СТУПЕНЬ-СЕПАРАТОР Российский патент 1995 года по МПК F01D25/32 

Изобретение относится к турбиностроению и может быть использовано во влажнопаровых турбинах.

Известна турбинная ступень для сепарации влаги, содержащая направляющий аппарат и рабочее колесо, у которого рабочие лопатки выполнены с переменным профилем: в корневом сечении - турбинный профиль с плавным переходом к компрессорному профилю пластине на периферии. Кроме того, лопатки направляющего аппарата выполнены с углами выхода, уменьшающимися к периферии. В данной конструкции повышенная сепарирующая способность ступени достигается закруткой лопаток направляющего аппарата, что позволяет у периферии, где наибольшая концентрация влаги, увеличить окружную составляющую скорости потока влажного пара в абсолютном движении и повысить сепарацию влаги в осевом зазоре за направляющим аппаратом. Наряду с отмеченным, увеличение сепарирующей способности обеспечивает специальное профилирование рабочих лопаток у периферии, где профиль лопаток создает лучшие условия для входа капель влаги в межлопаточные каналы и их оседания на поверхность лопаток.

Однако, профили рабочих лопаток у периферии имеют небольшую смачиваемую поверхность. Также здесь капли влаги попадают на поверхность профиля рабочих лопаток с большими отрицательными углами атаки. Это приводит к дроблению капель при ударе о профиль и их уносу потоком пара из межлопаточных каналов. Указанные недостатки определяют недостаточную высокую эффективность сепарации данной конструкции турбинной ступени.

Известна ступень-сепаратор, содержащая сопловой и рабочий аппараты с сопловыми и рабочими лопатками. Рабочие лопатки выполнены с переходом от турбинного профиля в нижних сечениях к волнообразному профилю на периферии. Вогнутая поверхность входного участка волнообразного профиля на периферии ориентирована по направлению вращения рабочего аппарата. За счет применения волнообразного профиля увеличивается смачиваемая поверхность у рабочих лопаток на периферии. Кроме этого, крупнодисперсная влага, которая концентрируется у периферийной ограничивающей поверхности в проточной части, будет попадать на вогнутую поверхность входного участка волнообразного профиля. Это создает благоприятные условия для оседания капель на поверхности лопаток с образованием жидкой пленки, которая будет сепарироваться под действием центробежных сил. Образовавшаяся жидкая пленка также будет двигаться по поверхности волнообразного профиля рабочей лопатки и в осевом направлении из-за взаимодействия с движущимся потоком пара. При переходе пленки с вогнутой поверхности профиля на выпуклую может произойти ее отрыв от профиля. При этом пленка будет дробиться на капли, которые будут уноситься потоком пара 2 из межлопаточных каналов рабочего аппарата. Данное обстоятельство определяет недостаточно высокую эффективность сепарации влаги в такой ступени-сепараторе.

Известна ступень-сепаратор, содержащая неподвижную направляющую решетку и рабочее колесо с лопатками и бандажом. Рабочее колесо данной ступени-сепаратора снабжено связующим кольцом, размещенным между внутренним и внешним радиусами лопаток. Между связующим кольцом и бандажом установлены дополнительные лопатки, размещенные между основными лопатками. В данной конструкции повышенная сепарирующая способность ступени-сепаратора достигается путем увеличения смачиваемой поверхности за счет установки у периферии дополнительных лопаток между основными лопатками рабочего колеса. Однако, в межлопаточных каналах у периферии происходит однократный поворот потока влажного пара, что понижает возможность оседания капель влаги на поверхностях лопаток. Также капли влаги входят в рабочее колесо у периферии с большими отрицательными углами атаки, что приводит к их сильному удару о спинку профиля лопаток и дроблению. Отмеченные обстоятельства ограничивают эффективность сепарации влаги такой ступени-сепаратора.

Цель изобретения - повышение сепарирующей способности ступени-сепаратора.

