ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F01K17/04 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в турбинах, имеющих внутреннее уплотнение ротора и работающих в блоках с прямоточными и барабанными котлами. Известна паротурбинная установка, содержащая парогенератор со встроенным сепаратором и турбину с двухстенным корпусом, центральным подводом пара и внутренним уплотнением ротора.

В этой установке ротор в зоне промежуточного уплотнения омывается смесью свежего пара и пара, поступающего из камеры регулирующей ступени, что снижает экономичность турбоустановки, так как этот пар не работает в первом потоке ЦВД. Кроме того, для уменьшения скорости развития термоусталостных трещин на поверхности ротора, возникающих при переходных режимах, увеличивают продолжительность пусковых режимов, что ухудшает маневренность паротурбинной установки.

Известна также паротурбинная установка, содержащая парогенератор со встроенным сепаратором, турбину с двухстенным корпусом, центральным подводом пара и внутренним уплотнением, проточная часть которой сообщена со встроенным сепаратором подводящим трубопроводом, на котором установлен регулирующий клапан, а к его приводу подключены датчики температуры пара в сепараторе и относительного расширения ротора. В такой установке охлаждающий пар по подводящему трубопроводу и центральному каналу поступает в камеру регулирующей ступени высокого давления, а другой в первую ступень после поворота потока в межкорпусном пространстве.

Отсутствие взаимосвязи между параметрами потока пара, направляемого в проточную часть турбины, и расходом охлаждающего пара, подаваемого к термонапряженным ее узлам, приводит к необходимости постоянного дополнительного регулирования расхода охлаждающего пара, осуществляемого установкой регулирующей арматуры, часть из которой управляется по сигналам от датчиков температуры пара в сепараторе и относительного расширения ротора.

В основу изобретения положена задача получения пара необходимого параметра для охлаждения термонапряженных узлов турбины на всех эксплуатационных режимах без постоянного дополнительного регулирования его расхода.

Поставленная задача решается тем, что паротурбинная установка, включающая парогенератор, подсоединенную к нему посредством трубопровода свежего пара паровую турбину с цилиндрами высокого и среднего давления, причем последние имеют ротор и статор, а цилиндр высокого давления выполнен с паровыми отборами, а также паропаровой теплообменник, соединенный своими входами по греющей и нагреваемой средам соответственно к трубопроводу свежего пара и к одному из паровых отборов цилиндра высокого давления, а выходом нагреваемой среды к цилиндру среднего давления паровой турбины, отличается тем, что статоры и роторы цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины выполнены с полостями для охлаждения их высокотемпературных участков, при этом паропаровой теплообменник своим выходом греющей среды соединен с указанными полостями цилиндра высокого давления, а выходом нагреваемой среды с указанными полостями цилиндра среднего давления паровой турбины.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что в паротурбинных установках известно использование в пусковом режиме дополнительного паропарового теплообменника, установленного в трубопроводе между сепаратором и пароперегревателем, соединенного с паропроводом свежего пара и с регенеративным подогревателем высокого давления турбоустановки для повышения маневренности и экономичности в режиме пуска.

Дополнительный паропаровой теплообменник в заявленной совокупности признаков обеспечивает саморегулирование изменения расхода охлаждающего пара на переменных и стационарных режимах эксплуатации и получение охлаждающего пара требуемых параметров на указанных режимах без постоянного дополнительного регулирования его расхода. Указанный результат явным образом не следует из предшествующего уровня развития в данной области техники и направлен на повышение надежности работы паротурбинной установки при комплексном охлаждении роторов ВД и СД.

На чертеже представлена паротурбинная установка.

Паротурбинная установка содержит парогенератор 1, соединенный с турбиной паропроводом 2 свежего пара. Турбина оборудована цилиндрами высокого 3 (ЦВД) и среднего 4 давления (ЦСД) и имеет паропаровой теплообменник 5, сообщенный по линии 6 подвода греющей среды с паропроводом 2 свежего пара, а по линии 7 отвода этого пара с подводом пара на охлаждение ротора высокого давления с полостью 8, образованной диском 9 регулирующей ступени 10 ЦВД и наружной поверхностью обоймы 11 внутреннего уплотнения 12. По линии 13 подвода охлаждающей среды с одним из отборов 14 ЦВД 3, например, по линии промежуточного перегрева пара, а по линии 15 отвода этой среды с подводом пара на охлаждение термонапряженных узлов ЦСД с полостями 16 в районе думмиса 17 ЦСД 4 и полостью 18, образованной между диском 19 первой ступени 20 ЦСД 4 и диафрагмой 21 второй ступени 22. При этом на паропроводе 2 установлен блок стопорно-регулирующих клапанов 23 ЦВД 3, на линии перепуска вторично перегретого пара 24 в линию подачи пара на охлаждение ЦСД 4 установлена дроссельная шайба 25. Поверхностный паропаровой теплообменник 5 может быть выполнен по типу "труба в трубе".

