СИСТЕМА КОНЦЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F01D11/00 

Изобретение относится к области паротурбостроения и может быть использовано в системе концевых уплотнений паротурбинной установки (ПТУ), содержащей концевые уплотнения, работающие в условиях избыточного давления, одни из которых - при относительно высокой температуре пара на входе в уплотнение (далее для краткости называемые - высокотемпературные уплотнения), другие - при относительно низкой температуре пара на входе в уплотнение (далее - низкотемпературные уплотнения).

Известно, что концевые уплотнения, работающие в условиях избыточного давления в соответствующих цилиндрах турбины, предотвращают выход пара в машинный зал, а работающие в условиях разрежения - препятствуют проникновению воздуха в цилиндр и конденсатор. В общем случае каждое из концевых уплотнений, работающих в условиях избыточного давления, содержит разделенные обоймами по меньшей мере одну камеру отвода пара протечек в отборы турбины избыточного давления (далее - камеру отбора избыточного давления), камеру отвода пара протечек в вакуумный отбор (далее - камеру вакуумного отбора), камеру подвода уплотняющего пара от "постороннего" источника, камеру отсоса паровоздушной смеси в охладитель пара уплотнений [1]. Для концевых уплотнений, работающих в условиях разрежения, необходимы только последние две из указанных камер.

Потоки пара в концевых уплотнениях турбины объединяются общей системой трубопроводов, определенные комбинации соединений которых позволяют решать различные задачи. Так, известны решения, в которых камера отвода пара протечек одного из уплотнений подключается к камерам подвода уплотняющего пара других уплотнений [2]. Такие решения позволяют уменьшить расход уплотняющего пара от "постороннего" источника и сократить общую длину трубопроводов системы концевых уплотнений, что повышает экономичность работы ПТУ.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является система концевых уплотнений паротурбинной установки, каждое из работающих в условиях избыточного давления концевых уплотнений которой содержит по меньшей мере одну камеру отвода пара протечек в вакуумный отбор через линию с клапаном регулирования давления, а камера вакуумного отбора высокотемпературного уплотнения соединена с линией вакуумного отбора до клапана регулирования давления [3].

Такая известная система обеспечивает уплотнение паротурбинной установки при работе на различных режимах. В такой известной системе при сбросах нагрузки или при пусках из горячего состояния, когда на уплотнения подается пар от "постороннего" источника, температура которого значительно ниже, чем температура металла узлов высокотемпературного уплотнения, в них возникают повышенные термические напряжения. Это приводит к деформациям и короблению упомянутых узлов и, как следствие, к пропариваниям и присосам воздуха в вакуумную систему паротурбинной установки, что вызывает снижение ее надежности и экономичности.

В основу изобретения поставлена задача создания системы концевых уплотнений, в которой с помощью определенной комбинации соединительных трубопроводов между камерами уплотнений достигалась бы оптимизация температурных полей высокотемпературных уплотнений, работающих в условиях избыточного давления.

Эта задача решается в системе концевых уплотнений паротурбинной установки, каждое из работающих в условиях избыточного давления концевых уплотнений которой содержит по меньшей мере одну камеру отвода пара протечек в вакуумный отбор через линию с клапаном регулирования давления, а камера вакуумного отбора высокотемпературного уплотнения соединена с линией вакуумного отбора до клапана регулирования давления, и в которой, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, камера вакуумного отбора по меньшей мере одного низкотемпературного уплотнения сообщена с аналогичной камерой по меньшей мере одного высокотемпературного уплотнения, а сообщение указанной камеры низкотемпературного уплотнения с линией вакуумного отбора осуществляется только через указанную камеру высокотемпературного уплотнения или через эту камеру и трубопровод с дроссельным элементом.

При таком решении, благодаря ограничению или полному исключению сообщения камеры вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения с линией вакуумного отбора, обеспечивается поступление пара протечек низкотемпературного уплотнения в аналогичную камеру высокотемпературного уплотнения, что подтверждено проведенными исследованиями. Это позволяет оптимизировать температурные поля высокотемпературного уплотнения за счет снижения уровня температур его узлов.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием примеров его осуществления, иллюстрируемых прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 показывает фрагмент схемы системы концевых уплотнений, в которой камера вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения сообщена с линией вакуумного отбора только через аналогичную камеру высокотемпературного уплотнения;
фиг.2 - фрагмент схемы системы концевых уплотнений, в которой камера вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения сообщена с линией вакуумного отбора как это показано на фиг. 1 и через дополнительный трубопровод с дроссельным элементом.

Оба изображенных на чертежах фрагмента систем концевых уплотнений относятся к ПТУ типа К-300-240 ЛМЗ, содержащей в том числе цилиндр высокого давления (далее - ЦВД) и цилиндр среднего давления (далее - ЦСД), в который пар поступает после промежуточного пароперегревателя. На чертежах изображены только фрагменты систем концевых уплотнений, которые без отвлекающих подробностей наиболее ясно иллюстрируют изобретение. На этих фрагментах изображены заднее концевое уплотнение 1 ЦВД с температурой пара на входе в уплотнение 290-300^oC и в смысле изобретения являющееся низкотемпературным и переднее концевое уплотнение 2 ЦСД с температурой пара на входе в уплотнение 500-520^oC и в смысле изобретения являющееся высокотемпературным.

