內產生的尤其剩余的蒸汽作為工作介質。
已列舉的有關汽輪機裝置的優點及優選的設計按意義可應用于此方法。在從屬權利要求中含有方法有利的設計。
在冷凝過程中，在第一凝汽器8內匯集一種稱為輸送氣體F的氣體-蒸汽混合物，它通過第一除氣管路12被真空泵系統14抽出。
此外，汽輪機裝置2還有一輔助透平16，它類似于汽輪機4設計，但功率小得多。此輔助透平16主要用于驅動給水泵，并曲型地功率約為20MW。類似于汽輪機4，為輔助透平16配設第二凝汽器18，輸入輔助透平16的過程蒸汽P在其中凝出。類似于第一凝汽器8，冷凝水通過排水管10排出。為了第二凝汽器18的除氣設第二除氣管路20，它同樣連接在真空泵系統14上。通過此第二除氣管路20同樣從第二凝汽器18抽出作為輸送氣體F的氣體-蒸汽混合物。在這里，第一除氣管路12匯入第二除氣管路20中。
兩個凝汽器8、18優選地有水作為冷卻劑，水儲存在各凝汽器8、18的水箱22內。當凝汽器8、18工作時，在各自的水箱22內形成氣墊。為了除去至少第一凝汽器8水箱22中的空氣設第三除氣管路24，它同樣通往真空泵系統14。在這里，從水箱22抽出由冷卻水析出的飽和的空氣，它被稱為水箱空氣WL。
真空泵系統14包括一臺真空噴射泵26和一臺沿流動方向布置在真空噴射泵26下游的液體環泵28。第二除氣管路20連接在真空噴射泵26的吸入區27上，以及真空噴射泵的出口側與液體環泵28的吸入接管30連接。來自兩個凝汽器8、18的輸送氣體F因而首先被真空噴射泵26預壓縮。真空噴射泵26在這里用工作介質T工作，它從外部供入并與輸送氣體F混合。典型地，在第一凝汽器中以及在第二凝汽器18中的壓力處于一個范圍內，這一范圍大體相應于汽輪機4或輔助透平16的出口壓力。因此在兩個凝汽器8、18內存在處于80與18mbar范圍內的負壓。所以輸送氣體F正是有此負壓。在真空噴射泵26內輸送氣體大約壓縮3倍，以及接著在液體環泵內進一步壓縮到環境壓力并通過壓力接管34排出。
此外，液體環泵28在吸入接管30與壓力接管34之間有一附加孔35，其上連接第三除氣管路24。在這里，附加孔35在吸入槽70與壓力槽72(見圖2)之間設在液體環泵28的所謂控制盤(圖中未表示)內。通過液體環泵28的作用原理，引起經吸入接管30輸入的由輸送氣體F和工作介質T組成的泵混合物與液體環泵28的工作介質混合。在這里此工作介質是水W。水與可能從泵混合物產生的冷凝水一起在分離器38內與空氣L分離。水W通過換熱器40重新輸入液體環泵28。空氣L通過其中連接一閥44的氣體管路42作為工作介質T輸入真空噴射泵26。剩余的空氣L從真空泵系統14通過排氣管路46排入周圍環境中。
重要的是，除空氣L作為工作介質T輸入真空噴射泵26外，還通過蒸汽管路48輸入蒸汽D。在蒸汽管路48內連接另一個閥44。在這里，蒸汽管路48連接在汽封回路50上，密封蒸汽S在此汽封回路中通過一些透平密封裝置52導引。為汽輪機4以及輔助透平16配設透平密封裝置52，它們設計為迷宮密封裝置，使透平4、16的旋轉軸相對于周圍環境密封。密封蒸氣流過透平密封裝置52后也被稱為汽封蒸汽(Wrasendampf)。此蒸汽D作為工作介質T輸入真空噴射泵26。也就是說，工作介質T是一種蒸汽-空氣混合物，其中，蒸汽D或空氣L各自的份額可通過兩個閥44調整。優選地，在蒸汽D和空氣L之間調整為均勻分配。如果能提供足夠的蒸汽量，則作為工作介質T也可以僅僅使用蒸汽D。因為汽封蒸汽是一種在汽輪機裝置2內產生的剩余的蒸汽，所以不會由于使用汽封蒸汽作為工作介質T而影響汽輪機裝置2的總效率。除使用汽封蒸汽外還建議其他在汽輪機裝置內產生的蒸汽類別。例如可考慮使用在用于調節的汽封系統中產生的以及通常在其中一個凝汽器8、18內被廢棄的蒸汽。
借助于圖2所示的通過液體環泵28的橫截面示意圖可以看出液體環泵28的作用原理，它有一個偏心地裝在液體環泵28外殼62內的工作輪64。在工作時，水W形成一個隨同旋轉的液體環66，所以在工作輪64的各輻條68與液體環66之間構成不同容積的分腔68。在外殼62端側，在用符號70表示的位置設一吸入槽，通過吸入接管30經由此吸入槽抽吸要吸入的介質。由于偏心的布局，但泵送的介質在工作輪64旋轉過程中被壓縮，并在用符號72表示的位置經壓力槽向壓力接管34排出。
附加孔35設在外殼62內吸入槽70與壓力槽72之間并與工作腔連接，工作腔由各個分腔68構成。取決于附加孔35的位置，液體環泵28在此位置存在的不僅就存在的負壓而言而且就輸送量而言的抽吸能力可以改變。此外，抽吸能力也可以通過選擇附加孔35的直徑加以改變。
盡管在附加孔35處的負壓高于在吸入接管30處的負壓，但它仍足夠低，從而能為水箱22除氣。此外用于水箱22除氣的體積抽吸能力也足夠高。因為第三除氣管路24不與吸入接管30連接，所以通過附加地輸入氣體混合物G不會或幾乎不會造成液體環泵28附加的負載。由于連接第三除氣管路24可能有必要略微增大液體環泵28的尺寸，但與為水箱22除氣設一單獨的泵系統相比這無論如何是更為有利的。
