КАМЕРА ОТБОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D25/30 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в паровых турбинах.

Известна камера отбора паровой турбины, образованная проемом между корпусом последней и обоймами диафрагм, между которыми установлен безлопаточный диффузор с соотношением площадей выхода и входа 15-25 [1]
Недостатком такой камеры отбора является наличие области возвратного течения потока вдоль стенки кольцевого канала, что снижает эффективность безлопаточного диффузора вследствие его неустойчивой работы и возможности отрыва потока у стенки. При этом отсутствует возможность использования кинетической энергии потока отбора, покидающего проточную часть и попадающего в камеру отбора, из-за резкого поворота потока на входе в кольцевой канал.

Кроме того, указанное соотношение площадей безлопаточного диффузора не дает возможности конструктору четко принять решение, за счет какого из варьируемых параметров (угол раскрытия γ, радиальность диффузора = D₂/D₁, ширина горлового сечения на входе S₁ и выходе S₂) диффузора обеспечивается это соотношение и как изменение каждого из них влияет на окружную неравномерность параметров в проточной части, а следовательно, и на переменные аэродинамические силы, действующие на рабочие лопатки околоотборного отсека, а также влияет на потери в тракте отбора.

Известна также камера отбора паровой турбины, образованная проемом между корпусом последней и обоймами диафрагм, установленными с образованием кольцевого канала, который выполнен с переменным профилем, образованным плавно сопряженными пережимом входным и выходным участками, образующие последнего из которых расположены с расходящимся по ходу потока наклоном [2] В данной камере отбора отсутствуют зоны возвратного течения на входе в кольцевой канал из-за ускорения потока во входном (конфузорном) участке, при этом профиль скоростей в канале выравнивается и выходной (диффузорный) участок работает более эффективно, что снижает потери во всем тракте отбора.

Однако при диффузорной конструкции щели тракта отбора возрастает окружная неравномерность параметров в проточной части за счет снижения гидравлического сопротивления на пути распространения неравномерности, вызванной неосесимметричным отводом рабочей среды из камеры отбора. Эта неравномерность параметров в проточной части в конечном итоге приводит к увеличению переменных аэродинамических сил, действующих на рабочую лопатку и снижающих надежность всего турбоагрегата. В связи с этим из рассмотрения исключен наиболее важный вопрос как данная конструкция кольцевого канала влияет на окружную неравномерность параметров в проточной части, а следовательно, и на переменные аэродинамические силы.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности работы как турбины, так и турбоустановки в целом, в широком диапазоне расходов отбираемого пара за счет оптимизации размеров диффузорного кольцевого канала на входе в камеру отбора и степени его переменности в окружном направлении.

Для этого в камере отбора паровой турбины, образованной проемом между корпусом турбины и обоймами диафрагм и сообщенной с проточной частью за рабочей лопаткой предотборной ступени кольцевым каналом, последний выполнен уменьшающимся в окружном направлении и имеет минимальное значение со стороны патрубков отбора, диффузорный участок канала выполнен со средней радиальностью 1,15 < = < 1,25 и углом раскрытия 2^о ≅ γ ≅ 7^о, где D_2ср средний выходной диаметр диффузора, при этом входной участок кольцевого канала имеет пережим с относительной шириной 0,03-0,35, где S ширина пережима входного участка кольцевого канала; l длина лопатки предотборной ступени, а выходной диаметр диффузора выполнен с эксцентриситетом по отношению к входному участку, относительная величина которого составляет 0,04-0,075, где .

На фиг. 1 представлен фрагмент проточной части турбины с камерой отбора; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Камера 1 отбора образована проемом между внешним корпусом 2 турбины и обоймами 3 диафрагм 4, установленными с образованием кольцевого канала 5, сообщающего полость камеры 1 с проточной частью 6 турбины. Кольцевой канала 5 имеет диффузорный участок 7, радиальный размер которого выполнен уменьшающимся в окружном направлении, и имеет минимальное значение со стороны патрубков 8 отбора. Диффузорный участок 7 выполнен со средним относительным диаметром 1,15 ≅ = ≅ 1,25 и углом раскрытия 2^о ≅ γ ≅ 7^о, где D_2ср средний диаметр выходного сечения диффузора, равный полусумме максимального D_2max и минимального D_2min диаметра выходного сечения диффузора; D₁ входной диаметр диффузора, и имеет за входным участком 9 кольцевого канала 5 пережим 10 с относительной шириной 0,03-0,35, где S ширина пережима 10 кольцевого канала 5; l длина лопаток 11 предотборной ступени. Относительная величина эксцентриситета выходного сечения диффузора определяется как и находится в диапазоне 0,04-0,075.

Камера отбора работает следующим образом.

Рабочее тело из проточной части 6 поступает во входной участок 9 с пережимом 10 кольцевого канала 5. Здесь поток ускоряется, при этом профиль скорости в канале 5 выравнивается. Далее на диффузорном участке 7 поток замедляется, причем из-за переменности в окружном направлении входного диаметра диффузора его восстановительная способность минимальна со стороны расположения патрубков 8 отбора и максимальна с противоположной стороны. Вследствие этого давление во входном участке 9 в зоне патрубков 8 отбора повышается (в сравнении с вариантом с 0), а в противоположной от них зоне снижается, что приводит к уменьшению окружной неравномерности давления в проточной части 6, а следовательно, и переменных аэродинамических сил, действующих на лопаточный аппарат околоотборного отсека и снижающих его надежность.

Кроме того, данный профиль кольцевого канала 5 позволяет повысить экономичность турбоустановки за счет оптимизации геометрических параметров диффузорного участка 7, а следовательно, повышения давления в камере 1 отбора вследствие более полного восстановления давления кольцевом канале 5.

Использование: в паровых турбинах для атомных, тепловых и геотермальных станций. Сущность изобретения: кольцевой конфузорно-диффузорный канал, сообщающий проточную часть турбины с камерой отбора, выполнен с диффузорным участком, средняя радиальность которого равна или больше 1,15, но не больше 1,25, а угол раскрытия равен 2 7°. Пережим конфузорно-диффузорного канала выполнен с относительной шириной пережима 0,03 0,35. Выходной диаметр диффузора выполнен с эксцентриситетот по отношению к входному диаметру. Относительная величина эксцентриситета составляет 0,04 - 0,075, при этом минимальный выходной диаметр диффузора расположен со стороны патрубков отбора. 2 ил.

КАМЕРА ОТБОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ с патрубками отбора, образованная проемом между корпусом турбины и обоймами диафрагм и сообщенная с проточкой частью за рабочей лопаткой предотборной ступени кольцевым каналом, имеющим входной и выходной диффузорный участки с пережимом между ними, отличающаяся тем, что кольцевой канал выполнен на выходе с уменьшающимся в окружном направлении радиальным размером, имеющим минимальное значение со стороны патрубков отбора, а диффузорный участок канала выполнен со средним относительным диаметром 1,15 1,25, углом раскрытия 2 7^o, относительным эксцентриситетом 0,04 - 0,075, относительным пережимом 0,03 0,35, определяемыми по формулам



где средний относительный диаметр диффузорного участка;
D_2ср, D_2max, D_2min соответственно средний, максимальный и минимальный диаметры выходного сечения диффузорного участка;
D₁ диаметр входного сечения диффузорного участка в месте пережима;
относительный эксцентриситет;
относительный пережим;
S ширина пережима;
l длина рабочей лопатки предотборной ступени.