ДВУХПОТОЧНОЕ РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЕ КОЛЕСО Российский патент 1994 года по МПК F01D5/28 

Изобретение относится к области турбиностроения и может быть использовано в турбинах, работающих на влажном паре в тепловой и ядерной энергетике, в судовых энергетических установках, а также в геотермальной энергетике.

Известно двухпоточное рабочее колесо, предназначенное для работы во влажно-паровой турбине, содержащее в радиальной части лопатки двух типов: параллельные оси колеса и наклонные к оси колеса, причем входные кромки последних расположены на большем радиусе, чем кромки "осевых" лопаток.

В таком колесе капли влаги, поступающие с потоком во все каналы и взаимодействующие с наклонными лопатками, частично будут выбрасываться в сторону покрывного диска и влагоулавливающей камеры. Одновременно капли влаги, взаимодействующие с лопатками, параллельными оси колеса, будут выбрасываться обратно в поток и снова поступать в рабочее колесо. Процесс будет повторяться. Это приведет к эрозии рабочих лопаток, а следовательно, к уменьшению долговечности, снижению надежности и КПД колеса и всей ступени.

Известно также принятое за прототип двухпоточное радиально-осевое рабочее колесо, предназначенное для работы в любой тепловой турбине, в том числе во влажно-паровой, содержащее несущий диск с рабочими и разделительными лопатками, на которых установлены покрывные диски.

В таком колесе капли влаги, поступающие с паром на рабочие лопатки, выбрасываются обратно в поток и снова с паром поступают в рабочее колесо. Процесс повторяется. Многократное соударение капель с рабочими лопатками приводит к эрозии последних. При этом интенсивно эрозируют и лопатки направляющего аппарата турбинной ступени. Эрозия лопаток рабочего колеса уменьшает его долговечность и снижает надежность.

Влажность пара снижает экономичность рабочего колеса и турбинной ступени.

Целью изобретения является увеличение долговечности, повышение надежности и экономичности двухпоточного радиально-осевого рабочего колеса влажно-паровой турбины путем удаления влаги из потока.

Для достижения этой цели колесо, содержащее несущий диск с рабочими лопатками, на которых установлены покрывные диски, снабжено насосом-сепаратором влаги с реактивными гидравлическими соплами, установленными на торцевой поверхности по крайней мере одного покрывного диска со стороны входа колеса, а входная кромка каждой рабочей лопатки выполнена с плавно отогнутыми по ходу пара краями с образованием желобов, расположенных под углом 1...5^о к продольной оси колеса с обеспечением отвода жидкости к насосу-сепаратору.

Отличительной и принципиальной особенностью предлагаемого устройства является захват (улавливание) капель влаги, поступающих в колесо, а не сброс их обратно в поток.

Для захвата, придания устойчивости и направления движения пленки воды, образующейся на лопатках и внутренней поверхности покрывного диска, на их поверхностях по траекториям тока струек воды выполнены канавки или рельефные выступы, а входная кромка каждой рабочей лопатки выполнена с плавно отогнутыми по ходу пара краями с образованием желобов, расположенных под углом 1...5^о к продольной оси колеса с обеспечением отвода жидкости к насосу-сепаратору.

Реактивные сопла широко известны, но в предлагаемом устройстве реактивные гидравлические сопла предназначены для получения дополнительной полезной работы на валу турбины за счет увеличения кинетической энергии и выброса вредной массы воды, поступающей в колесо с паром.

На фиг.1 изображено двухпоточное радиально-осевое колесо и примыкающие к нему элементы ступени турбины, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, сечение по реактивному гидравлическому соплу; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, сечение входной кромки лопатки; на фиг.4 - вид по стрелке В на фиг.1, вид на канавки или рельефные выступы на входном участке внутренней поверхности покрывного диска колеса.

Колесо содержит несущий диск 1 с рабочими лопатками 2. На лопатках смонтированы покрывные диски 3 и 4. На торцевой поверхности по крайней мере одного покрывного диска со стороны входа колеса установлен отсечно-щелевой насос-сепаратор 5 влаги с реактивными гидравлическими соплами 6.

В корпусе турбины над насосом-сепаратором с реактивными гидравлическими соплами выполнена камера 7 сбора воды. От основного потока пара реактивные гидравлические сопла изолированы уплотнениями 8. На входе в рабочее колесо установлен направляющий аппарат 9. Входная кромка 10 каждой рабочей лопатки выполнена с плавно отогнутыми по ходу пара краями с образованием желобов, расположенных под углом 1...5^о к продольной оси колеса. При этом входные кромки лопаток могут и не иметь наклона к оси колеса.

