ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЛАГООТДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ ПАРОПРОВОДОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН Российский патент 1996 года по МПК F01D25/32 

Изобретение относится к оборудованию паровых турбин, а более точно к высокоскоростному влагоотделителю для паропроводов паровых турбин, преимущественно таких, которые расположены между частями или цилиндрами влажнопаровой турбины.

Аналогами изобретения являются известные высокоскоростные влагоотделители, содержащие ряд пустотелых направляющих лопаток со щелями на вогнутой стенке, установленных в поворотном паропроводном колене и сообщенных своими полостями с камерой вокруг колена [1] Эффективность отделения жидкой фазы в таких инерционных сепараторах ниже, чем в сепараторах другого типа, в частности жалюзийных. Однако их компактность и низкое гидравлическое сопротивление позволяют указанным высокоскоростным влагоотделителям успешно конкурировать с сепараторами других типов при комплектовании оборудования для влажнопаровых турбин как при их изготовлении, так и при модернизации в периоды ремонтных кампаний.

При относительной простоте известных высокоскоростных влагоотделителей, они, тем не менее, трудоемки в изготовлении, что связано с необходимостью обеспечения оптимального аэродинамического профиля направляющих лопаток при наличии в них замкнутой полости. Известны различные формы выполнения направляющих лопаток. Литые лопатки обладают оптимальным аэродинамическим профилем, однако их использование приводит к увеличению металлоемкости и стоимости высокоскоростного влагоотделителя. Поэтому более предпочтительным является использование в таких влагоотделителях тонкостенных лопаток из листового материала.

Известен высокоскоростной влагоотделитель для паропроводов паровых турбин, содержащий ряд установленных в паропроводном колене направляющих пустотелых лопаток, каждая из которых выполнена из листового материала с упрочнением и имеет щели, проходящие вдоль ее образующей, а также камеру, расположенную вокруг колена и сообщенную с полостями лопатки [2] Такой влагоотделитель с тонкостенными лопатками является ближайшим аналогом изобретения.

В таком известном высокоскоростном влагоотделителе направляющие лопатки сформированы из листовой заготовки и упрочнены ребрами, установленными и закрепленными внутри лопаток с протяжением в их полостях вдоль щелей. Такое выполнение обеспечивает достаточную прочность лопаток при наличии щели, простирающейся вдоль всей образующей. Однако наличие внутренних ребер жесткости существенно усложняет изготовление направляющих лопаток, что обуславливает высокую стоимость такого высокоскоростного влагоотделителя.

В основу изобретения поставлена задача создания высокоскоростного влагоотделителя для паропроводов паровых турбин, в котором направляющие лопатки были бы как можно более просты в изготовлении, но вместе с тем обеспечивалась бы их достаточная прочность и сохранение основных преимуществ высокоскоростных влагоотделителей.

Эта задача решена в высокоскоростном влагоотделителе для паропроводов паровых турбин, содержащем ряд установленных в паропроводном колене направляющих пустотелых лопаток, каждая из которых выполнена из листового материала и имеет щели, проходящие вдоль ее образующей, а также камеру, расположенную вокруг колена и сообщенную с лопастями лопаток, который в соответствии с сущностью настоящего изобретения снабжен ребрами жесткости, расположенными в колене в поперечном направлении относительно образующих стенок лопаток и соединяющими последние между собой и со стенками паропроводного колена.

При таком решении, по сравнению с ближайшим аналогом, значительно сокращается количество составных элементов, а следовательно и число соединений, что позволяет существенно упростить влагоотделитель и уменьшить трудоемкость его изготовления. Вместе с тем даже минимальное число ребер жесткости, связывающих лопатки в решетку и со стенками паропроводного колена, способно обеспечить высокую жесткость такой решетки и ее необходимую прочность.

Для уменьшения влияния ребер жесткости на обтекание решетки потоком пара и эффективность сепарации жидкой фазы предпочтительно, чтобы они располагались попарно в одной плоскости и одно из них пересекало переднюю часть каждой лопатки по ее ширине на таком участке выпуклой поверхности, касательные к которому проходят через вогнутую поверхность противолежащей лопатки до щели, а второе ребро пересекает заднюю часть лопатки по ее ширине на участке за щелью.