Указанная цель достигается тем, что в ступени-сепараторе, содержащей сопловой аппарат с сопловыми лопатками и рабочий аппарат с бандажом, имеющим влагоотводящие щели, рядом основных рабочих лопаток, вогнутая поверхность профиля которых ориентирована против направления вращения рабочего аппарата, рядом дополнительных лопаток меньший высоты, закрепленных на бандаже, дополнительные лопатки выполнены криволинейного профиля, установлены перед основными лопатками по ходу пара с ориентацией вогнутой поверхности профиля по направлению вращения рабочего аппарата, причем выходные кромки дополнительных лопаток расположены за входными кромками основных лопаток с образованием зазора между основными и дополнительными лопатками.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемой ступени-сепаратора; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Ступень-сепаратор содержит сопловой аппарат 1 с сопловыми лопатками 2 и рабочий аппарат 3 с бандажом 4, имеющим влагоотводящие щели 5. Рабочий аппарат 3 имеет ряд основных рабочих лопаток 6, вогнутая поверхность 7 профиля 8 которых ориентирована против направления вращения рабочего аппарата 3, и ряд дополнительных лопаток 9 меньшей высоты, закрепленных на бандаже 4. Дополнительные лопатки 9 выполнены криволинейного профиля 10 и установлены перед основным лопатками 6 по ходу пара с ориентацией вогнутой поверхности 11 профиля 10 по направлению вращения рабочего аппарата 3. Выходные кромки 12 дополнительных лопаток 9 расположены за входными кромками 13 основных лопаток 6 с образованием зазора 14 между основными лопатками 6 и дополнительными лопатками 9. В корпусе турбины расположены влагоулавливающие камеры 15 и 16.

Ступень-сепаратор работает следующим образом.

Влажный пар проходит через межлопаточные каналы сопловых лопаток 2 соплового аппарата 1 и входит в рабочий аппарат 3. Большая часть пара с малым содержанием влаги входит в межлопаточные каналы основных рабочих лопаток 6 в нижних и средних сечениях, где создает механическую энергию вращения. У периферии пар с большим содержанием влаги входит в межлопаточные каналы дополнительных лопаток 9. Из-за различия абсолютных скоростей пара С_1П и капель влаги С_1В направление и значения относительных скоростей пара W_1П и капель влаги W_1В на входе в межлопаточные каналы дополнительных лопаток 9 отличны. Капли влаги попадают на вогнутую поверхность 11 профиля 10 дополнительных лопаток 9 по касательной к этой поверхности за счет ориентации вогнутой поверхности 11 по направлению вращения рабочего аппарата 3. Образовавшаяся жидкая пленка на вогнутой поверхности 11 под действием центробежных сил двигается к бандажу 4 и удаляется через влагоотводящие щели 5 во влагоулавливающую камеру 15. Оставшаяся жидкая пленка с вогнутой поверхности 11 передается на вогнутую поверхность 7 профиля 8 основных лопаток 6 без ее отрыва и дробления. Такая передача жидкой пленки обеспечивается тем, что выходные кромки 12 дополнительных лопаток 9 расположены за входными кромками 13 основных лопаток 6 с наличием зазора 14 между ними. Под действием центробежных сил жидкая пленка по вогнутой поверхности 7 двигается к периферии основных лопаток 6 и сбрасывается во влагоулавливающую камеру 16.

Использование: в турбиностроении, преимущественно в паровых турбинах. Сущность изобретения: ступень-сепаратор содержит сопловой аппарат с сопловыми лопатками и рабочий аппарат с бандажом, имеющим влагоотводящие щели, рядом основных рабочих лопаток вогнутая поверхность профиля которых ориентирована против направления вращения рабочего аппарата, и рядом дополнительных лопаток меньшей высоты, закрепленных на бандаже. Дополнительные лопатки выполнены криволинейного профиля и установлены перед основными лопатками по ходу пара с ориентацией вогнутой поверхности профиля по направлению вращения рабочего аппарата. При этом дополнительные лопатки установлены с распаложением выходных кромок за входными кромками основных лопаток и образованием зазора между основными и дополнительными лопатками. 2 ил.

СТУПЕНЬ-СЕПАРАТОР преимущественно паровой турбины, содержащая сопловой аппарат с сопловыми лопатками и рабочий аппарат с бандажом, имеющим влагоотводящие щели, рядом основных рабочих лопаток, вогнутая поверхность профиля которых ориентирована против направления вращения рабочего аппарата, и рядом дополнительных лопаток меньшей высоты, закрепленных на бандаже, отличающаяся тем, что, с целью повышения сепарирующей способности, дополнительные лопатки выполнены криволинейного профиля, установлены перед основными лопатками по ходу пара с ориентацией вогнутой поверхности профиля по направлению вращения рабочего аппарата, причем выходные кромки дополнительных лопаток раположены за входными кромками основных лопаток с образованием зазаора между основными и дополнительными лопатками.