ВЫХЛОПНАЯ ЧАСТЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1996 года по МПК F01D25/30 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано при проектировании или реконструкции выхлопных частей паровых турбин.

Цель изобретения повышение экономичности и надежности.

На фиг. 1 изображена выхлопная часть паровой турбины, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 зависимость коэффициента К, учитывающего величину площади минимального сечения кольцевого конфузорного канала от отношения скорости истечения потока пара из минимального сечения конфузорного канала к скорости звука в этом сечении.

Выхлопная часть паровой турбины содержит последнюю ее ступень 1 и влагоулавливающую камеру 2, ограниченную внутренней 3 и наружной 4 обечайками, образующими кольцевой конфузорный канал 5, ободом 6 диафрагмы 7 и стенкой 8 с отверстиями 9 для слива влаги. Влагоулавливающая камера 2 сообщается с межлопаточными каналами диафрагмы 7 через щели 10 и полости 11 сопловых лопаток 12 и каналы 13 в ободе 6 диафрагмы 7, с пространством 14 перед рабочими лопатками 15 через кольцевую щель 16, с каналом диффузора через кольцевой конфузорный канал 5 и с полостью 17 патрубка 18 через отверстия 9 для слива влаги и через дополнительные отверстия 19.

Дополнительные отверстия 19 в стенке 8 расположены по периметру влагоулавливающей камеры 2 так, что интервалы 20 между ними в зоне разъема 21 максимальны, а в зонах крышки 22 и выходного сечения 23 минимальны. Такое расположение отверстий обеспечивает уменьшение потерь от смешения основного потока и потоков из дополнительных отверстий 19.

Площадь поверхности внутренней обечайки 3 между минимальным сечением 24 конфузорного канала 5 и рабочими лопатками 15 выбирается в диапазоне значений от 5 до 50% суммарной площади поверхности внутренней обечайки 3 и поверхности наружной обечайки 4 на участке от сечения 24 кольцевого канала 5 до стенки 8 наружной обечайки 4, обеспечивающей безотрывное обтекание внутренней обечайки 3.

Длина l_к кольцевого конфузорного канала 5 выбирается в 1-7 раз превышающей величину его минимальной ширины в сечении 24.

Размер дополнительных отверстий 19 выбирается таким, чтобы расход пара через дополнительные отверстия 19 был равен разности расходов пара, поступающих во влагоулавливающую камеру 2 через каналы 13 и кольцевую щель 16, величина которых определяется из условия обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток 15 последней ступени 1, и расхода пара, отводимого из камеры 2 через кольцевой канал 5, величина которого определяется из условия обеспечения безотрывного обтекания наружной обечайки 4. При этом суммарная площадь дополнительных отверстий 19 определяется выражением:
F_д.о= 0,75[1-0,06(F_o/F_щ)²]⁸•(8,2-3,3K)F_o+
+0,87(6,7-2,5K)sin3α₁•F_z-1,4F_к-F_вл, (1) где F₀ суммарная площадь каналов 13, соединяющих влагоулавливающую камеру 2 с полостями 11 лопаток 12 диафрагмы 7;
F_щ суммарная площадь щелей 10, соединяющих полости 11 лопаток 12 диафрагмы 7 с межлопаточными каналами;
коэффициент, учитывающий длину рабочих лопаток 15 последней ступени 1;
К коэффициент, учитывающий величину площади минимального сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5;
α₁ угол между средней линией профиля выходной части сопловых лопаток 12 и плоскостью выходных кромок лопаток 12 в периферийном сечении диафрагмы 7;
F_z площадь минимального проходного сечения кольцевой щели 16, соединяющей влагоулавливающую камеру 2 с пространством 14 перед рабочими лопатками 15;
F_к площадь минимального проходного сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5;
F_вл суммарная площадь отверстий 9 для слива влаги в стенке 8 влагоулавливающей камеры 2.

В выражении (1) коэффициент , учитывающий длину рабочих лопаток 15 последней ступени 1, равен численному значению длины рабочих лопаток 15, выраженной в м.

Площадь F_к минимального проходного сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5 определяется из условия обеспечения безотрывного обтекания наружной обечайки 4 выражением
F_к= 0,5C_μ F, (2) где C_μ задаваемое оптимальное значение коэффициента импульса струи, выходящей из кольцевого канала 5;
ρ₁ плотность пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 последней ступени 1;
С₁ скорость пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 последней ступени 1;
ρ_к плотность пара в минимальном сечении 24 кольцевого конфузорного канала 5;
C_к cкорость пара в минимальном сечении 24 кольцевого конфузорного канала 5;
F_н.о2 площадь поверхности наружной обечайки 4 на участке от сечения 24 канала 5 до стенки 8.

Коэффициент К, учитывающий величину площади минимального сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5, определяется соотношением величин числа Маха для потока пара в минимальном сечении 24 конфузорного канала 5 М_вд С_к/а_* и числа Маха для потока пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 М_с1 С₁/a_*, где а_* скорости звука в соответствующих сечениях (фиг. 3).

Выхлопная часть паровой турбины работает следующим образом.