Направляющие лопатки могут быть спрофилированы из одной тонколистовой заготовки. Но наиболее целесообразно, чтобы каждая из них была выполнена из двух соединенных сварным соединением листовых частей, образующих стенки лопатки, и чтобы одна из них в поперечном направлении относительно образующих этих стенок перекрывала другую. При этом ребра жесткости соединяются с каждой лопаткой на выступающих участках перекрывающей стенки. Это позволяет упростить их соединение с лопатками.

Для повышения прочности таких направляющих лопаток целесообразно, чтобы щель вдоль образующей вогнутой стенки была выполнена в виде дискретных участков, проходящих в указанном направлении по двум поперечно смещенным параллельным линиям с перекрытием этих участков по потоку пара.

Сущность изобретения, его указанные и другие преимущества будут более понятны из последующего описания одного из примеров его реализации.

На фиг. 1 показан общий вид в продольном разрезе высокоскоростного влагоотделителя для паропроводов паровых турбин; на фиг. 2 направляющие лопатки влагоотделителя на фиг. 1 в разрезе поперек образующих их вогнутой и выпуклой сторон, в увеличенном масштабе; на фиг. 3 вид на вогнутую поверхность лопаток по А на фиг. 2; на фиг. 4 вид сверху на влагоотделитель на фиг. 1 с частичным вырывом стенки паропроводного колена и окружающей его камеры.

Показанный на чертежах высокоскоростной влагоотделитель предназначен для включения в паропроводную магистраль между цилиндрами высокого и низкого давления влажнопаровой турбины. Для этого влагоотделитель содержит входной 1 и выходной 2 патрубки, которые через переходники 3 и 4 соответственно соединены с паропроводным коленом 5, имеющим прямоугольное проходное сечение, которое выбрано из соображений технологичности изготовления (фиг. 1, 4).

Паропроводное колено 5 охвачено камерой 6, в дне которой выполнен патрубок 7 для подключения к дренажной магистрали, а в верхней стенке - патрубок 8 для подключения к магистрали с давлением более низким, чем расчетное давление в паропроводном колене 5. Для сепарации пристеночной влаги на входе в паропроводное колено 5 в переходнике 3 закреплен кольцевой козырек 9, образующий со стенками переходника 3 карман 10, сообщенный с полостью в камере 6.

В паропроводном колене 5 по диагонали, проходящей по оси кривизны, установлен ряд направляющих лопаток 11, образующих решетку с постоянным шагом расположения лопаток 11.

Как это видно из фиг. 2, лопатки 11 выполнены пустотелыми из двух изогнутых тонкостенных листовых заготовок, одна из которых образует вогнутую 12, а вторая выпуклую 13 стенку лопаток. При этом выпуклая стенка 13 перекрывает в поперечном направлении относительно образующих вогнутую стенку 12 и по концам последней обе стенки соединены непрерывным угловым сварным швом 14. Полости лопаток 11 по краям через боковые стенки паропроводного колена 5 сообщены с полостью в камере 6.

В задней части по ходу потока пара в вогнутой стенке 12 выполнена проходящая вдоль образующей этой стенки продольная влагоуправляющая щель 15. Входная кромка по ходу потока пара этой щели выполнена со скосом 16. Как это видно из фиг. 3, продольная щель 15 является прерывистой вдоль образующей стенки 13, представляя собой ряд дискретных участков, проходящих по двум поперечно смещенным параллельным линиям с перекрытием этих участков по ходу потока пара.

Для обеспечения необходимой прочности лопатки 11 ребрами жесткости 17 и 18 сведены в лопаточную решетку, которая в свою очередь этими же ребрами 17 и 18, а также торцами лопаток закреплена сварными соединениями в стенках паропроводного колена 5. При этом для исключения влияния на эффективность сепарации жидкой фазы ребра 17 и 18 расположены попарно в одной плоскости (фиг. 1, 4). Одно из ребер такой пары 17 проходит через переднюю часть по потоку пара каждой лопатки, пересекая ее по ширине на таком участке поверхности выпуклой стенки 13, касательные к которому проходят через вогнутую поверхность противолежащей лопатки до влагоулавливающей щели 15 (фиг. 2). При таком исполнении практически вся оседающая на этом ребре 17 влага при ее срыве потоком пара будет сепарироваться на вогнутой стенке 12 до щелей 15 и улавливаться ими. Другое ребро 18 проходит через заднюю часть по потоку пара каждой лопатки, пересекая ее по ширине на участке вогнутой стенки 12 за влагоулавливающей щелью 15. При этом, как это видно из фиг. 2, перекрытие выпуклой стенкой 13 вогнутой стенки 12 выполнено на такую величину, чтобы ребра жесткости 17 и 18 могли примыкать к выступающим участкам выпуклой стенки 13 с обеспечением надежного и прочного соединения с лопаткой.

