ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F01D25/24 F01D25/14 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано при конструировании проточных частей цилиндров низкого давления паровых турбин.

Известна проточная часть низкого давления турбины, содержащая рабочее колесо предпоследней ступени и диафрагму последней ступени (Трухний А.Д, Лосев С.М. Стационарные паровые турбины. М. Энергоиздат. 1981. с. 303).

Недостатком известного технического решения является то, что в результате резкого раскрытия проточной части в меридиональном сечении, последняя ступень работает при большой неравномерности входного поля скоростей, что отрицательно сказывается на ее экономичности и надежности.

Кроме того, на формирование потока в последних ступенях оказывает влияние наличие кольцевой струи, обусловленной протечкой пара из периферии предыдущей ступени. Эта струя пара, обладая скоростью, значительно превышающей скорость основного потока, "отрезает" периферийную область последующей сопловой решетки от основного потока, что также вызывает рост потерь энергии.

Наиболее близким техническим решением является проточная часть низкого давления турбины, содержащая рабочее колесо предпоследней ступени, диафрагму последней ступени и кольцевой экран, размещенный в периферийной области межступенчатого зазора с отрицательной перекрышей по отношению к рабочему колесу предпоследней ступени (Патент Польша Р160805 N 276424, 1993).

Недостатком данного технического решения является то, что устраняя влияние кольцевой периферийной струи, экран, в то же время, затеняет значительную часть входной площади диафрагмы, что, естественно, отражается на неравномерности поля скоростей на входе в последнюю ступень, а следовательно, и ее экономичности. Поэтому применение подобной конструкции целесообразно только в проточных частях с отборами пара.

Техническая задача предлагаемого технического решения состоит в снижении потерь энергии и повышении надежности работы лопаточного аппарата турбины.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения состоит в:
дроблении периферийной кольцевой струи пара и обеспечении равномерного поля скоростей на входе в диафрагму последней ступени и устранении радиальных перетеканий в ней от корня к периферии, и, следовательно, устранении причины возникновения прикорневого отрыва потока;
дроблении крупнодисперсной влаги, сосредоточенной в периферийной зоне течения;
частичной сепарации и удалении крупнодисперсной влаги из периферии межступенчатого зазора.

Предлагаемое техническое решение обеспечивается путем выполнения в проточной части низкого давления турбины кольцевого экрана, проницаемого для рабочего тела, с суммарной проходной площадью проницаемого экрана, превышающей перекрытую им выходную площадь рабочего колеса, причем величина отрицательной перекрыши Δl должна составлять 10 15% от высоты лопатки l предпоследней ступени, а кольцевой проницаемый экран снабжен влагозаборной канавкой.

Сущность изобретения заключается в том, что проточная часть низкого давления турбины содержит рабочее колесо предпоследней ступени, диафрагму последней ступени и кольцевой экран, размещенный в периферийной области межступенчатого зазора с отрицательной перекрышей по отношению к рабочему колесу предпоследней ступени.

Новым является то, что кольцевой экран выполнен проницаемым, причем суммарная проходная площадь проницаемого экрана превышает перекрытую им выходную площадь рабочего колеса, а величина отрицательной перекрыши Δl экрана составляет 10 15% высоты лопатки l рабочего колеса предпоследней ступени. Кроме того, кольцевой проницаемый экран снабжен влагозаборной канавкой.

В результате наличия этих существенных признаков проточная часть приобретает новые свойства:
обеспечение равномерного поля скоростей на входе в диафрагму последней ступени;
дробление и частичная сепарация крупнодисперсной влаги из периферии межступенчатого зазора.

Схема предлагаемой проточной части низкого давления турбины при ведена на чертеже.

Проточная часть содержит рабочее колесо предпоследней ступени 1, диафрагму последней ступени 2, кольцевой проницаемый экран 3, влагозаборную канавку 4.

Проточная часть турбины работает следующим образом.

Пар из рабочего колеса предпоследней ступени поступает в межступенчатый зазор, где при отсутствии экрана течение приобретает ярко выраженный пространственный характер, обусловленный большим меридиональным раскрытием с проточной части.

Поле скоростей при этом интенсивно меняется от корневой до периферийной зоны. Неравномерность потока еще больше возрастает из-за наличия кольцевой струи, обусловленной протечкой пара из периферии предыдущей ступени. Эта струя, обладая скоростью значительно большей, чем скорость основного потока, несет с собой крупнодисперсную влагу из периферии рабочего колеса, которая попадая на лопатки диафрагмы последней ступени, приводит к их разрушению.

При наличии проницаемого кольцевого экрана, установленного с отрицательной перекрышей по отношению к рабочему колесу предпоследней ступени, пар из периферийной зоны рабочего колеса и кольцевая периферийная струя натекают на экран, на котором происходит дробление кольцевой струи и рассредоточение периферийной части потока пара равномерно по выходной площади проницаемого экрана и, соответственно, по входной площади диафрагмы последующей ступени.

Для обеспечения данного эффекта необходимо, чтобы проходная площадь проницаемого экрана превышала перекрытую им площадь рабочего колеса. В противном случае проницаемый экран будет запирать периферийную область последней ступени и не обеспечит перед ней равномерного поля скоростей.

Величина отрицательной перекрыши Δl экраном рабочего колеса предпоследней ступени должна быть равной 10 15% высоты ее рабочей лопатки l. Эта величина обусловлена тем, что именно в этой зоне высоты лопатки поток несет основную массу крупнодисперсной влаги и здесь же сконцентрированы концевые потери.

При прохождении потока через проницаемый экран происходит выпадение крупнодисперсной влаги, которая собирается во влагозаборной канавке и стекает в нижнюю часть турбины, откуда удаляется по дренажам.

Таким образом, равномерное заполнение потоком всей входной площади диафрагмы последней ступени устраняет причины радиальных перетеканий, и, следовательно, рост потерь энергии.

Удаление из проточной части турбины крупнодисперсной влаги приводит не только к снижению потерь энергии, но и, самое главное, повышает надежность и долговечность лопаточного аппарата.

Потери, обусловленные установкой проницаемого экрана, который по существу является добавочным сопротивлением, ничтожным по сравнению с потерями от радиальных перетеканий и возможного корневого отрыва потока.

Использование в энергетическом машиностроении при конструировании проточных частей цилиндров низкого давления паровых турбин. Сущность изобретения: в проточной части турбины низкого давления, содержащей рабочее колесо предпоследней ступени, диафрагму последней ступени и кольцевой экран, размещенный в периферийной области межступенчатого зазора, кольцевой экран выполнен проницаемым, что позволяет снизить потери за счет обеспечения равномерного поля скоростей на входе в последнюю ступень и повысить надежность работы турбины за счет сепарации крупнодисперсной влаги в периферийной зоне межступенчатого зазора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Проточная часть низкого давления турбины, содержащая рабочее колесо предпоследней ступени, диафрагму последней ступени и кольцевой экран, размещенный в периферийной области межступенчатого зазора с отрицательной перекрышей по отношению к рабочему колесу предпоследней ступени, отличающаяся тем, что кольцевой экран выполнен проницаемым, причем суммарная проводная площадь проницаемого экрана превышает перекрытую им выходную площадь рабочего колеса. 2. Проточная часть по п.1, отличающаяся тем, что величина отрицательной перекрыши экрана составляет 10 15% высоты лопатки рабочего колеса предпоследней ступени. 3. Проточная часть по п.1, отличающаяся тем, что кольцевой проницаемый экран снабжен влагозаборной канавкой.