ВЫХЛОПНОЙ ПАТРУБОК ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D25/30 

Изобретение относится к турбиностроению и может быть использовано в паровых турбинах, прежде всего в выхлопных патрубках цилиндров низкого давления.

В выхлопных патрубках паровых турбин серьезную проблему составляет обеспечение безотрывного течения потока.

В определенной степени проблема отрыва потока решена в выхлопном патрубке (1), содержащем корпус, установленный внутри корпуса осерадиальный диффузор, проточная часть которого образована внутренним и секционированным наружным обводами, и установленную на наружном обводе кольцевую камеру, охватывающую кольцевой канал, образованный азором между секциями наружного обвода. Кольцевая камера снабжена поворотной заслонкой, регулирующей количество отбираемого пара, и подсоединена запорной арматурой к тепловой схеме турбины.

Связь с тепловой схемой кольцевой камеры позволяет за счет отбора части пропускаемого пара через кольцевой канал уменьшить толщину пограничного слоя и уменьшить возможность отрыва потока.

Однако при таком решении вследствие отвода значительной части пара в отбор, минуя последующий диффузорный канал, повышается аэродинамическая диффузорность, что снижает эффективность мер, направленных на обеспечение безотрывного течения, и позволяет предотвратить отрыв только при попуске максимальных расходов.

Известен также выхлопной патрубок паровой турбины (2), содержащий корпус и установленный в нем осерадиальный диффузор, проточная часть которого образована внутренним и наружным обводами, последний из которых выполнен в виде секций, установленных с перекрытием выходного участка первой секции входным участком последующей с образованием кольцевого канала.

Такое исполнение несколько увеличивает степень расширения диффузора, причем на участке стыковки секции скачкообразно и не обеспечивает эффективного удаления заторможенного в пристеночной зоне потока. Указанные обстоятельства уменьшают зону безотрывного течения и снижает аэродинамическую эффективность конструкции.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности мер, направленных на обеспечение безотрывного течения потока путем сохранения аэродинамической диффузорности канала при отводе части пара.

В предлагаемом выхлопном патрубке паровой турбины, содержащем корпус с установленным в нем осерадиальным диффузором, имеющим внутренний и наружный обводы, последний из которых выполнен в виде кольцевых секций, установленных с перекрытием выходного участка секции входным участком последующей секции с образованием кольцевого канала, поставленная техническая задача решается тем, что входной участок каждой последующей секции смещен относительно выходного участка предыдущей к внутреннему обводу.

Благодаря смещению входного участка последующей секции внутрь к оси патрубка сохраняется аэродинамическая диффузорность несмотря на одвод части пара, а кинетическая энергия потока обеспечивает сброс пограничного слоя в пространство между диффузором и корпусом, что повышает эффективность организации безотрывного течения потока.

Приведенный ниже пример выполнения выхлопного патрубка позволит более подробно пояснить технический эффект.

На фиг. 1 представлен продольный разрез выхлопного патрубка; на фиг. 2 зависимость коэффициента полных потерь ζ_n от безразмерно скорости λ а типовая конструкция, б предлагаемая.

Выхлопной патрубок содержит корпус 1, установленные внутри корпуса осесимметричный наружный обвод 2 и внутренний 3, образующие осерадиальный диффузор 4. Наружный обвод 2 выполнен в виде нескольких секций. Входной участок каждой последующей секции установлен с перекрытием выходного участка предыдущей и смещен внутрь осерадиального диффузора 4. Через дополнительные каналы 5, образованные зазорами между секциями наружного обвода 2, осерадиальный диффузор 4 соединен с пространством между корпусом 1 и наружным обводом 2.

Выхлопной патрубок паровой турбины работает следующим образом.

Пар из последней ступени турбины попадает во входное сечение осерадиального диффузора 4 патрубка, в котором происходит превращение кинетической энергии в потенциальную, т. е. имеет место течением с положительным градиентом давления. При этом одновременно происходит поворот потока, что обуславливает большие поперечные градиенты давления. В результате этого на наружном обводе 2, где значение градиента давления имеет наибольшее значение, возникает отрыв потока, который препятствует достижению требуемого диффузорного эффекта. Выполнение наружного обвода 2 из отдельных секций с образованием дополнительных каналов 5 обеспечивает дискретный сброс через них части потока. Дискретный сброс рабочего тела из диффузора приведет к двойному воздействию на характер течения. С одной стороны, в таком канале имеет место геометрическое воздействие, связанное с расширением канала, а, с другой стороны, расходное воздействие, что обеспечивает дополнительный рост суммарного диффузорного эффекта. Естественно, величина дискретных сбросов не должна превосходить определенных значений, т. к. при больших сбросах чрезмерный рост диффузорного эффекта на наружном обводе 2 может привести к отрыву потока на внутреннем обводе. Сечение каждого из дополнительных кольцевых каналов 5 не превышает 5% от входной площади осерадиального диффузора. Из представленных зависимостей фиг. 2 видно, что предлагаемый патрубок обеспечивает значительное снижение потерь во всем исследуемом диапазоне чисел λ, при стабильном характере течения потока и плавном восстановлении давления по наружному обводу.

Использование: в турбиностроении для выхлопных патрубков. Сущность изобретения: патрубок представляет собой установленный внутри корпуса осерадиальный диффузор, наружный обвод которого выполнен секционным. Секции установлены с зазором относительно друг друга и выходные участки последующих секций смещены в направлении к оси диффузора по сравнению с выходным участком предыдущей секции. Через образованные таким образом кольцевые каналы проточная часть осераидального диффузора соединена с пространством между корпусом и наружным обводом. 2 ил.

ВЫХЛОПНОЙ ПАТРУБОК ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий корпус с установленным в нем осерадиальным диффузором, имеющим внутренний и наружный обводы, последний из которых выполнен в виде кольцевых секций, установленных с перекрытием выходного участка предыдущей секции входным участком последующей секции с образованием кольцевого канала, отличающийся тем, что входной участок каждой последующей секции смещен относительно выходного участка предыдущей к внутреннему обводу.