Функционирование описанного высокоскоростного влагоотделителя происходит как и в других известных аналогичных влагоотделителях.

При течении потока влажного пара из него в пристеночной зоне переходника 3 карманом 10 улавливается часть жидкой фазы, т. е. осуществляется предварительная сепарация периферийной части парового потока. Затем пар поступает в лопаточную решетку и при повороте потока из него под действием инерционных сил отделяются водяные капли, которые тонкой пленкой осаждаются на вогнутых стенках 12 и текут в направлении задней части лопаток 11. Через щель 15 водяная пленка проникает внутрь лопаток. Скос 16 способствует эффективности отвода водяной пленки через щель 15. Из полостей лопаток вода вместе с частью пара проходит в полость камеры 6. В ней жидкая фаза стекает вниз, а пар выходит через верхний патрубок 8.

Таким образом, высокоскоростной влагоотделитель согласно изобретению, функционируя как и другие известные аналогичные влагоотделители, обеспечивает эффективную сепарацию жидкой фазы при незначительном гидравлическом сопротивлении. Как и другие известные, описанный влагоотделитель обладает также компактностью и способностью простого подключения в паропроводные магистрали. Вместе с тем описанный высокоскоростной влагоотделитель по сравнению с другими отличается большей простотой конструкции и технологичностью.

Использование: в паропроводах паровых турбин. Сущность изобретения: высокоскоростной влагоотделитель содержит ряд установленных в паропроводном колене 5 направляющих лопаток (НЛ-11) со щелями 15 на вогнутой стенке 12, проходящими вдоль ее образующей. НЛ 11 выполнены пустотелыми, а их полости сообщены с полостью камеры 6 пониженного давления, охватывающей паропроводное колено 5. Стенки 12, 13 НЛ 11 - тонкостенные, выполненные из листового материала, в частности НЛ сформирована из двух частей - стенок, из которых одна 13 перекрывает другую 12 и которые соединены сварными соединениями 14 внахлест. Для обеспечения необходимой прочности в паропроводном колене 5 в поперечном направлении относительно образующих НЛ 11 установлены ребра жесткости 17, 18, связывающие НЛ в решетку между собой и со стенками паропроводного колена 5. Такой высокоскоростной влагоотделитель по сравнению с другими известными того же типа отличается большей простотой конструкции и технологичностью при сохранении других достоинств известных. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Высокоскоростной влагоотделитель для паропроводов шаровых турбин, содержащий ряд установленных в паропроводном колене направляющих пустотелых лопаток, каждая из которых выполнена из листового материала с упрочнением и имеет щели, проходящие вдоль ее образующей, а также камеру, расположенную вокруг колена и сообщенную с полостями лопаток, отличающийся тем, что он снабжен ребрами жесткости, расположенными в колене поперечно относительно образующих стенок лопаток и соединяющими последние между собой и со стенками колена. 2. Влагоотделитель по п. 1, отличающийся тем, что ребра жесткости расположены попарно в одной плоскости, при этом одно из них проходит с пересечением передней части каждой лопатки по ее ширине на участке выпуклой стенки, на котором касательные к стенке пересекают вогнутую стенку противолежащей лопатки до щели, а другое ребро установлено с пересечением задней части лопатки по ее ширине на участке за щелью. 3. Влагоотделитель по п. 2, отличающийся тем, что каждая лопатка выполнена из двух, соединенных сварным соединением листовых частей, одна из которых образует вогнутую, а другая выпуклую стенку и одна из них перекрывает другую в поперечном направлении относительно образующих стенок, при этом ребра жесткости установлены с примыканием к выступающим участкам перекрывающей стенки лопаток. 4. Влагоотделитель по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет щель на вогнутой стенке, выполненную прерывистой в виде дискретных участков, проходящих вдоль двух поперечно смещенных параллельных линий с перекрытием участков по потоку пара.