如此設計的具有統一的中央真空泵系統14的汽輪機裝置有下列突出的優點1.由于使用蒸汽D和空氣L作為真空噴射泵26的工作介質T，與僅使用空氣L作為工作介質T相比，液體環泵28可以設計得小得多，因為蒸汽D在液體環泵內冷凝，只有空氣部分必須壓縮到大氣壓力。
2.在汽封回路50中產生的汽封蒸汽優選完全通過真空泵系統14導引。在這里不是絕對必須的是，將汽封蒸汽全部的量作為工作介質T用于真空噴射泵26。通過將汽封蒸汽輸送給液體環泵28和配屬的分離器38使汽封蒸汽凝出，所以不需要單獨用于汽封蒸汽的凝汽系統。
3.為全部必須與真空系統連接的裝置部件，設置作為中央真空系統的真空泵系統14。由此可以簡化和降低設備成本。尤其是取消了安裝多個分散的真空泵系統的必要性。
4.通過將第三除氣管路24連接在附加孔35上，利用了由液體環泵28可以說是“徒勞地”提供的抽吸能力，無需由于連接此第三除氣管路24增加液體環泵28的尺寸。
權利要求
1.汽輪機裝置(2)，包括一個真空泵系統(14)，它有串聯布置的真空噴射泵(26)和液體環泵(28)，其特征為蒸汽管路(48)與真空噴射泵(26)連接，蒸汽管路(48)用于輸入在汽輪機裝置中產生的蒸汽(D)作為真空噴射泵(26)的工作介質(T)。
2.按照權利要求1所述的裝置(2)，其特征為蒸汽管路(48)連接在用于透平密封裝置(52)的汽封回路(50)上。
3.按照權利要求1或2所述的裝置(2)，其特征為氣體管路(42)與蒸汽管路(48)連接，氣體管路(42)用于混入空氣(L)以構成蒸汽-空氣混合物作為工質(T)。
4.按照權利要求3所述的裝置(2)，其特征為氣體管路(42)還與液體環泵(28)在壓力側連接，并尤其連接在一個配屬于液體環泵(28)的分離器(38)上。
5.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(2)，其特征為真空泵系統(28)通過一條用于第一凝汽器(8)除氣的第一除氣管路(12)連接在凝汽器(8)上，此凝汽器規定用于從汽輪機(4)尤其從汽輪機(4)低壓部分排出的過程蒸汽(P)的凝結。
6.按照前列諸權利要求之一所述的裝置(2)，其特征為真空泵系統(28)通過第二除氣管路(20)連接在第二凝汽器(18)上，后者配置于輔助透平(16)。
7.按照權利要求5或6所述的裝置(2)，其特征為用于冷卻液的凝汽器(8、18)有一水箱(22)，它為了其除氣通過第三除氣管路(24)與真空泵系統(14)連接。
8.按照權利要求7所述的裝置(2)，其特征為液體環泵(28)有一個連接第三除氣管路(24)的附加孔(35)。
9.按照權利要求8所述的裝置(2)，其特征為附加孔(35)設在液體環泵(28)外殼(62)上的吸入接管(30)與壓力接管(34)之間，并且與一個在運行過程中形成的工作腔(68)連接。
10.運行一種汽輪機裝置(2)的方法，其中借助一個包括串聯布置的真空噴射泵(26)與液體環泵(28)的真空泵系統(14)，為汽輪機裝置的部件(8、18、22)除氣，其特征為向真空噴射泵(26)輸入一種在汽輪機裝置(2)內產生的作為工作介質(T)的蒸汽(D)。
11.按照權利要求10所述的方法，其特征為作為工作介質(T)使用一種用于透平密封裝置(52)的密封蒸汽(S、D)。
12.按照權利要求10或11所述的方法，其特征為作為工作介質(T)使用蒸汽-空氣混合物(D、L)。
13.按照權利要求12所述的方法，其特征為對于混合物(D、L)調整為蒸汽(D)和空氣(L)大體相同的比例。
14.按照權利要求10至13之一所述的方法，其特征為密封蒸汽(S、D)在真空泵系統(14)內凝結。
15.按照權利要求10至14之一所述的方法，其特征為汽輪機(4、16)的凝汽器(8、18)被除氣。
16.按照權利要求15所述的方法，其特征為；凝汽器(8、18)的水箱(22)被除氣。
17.按照權利要求16所述的方法，其特征為為了水箱(22)除氣，在水箱內產生的飽和的水箱空氣(WL)通過液體環泵(28)上的附加孔(35)抽出。
全文摘要
本發明涉及一種包括一個真空泵系統(14)的汽輪機裝置(2)，真空泵系統有串聯布置的真空噴射泵(26)和液體環泵(28)。對于真空噴射泵(26)作為工作介質(T)使用在裝置(2)中產生的蒸汽(D)，優選混合有空氣(L)的蒸汽作為工作介質(T)。由此可以使下游的液體環泵(28)尺寸較小。真空泵系統(14)優選設計為用于汽輪機裝置(2)的中央真空泵系統并用于汽輪機裝置的多個部件(8、18、22)的除氣。
文檔編號F04C23/00GK1466660SQ01816521
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月24日 優先權日2000年9月29日
發明者哈里·紹爾, 埃德蒙·克拉納, 克拉納, 哈里 紹爾 申請人:納什-艾爾莫工業有限公司