Пар с частицами влаги из межлопаточных каналов диафрагмы 7 последней ступени 1 через щели 10 поступает в полости 11 сопловых лопаток 12 и из них через каналы 13 в ободе 6 под действием разности давлений в межлопаточных каналах в зоне щелей 10 и в камере 2 поступает во влагоулавливающую камеру 2. Пар с частицами влаги, вышедший из каналов между сопловыми лопатками 12 в периферийной зоне диафрагмы 7 через пространство 14 перед рабочими лопатками 15 и кольцевую щель 16, также отводится во влагоулавливающую камеру 2 под действием перепада давлений между пространством 14 и камерой 2. Перепад давлений между полостями 11 сопловых лопаток 12 и пространством 14 перед рабочими лопатками 15 и влагоулавливающей камерой 2 по условиям работы системы влагоудаления последней ступени должен обеспечивать критический режим истечения через каналы 13 и щель 16. При этом давление в камере 2 не должно быть больше критического давления в минимальных сечениях каналов 13 и щели 16. Минимальное возможное давление в камере 2 равно давлению в полости 17 патрубка 18. Требуемое значение давления в камере 2 в указанном диапазоне достигается за счет выполнения соответствующей суммарной площади дополнительных отверстий 19, которая обеспечивает отвод из камеры 2 под действием разности давлений в камере 2 и в полости 17 избыточного расхода пара, равного разности между расходом пара в камеру 2 из каналов 13 и щели 16 и расходом пара из камеры 2 через конфузорный канал 5.

Кольцевая струя пара, прошедшая радиальный зазор между рабочими лопатками 15 и внутренней обечайкой 3 без выполнения механической работы, под действием перепада давлений на рабочих лопатках в периферийной зоне, имеющей большую реактивность, разгоняется в диффузоре до больших сверхзвуковых скоростей и оказывает эжектирующее воздействие на основной поток, подсасывая его к внутренней обечайке 3, способствуя ее безотрывному обтеканию.

Пар из влагоулавливающей камеры 2 выводится через кольцевой конфузорный канал 5 в диффузор и через дополнительные отверстия 19 в полость 17 патрубка 18. В канале 5 под воздействием конфузорности уменьшается неравномерность параметров в потоке, который проходит минимальное сечение с дозвуковой или звуковой скоростью. Кольцевая струя пара, вышедшая из канала 5, обтекает поверхность наружной обечайки 4, оказывая эжектирующее действие на основной поток, подсасывая его к наружной обечайке 4 и тем самым обеспечивая эффективное заполнение потоком диффузора и уменьшение скорости потока пара по мере приближения к выходному сечению диффузора.

Пар, вышедший из дополнительных отверстий 19, смешивается с основным потоком за стенкой 8 в полости 17 патрубка 18 и направляется к выходному сечению 23. В зоне разъема 21, где направления основного потока пара и потока пара из отверстий 19 существенно отличаются, что может приводить к значительным потерям на смешение, расход пара через отверстия 19 имеет минимальное значение или равен нулю.

Влага, вынесенная паром из каналов 13 и щели 16 и осевшая на стенках влагоулавливающей камеры 2, стекает в нижнюю точку, где расположены отверстия 9, и через них сливается в полость 17 патрубка 18, откуда выводится из него вместе с паром.

Данное техническое решение позволяет путем обеспечения требуемого по критериям эрозионной надежности расхода влажного пара из проточной части последней ступени во влагоулавливающую камеру при безотрывном обтекании внутренней и наружной обечаек диффузора повысить экономичность и надежность выхлопной части паровой турбины.

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано при проектировании или реконструкции выхлопных частей паровых турбин с целью повышения экономичности и надежности путем обеспечения требуемого по критериям эрозионной надежности расхода влажного пара из проточной части последней ступени паровой турбины во влагоулавливающую камеру при безотрывном обтекании внутренней и наружной обечаек выхлопного диффузора. 3 ил.

ВЫХЛОПНАЯ ЧАСТЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащая корпус, последнюю ступень с рабочими лопатками и диафрагмой, имеющей обод и сопловые лопатки с межлопаточными каналами, кольцевой канал для обвода пара, образованный внутренней и наружной соосными обечайками, последняя из которых имеет соединенную с корпусом стенку, и влагоулавливающую камеру, сообщенную с кольцевым каналом и имеющую кольцевую щель, сообщающую ее полость с проточной частью последней ступени перед рабочими лопатками, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и надежности, сопловые лопатки выполнены с полостями, сообщенными с межлопаточными каналами, обод диафрагмы выполнен с каналами, сообщающими полости лопаток с влагоулавливающей камерой, в стенке наружной обечайки выполнены отверстия для отвода пара и слива влаги, кольцевой канал выполнен конфузорным с длиной, в 1 - 7 раз превышающей величину его минимальной ширины, а влагоулавливающая камера образована ободом и соосными обечайками, при этом площадь поверхности внутренней обечайки составляет 5 - 50% от суммарной площади поверхности внутренней обечайки и поверхности наружной обечайки на участке от выходного сечения кольцевого канала до стенки наружной обечайки.