На входных участках лопаток выполнены канавки или рельефные выступы 11, а на входном участке внутренней поверхности покрывного диска по траекториям тока струек воды выполнены канавки или рельефные выступы 12. Траектория тока струек воды определяется известными методами.

Влажный пар поступает на лопатки направляющего аппарата 9. При расширении пара происходит его конденсация. Часть капель влаги оседает на поверхностях направляющих лопаток, образуя тонкие жидкие пленки, которые под действием парового потока стекают к выходным кромкам и дробятся.

В рабочем колесе кориолиса сила прижимает капли влаги к поверхностям рабочих лопаток 2. Образующиеся при этом пленки влаги под действием центробежных сил по канавкам или рельефным выступам 11 перемещаются к периферии лопаток 2 и улавливаются желобами, образованными плавно отогнутыми краями входной кромки 10 каждой рабочей лопатки. Так как желоба выполнены наклоненными к оси колеса под углом 1...5^о, то струйки воды по ним и канавкам или рельефным выступам 12 текут к насосу-сепаратору 5. Сброшенная с лопаток 2 и внутренней поверхности покрывного диска 4 вода улавливается отсечно-щелевым насосом-сепаратором 5. Из насоса-сепаратора вода поступает в реактивные гидравлические сопла 6. Сечение сопла рассчитывается только на сброс воды и зависит от величины его окружной скорости, давления рабочего тела перед колесом и количества выбрасываемой воды. Истекающие из сопел с большой скоростью струйки воды создают дополнительный полезный крутящий момент рабочего колеса.

Выброшенная реактивными соплами вода попадает в камеры 7 ее сбора и отводится.

Предлагаемое техническое решение позволяет в значительной мере улавливать влагу, поступающую в рабочее колесо, и тем самым предотвратить повторные соударения капель с лопатками колеса и практически исключить соударение капель воды с лопатками направляющего аппарата.

Уменьшение числа соударений капель воды с лопатками рабочего колеса и направляющего аппарата повысит эрозионную стойкость колеса и всей ступени, что приведет к увеличению долговечности и повышению надежности турбинной ступени.

Устройство позволяет за счет выброса воды из потока через реактивные гидравлические сопла получить дополнительный полезный крутящий момент на валу турбины.

Удаление влаги из потока пара повысит КПД колеса и всей турбинной ступени.

В многоступенчатых цилиндрах с двухпоточной радиально-осевой ступенью сепарации влаги на входе увеличит долговечность, повысит надежность и экономичность последующих осевых ступеней цилиндра и всей турбинной установки. Причем экономический эффект от применения устройства будет тем больше, чем выше влажность пара на входе в ступень.

Использование: в области турбиностроения для влажно-паровых турбин. Сущность изобретения: колесо содержит несущий диск 1 с рабочими лопатками 2 и покрывные диски 3 и 4. Колесо снабжено насосом-сепаратором 5 влаги с реактивными гидравлическими соплами 6, установленным на торцевой поверхности по крайней мере одного покрывного диска, например диска 4, со стороны входа колеса. При этом входная кромка каждой рабочей лопатки 2 выполнена с плавно отогнутыми по ходу пара краями с образованием желобов, расположенных под углом 1 - 5° к продольной оси колеса с обеспечением отвода жидкости к насосу-сепаратору. На входных участках лопаток и на внутренней поверхности покрывного диска с насосом-сепаратором влаги по траекториям тока струек воды выполнены канавки или рельефные выступы 11. 1 з.а. ф-лы, 4 ил.

1. ДВУХПОТОЧНОЕ РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЕ КОЛЕСО влажнопаровой турбины, содержащее несущий диск с рабочими лопатками, на которых установлены покрывные диски, отличающееся тем, что, с целью повышения долговечности, надежности и экономичности, оно снабжено насосом-сепаратором влаги с реактивными гидравлическими соплами, установленным на торцевой поверхности по крайней мере одного покрывного диска со стороны входа колеса, а входная кромка каждой рабочей лопатки выполнена с плавно отогнутыми по ходу пара краями с образованием желобов, расположенных под углом 1 - 5^o к продольной оси колеса с обеспечением отвода жидкости к насосу-сепаратору. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность покрывного диска, на котором установлен насос-сепаратор, и входные участки лопаток выполнены с канавками или рельефными выступами для стока образовавшихся струек воды.