ПАРОВАЯ ТУРБИНА "ЭСТУР" Российский патент 1997 года по МПК F01D1/32 

Изобретение относится к паросиловым установкам и может быть использовано в моторостроении, электротурбинах, холодильной технике.

Известны паровые турбины самых различных конструкций. Например, теплофикационная турбина с двумя регулируемыми отборами пара ПТ-60-130/13 ЛМЗ.

В ЦВД турбины пар расширяется от начального давления до давления первого регулируемого отбора. Проточная часть ЦВД включает в себя одновенечную регулируемую ступень и 16 ступеней активного типа. При больших расходах пара одновременно с открытием последнего регулирующего клапана открывается также обводной клапан, перепускающий пар их камеры регулирующей ступени за четвертую ступень.

Вышедший из ЦВД пар разделяется на два потока: один направляется тепловому потребителю, а второй через регулирующий клапан подводится к ЦНД. В этом цилиндре располагаются части среднего и низкого давления. Часть среднего давления состоит из регулирующей ступени и последующих восьми ступеней активного типа, в которых пар расширяется до давления второго регулируемого отбора. После камеры этого отбора одна часть пара направляется тепловому потребителю, а другая через поворотную диафрагму в часть низкого давления, где расположены четыре ступени (см."Паровые турбины", А.И.Замин, В.С.Соколов, ВШ, Москва, 1988 с.104).

В упомянутых паровых турбинах, а также в турбине, известной из патента СССР N 18767, МПК F 01 D 1/22, опубл. 1931, с S-образным каналом постоянного профиля, принятой в качестве прототипа, очень низкий КПД 24-30%
Происходит это от того, что в существующих турбинах используется торможение разогнанных до высокой скорости газов (паров), а в предлагаемой конструкции используется энергия полного адиабатного расширения газа (пара). При этом исключается явление дросселирования газов, что сокращает потери энергии и, как следствие, приводит к повышению КПД турбины до 50-80% в зависимости от разности давлений на входе и выходе.

Предлагаемое изобретение создано с целью более полного использования энергии паров (газов) для производства паровых турбин с высоким КПД.

В паровой турбине, состоящей из корпуса, разделенного газовым лабиринтом на камеры высокого и низкого давления, и ротора с рабочими органами, рабочие органы представлены S-образным каналом, выполненным в теле ротора в форме конфузора, переходящего через горловину в диффузор, при этом центр горловины размещен на оси вращения ротора, а плоскость S-образного канала наклонена к этой оси.

В такой турбине торможения газового потока не происходит, а, наоборот, происходит его разгон до сверхзвуковых скоростей. В результате, после прохода газа (пара) по S-образному каналу, газ выходит практически "холодный", отдавая большую часть своей энергии на полезную работу.

На фиг. 1 изображен общий вид паровой турбины "Эстур".

На фиг. 2 ротор в разрезе, вид сверху.

На фиг. 3 ротор, вид спереди.

Паровая турбина состоит из корпуса 1 и ротора 2. Полость корпуса 1 разделена газовым лабиринтом на две камеры: камеру высокого давления (КВД) 3 и камеру низкого давления (КНД) 4. В корпусе 1 паровой турбины на подшипниках качения смонтирован вал 5 ротора 2. В роторе 2 выполнено S-образное сопло Лаваля, состоящее из конфузора 6 и диффузора 7, разделенных горловиной 8, при этом центр поперечного сечения горловины 8 сопла лежит на оси вращения ротора 2.

Плоскость, в которой изогнута центральная линия прохода газа (пара), т. е. плоскость S-образного канала, наклонена к оси вращения ротора 2 на угол, равный примерно 80^o, для того, чтобы между конфузором и диффузором сопла смонтировать газовый лабиринт. Газовый лабиринт отделит камеру высокого давления от камеры низкого давления и будет препятствовать уходу газа (пара), не совершившего полезную работу.

Конфузор сопла изогнут на 180^o по радиусу, диффузор изогнут по такому же радиусу на 180^o, но в другом направлении, образуя в совокупности S-образный канал. Отсюда название турбины "Эстур". По поверхности ротора по окружности проточены канавки для газового лабиринта, отделяя КВД от КНД.

Работа паровой турбины "Эстур" происходит следующим образом.

Пар по трубопроводам поступает в КВД 3. Так как ему некуда выйти, в газовый лабиринт закрывает ему проход в КНД 4, он устремляется в конфузор 6 S-образного канала. В конфузоре 6 пар разгоняется, увеличивая свою скорость. При этом он описывает полуокружность, в результате этого движения пара по окружности возникает центробежная сила, которая поворачивает ротор 2 в сторону выгнутости прохода.

В горловине 8 сопла пар приобретает местную звуковую скорость, не оказывая никакого действия на ротор 2. Далее пар поступает в диффузор 7, который изогнут в обратную сторону, продолжая разгоняться со сверхзвуковой скоростью и оказывает давление на выгнутую часть диффузора 7. При работе образуется пара сил, которая вращает ротор 2.

Для того, чтобы струя пара адиабатно расширялась без отрыва от стенок S-образного канала, угол сходимости сторон его должен быть не более 8-10^o.

"Эстур" это безлопаточная турбина. Поэтому по сравнению с существующими конструкциями турбин он значительно проще и дешевле в изготовлении. "Эстур" состоит из одного ротора, лопаточная турбина из нескольких дисков. В "Эстур" один цельный газовый канал, а в лопаточной турбине множество газовых каналов, живое сечение которых сильно меняется, отчего пар (газ) избыточно завихряется и дросселирует, чего нет в "Эстур", где используется полное адиабатное расширение пара (газа).

Использование: турбомашины, в частности в паровых турбинах с расширением рабочего тела только в роторе. Сущность изобретения: паровая турбина содержит корпус с камерами высокого и низкого давления, разделенных газовым лабиринтом, и размещенный в корпусе ротор с рабочими органами, выполненными в виде S-образного канала. Канал выполнен в теле ротора в форме конфузора, переходящего через горловину в диффузор. Центр поперечного сечения горловины размещен на оси вращения ротора. Продольная плоскость канала, пpоходящая чеpез его осевую линию, pасположена под углом к оси вpащения pотоpа. 3 ил.

Паровая турбина, содержащая корпус с камерой высокого давления и камерой низкого давления, разделенных газовым лабиринтом, и размещенный в корпусе ротор с рабочими органами, выполненными в виде S-образного канала, отличающаяся тем, что канал выполнен в теле ротора в форме конфузора, переходящего через горловину в диффузор, при этом центр поперечного сечения горловины размещен на оси вращения ротора, а продольная плоскость канала, проходящая через осевую линию последнего, расположена под углом к упомянутой оси.