Паротурбинная установка работает следующим образом.

В период пуска паротурбинной установки и при ее работе на всех эксплуатационных режимах часть свежего пара из трубопровода 2 после стопорно-регулирующего клапана 23 поступает в паропаровой теплообменник 5, в котором происходит снижение его температуры за счет отвода тепла паром, подаваемым из отбора ЦВД 3. Охлажденный свежий пар по трубопроводу 7 подается в полость 8.

При омывании этим паром поверхности диска 9 регулирующей ступени 10 и при прохождении через внутреннее уплотнение 12 происходит съем тепла с термонапряженных элементов ротора ЦВД 3.

Пар из отбора ЦВД после подогрева в теплообменнике 5 подается в полость 16 в районе думмиса 17 ЦСД 4 и полости 18 между диском 19 первой ступени 20 ЦСД 4 и диафрагмой 21 второй ступени 22. Этот пар и производит охлаждение термонапряженных элементов ЦСД. За счет подбора сопротивлений паровых трактов осуществляется автоматическое регулирование (в соответствии с режимом работы ПТУ) параметров и расходов греющего и охлаждаемого потоков пара, поступающих в паропаровой теплообменник 5. Это позволит отказаться от регулирующей арматуры, устанавливаемой на линиях подвода охлаждающего пара в ЦВД и ЦСД.

Первоначальную настройку системы охлаждения ЦСД осуществляют подбором дроссельной шайбы 25.

Таким образом, по сравнению с прототипом, соединение через паропаровой теплообменник источника свежего пара с проточной частью внутреннего уплотнения ротора позволяет на всех режимах получать пар требуемых для охлаждения ротора параметров при отсутствии постоянного дополнительного регулирования его расхода.

Саморегулирование изменения расхода охлаждающего пара на переменных режимах эксплуатации исключает необходимость установления регулирующей арматуры, связанной с системой регулирования.

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно в энергоустановках с турбинами, имеющими внутреннее уплотнение ротора и работающими в блоках с прямоточными и барабанными котлами. Сущность изобретения: паротурбинная установка содержит парогенератор, турбину с цилиндрами 3, 4 высокого и среднего давления, подвод пара на охлаждение термонапряженных узлов цилиндра 3 высокого давления, а также паропаровой теплообменник 5. По линии 6 подвода греющей среды последний соединен с паропроводом 2 свежего пара, а по линии 7 отвода этой среды - с подводом пара на охлаждение ротора цилиндра 3 высокого давления. По линии 13 подвода охлаждающей среды паропаровой теплообменник 5 подсоединен к одному из отборов 14 цилиндра высокого давления, а по линии 15 отвода этой среды - к подводу пара на охлаждение термонапряженных узлов цилиндра среднего давления. При этом охлаждающие элементы теплонапряженных узлов цилиндров высокого и среднего давления представляют собой полости 8, 16, 18, выполненные в статорах и роторах указанных цилиндров. 1 ил.

ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, включающая парогенератор, подсоединенную к нему посредством трубопровода свежего пара паровую турбину с цилиндрами высокого и среднего давления, причем последние имеют ротор и статор, а цилиндр высокого давления выполнен с паровыми отборами, а также паропаровой теплообменник, соединенный своими входами по греющей и нагреваемой средам соответственно с трубопроводом свежего пара и с одним из паровых отборов цилиндра высокого давления, а выходом нагреваемой среды - с цилиндром среднего давления паровой турбины, отличающаяся тем, что статоры и роторы цилиндров высокого и среднего давления паровой турбины выполнены с полостями для охлаждения из высокотемпературных участков, при этом паропаровой теплообменник выходом греющей среды соединен с полостями цилиндра высокого давления, а выходом нагреваемой среды - с полостями цилиндра среднего давления паровой турбины.