Каждое из уплотнений 1 и 2 содержит аналогичные камеры 3 и 3', соответственно, отбора избыточного давления, камеры 4 и 4', соответственно, вакуумного отбора, камеры 5 и 5', соответственно, отсоса пара в охладитель пара уплотнений (названные функциональные элементы на чертежах не показаны).

Пар протечек из камер 4 и 4' вакуумного отбора отводится в линию 6 вакуумного отбора, содержащую клапан 7 регулирования давления.

Камера 4 вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения 1 соединена трубопроводом 8 с камерой 4' вакуумного отбора высокотемпературного уплотнения 2. Камера 4' вакуумного отбора уплотнения 2 соединена трубопроводом 9 с линией 6 вакуумного отбора до клапана 7 регулирования давления. При этом для разделения зон подключения к камере 4' трубопровода 8 и трубопровода 9 в камере 4' выполнена перегородка (не показана).

Описанная система концевых уплотнений может быть использована, если в конкретной ПТУ обеспечивается такая работа уплотнения 1, при которой из-за гидравлического сопротивления тракта трубопровод 8 - камера 4'- трубопровод 9 давление пара в камере 4 уплотнения 1 не повышается выше допустимых значений. Если гидравлическое сопротивление упомянутого тракта приводит к повышению давления пара в камере 4 выше допустимых значений, то используется система концевых уплотнений, изображенная на фиг.2.

Система концевых уплотнений на фиг. 2 аналогична описанной выше системе. Однако в ней имеется дополнительное сообщение камеры 4 уплотнения 1 с линией 6 вакуумного отбора. Это выполняется с помощью отдельного трубопровода 10 с дроссельным элементом.

Работа описанных выше систем уплотнений осуществляется одинаковым образом, за исключением того, что часть пара протечек из камеры 4 уплотнения 1 в системе на фиг. 2 отводится в линию 6 вакуумного отбора непосредственно по трубопроводу 10.

В рассматриваемом диапазоне нагрузок уплотнения 1 и 2 работают в условиях избыточного давления. Из камер 3 и 3' пар протечек отводится в регенеративные отборы избыточного давления. При этом часть пара протечек из камер 3 и 3' проходит в камеры 4 и 4', соответственно, вакуумного отбора. Из камеры 4 уплотнения 1 весь пар протечек (фиг.1) с относительно низкой температурой, за исключением проходящего в камеру 5, или большая его часть (фиг.2) отводится по трубопроводу 8 в камеру 4' уплотнения 2, где происходит его смешение с паром протечек с относительно высокой температурой, проходящим из камеры 3'. В результате этого температура пара в камере 4' уплотнения 2 снижается. По расчетным данным для турбины К-300-240 ЛМЗ указанная температура снижается от 490-470^oC до 290-300^oC. При этом происходит перераспределение температур в узлах уплотнения 2. Из камеры 4' пар протечек по трубопроводу 9 отводится в линию 6 вакуумного отбора.

Описанная система, благодаря сообщению камеры вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения с линией вакуумного отбора через аналогичную камеру высокотемпературного уплотнения или через эту камеру и трубопровод с дроссельным элементом, позволяет снизить температурный уровень узлов высокотемпературного уплотнения. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить термические напряжения в узлах высокотемпературного уплотнения при подаче пара от постороннего источника в пусковых и остановочных режимах и, как следствие, повысить надежность и экономичность паротурбинной установки.

Система предназначена для обеспечения уплотнений паротурбинной установки. Система содержит по меньшей мере одну камеру (4) и (4¹) отвода пара протечек в вакуумной отбор через линию с клапаном (7) регулирования давления. Камера (2) высокотемпературного уплотнения соединена с линией вакуумного отбора до клапана (7) регулирования давления. Камера (4) вакуумного отбора низкотемпературного уплотнения (1) соединена с камерой (4¹) вакуумного отбора высокотемпературного уплотнения (2). Соединение камеры (4) низкотемпературного уплотнения (1) с линией вакуумного отбора осуществляется только через камеру (4¹) высокотемпературного уплотнения (2) или через эту камеру и трубопровод (10) с дроссельным элементом. Такое выполнение системы позволит снизить температурный уровень узлов высокотемпературного уплотнения, что приведет к повышению надежности и экономичности паротурбинной установки. 2 ил.

Система концевых уплотнений паротурбинной установки, каждое из работающих в условиях избыточного давления концевых уплотнений которой содержит по меньшей мере одну камеру отвода пара протечек в вакуумный отбор через линию с клапаном регулирования давления, а камера вакуумного отбора высокотемпературного уплотнения соединена с линией вакуумного отбора до клапана регулирования давления, отличающаяся тем, что в этой системе камера вакуумного отбора по меньшей мере одного низкотемпературного уплотнения сообщена с аналогичной камерой по меньшей мере одного высокотемпературного уплотнения, а сообщение указанной камеры низкотемпературного уплотнения с линией вакуумного отбора осуществляется только через указанную камеру высокотемпературного уплотнения или через эту камеру и трубопровод с дроссельным элементом.