ДИАФРАГМА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F01D11/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на паровых турбинах.

Известна диафрагма паровой турбины, содержащая разъемный по диаметру диск с сопловыми каналами на ободе и центральным отверстием с двумя параллельными фигурными пазами по его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру, на которой для частичного использования протечек пара через лабиринтовое уплотнение в диске выполнены каналы, сообщающие камеру с сопловыми каналами [1].

Наряду с простотой технического решения по улучшению работы диафрагмы, ей присущи и недостатки, снижающие эффективность сопловых каналов, которые заключаются в следующем.

В процессе длительной работы паровых турбин и особенно маневренных с частыми основами и пусками имеет место износ гребней лабиринтовых уплотнений с закруглением острой кромки, и уплотнения принимают вид по 2 вместо вида по 1 (рис. 5.22) с увеличением протечки пара примерно в 1,3 раза (в соответствии с кривыми для этих типов кромок по рис. 5.22) [2].

Увеличение протечек пара приводит и к увеличению расхода отсосного пара по каналам из камеры между сегментами в сопловые каналы, что увеличивает потери энергии на разворот в нем отсасываемой струи пара на 90^o. Подобный аналогичный технологический процесс в зависимости от угла подвода струи, величины расхода среды детально показан в [3] с выводами о неоптимальности режима с увеличенным расходом и при вдуве струи под углом 90^o. При этом скоростной энергетический потенциал отсосный пар должен получать в сопловом канале, что не является самым оптимальным решением.

Целью изобретения является повышение эффективности работы диафрагмы.

Цель достигается тем, что на диафрагме паровой турбины, содержащей разъемный по диаметру диск с сопловыми каналами, образованными лопатками на ободе, и центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру, сообщающуюся с сопловыми каналами, внутри лопаток выполняют дополнительные сопловые каналы, вход которых по пару сообщается каналами с камерой, а выход соответственно с сопловыми каналами между лопатками.

Выполнение непосредственно в лопатках дополнительных сопловых каналов позволяет ускорять в них за счет расширения отсосный из камеры пар с производством полезной работы совместно с паром, выходящих из основных сопловых каналов диафрагмы.

Характеристики дополнительных сопловых каналов должны быть близки к характеристикам основных сопловых каналов между лопатками.

Новыми существенными признаками являются:
1) выполнение внутри лопаток дополнительных сопловых каналов с выходом в основной сопловой канал, сообщающихся каналами с камерой между сегментами лабиринтового уплотнения;
2) ускорение в дополнительных сопловых каналах отсосного пара с приобретением им скоростного энергетического потенциала (используется полезно ранее теряемая энергия пара протечек).

На фиг. 1 показана диафрагма по изобретению; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - работа диафрагмы в составе турбинной ступени.

Диафрагма паровой турбины (фиг. 1) содержит разъемный по диаметру диск 1, сопловые каналы 2 (фиг. 2) на его ободе, образованные лопатками 3, внешний обод 4, фигурные пазы 5, сегменты 6 с гребнями 7 лабиринтового уплотнения с фиксирующими пружинами 8 над ними, каналы 9 в диске диафрагмы, дополнительные сопловые каналы 10 в лопатках (в каждой лопатке). На фиг. 3 показана установленная в корпусе 11 турбины диафрагма по фиг. 1, в составе одной турбинной ступени с аналогичными фиг. 1 обозначениями, содержащая ротор 12 (для упрощения указана часть его вала с лабиринтовыми канавками 13), диск 14 с разгрузочными отверстиями 15 и рабочими лопатками 16, установленными в пазу на диске 14, которые на ободе снабжены бандажом 17 с гребнями уплотнения, а в корневой зоне уплотнительными гребнями 18 по окружности диска 14. В корпусе 11 первой турбины установлены надбандажные уплотнения 19.

Работа диафрагмы паровой турбины в составе одной турбинной ступени (для других ступеней многоступенчатой паровой турбины аналогична нижеописанной) осуществляется следующим образом. Подводимый к сопловым каналам 2 от предыдущей ступени пар при расширении в нем приобретает кинетическую энергию, которая полезно используется путем подачи его на рабочие лопатки 16, приводя во вращение вал ротора 12 с совершением механической работы по известному технологическому процессу. Часть пара C₂ (по расчету 0,01-002% от расхода пара на паровую турбину) через лабиринтовое уплотнение 6, 7 протекает в камеру между диафрагмой 1 и диском 14 ротора 12 и через разгрузочные отверстия 15 в проточную часть последующих ступеней.

Из камеры между сегментами 6 лабиринтового уплотнения за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора и эжекции дополнительных сопловых каналов 10, часть перетечного пара C₃ отсасывается в них по каналам 9, уменьшая протечку пара.

В дополнительных сопловых каналах 10 отсосный пар при расширении приобретает кинетическую энергию и истекает в сопловые каналы между лопатками 3 в основной поток пара и используется для совершения полезной работы. При вращении ротора 12 перетечный пар C₂ за счет сил трения нагревается в лабиринтовом уплотнении (по оценке НПО ЦКТИ на 30-40^oC), расширяется соответственно при нагреве, и потери сил трения также частично полезно используются при повышении энергетического потенциала отсасываемого перетечного пара C₃.

Таким образом, выполнение внутри лопаток 3 дополнительных сопловых каналов 10, сообщенных каналами 9 с камерой между сегментами 6 лабиринтового уплотнения, позволяет приобрести отсосным паром при его расширении в дополнительных соплах кинетическую энергию, используемую для совершения полезной работы, частично использовать теплопотери сил трения в лабиринтовом уплотнении с повышением экономичности паровой турбины.

Диафрагма предназначена для паровых турбин. Диафрагма содержит разъемный по диаметру диск 1 с сопловыми каналами 2, образованными и закрепленными на ободе цельными сопловыми лопатками 3. На диафрагме выполнено центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты 6 с гребнями 7 лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру. Последняя сообщается каналами в диске 14 с сопловыми лопатками 3. Внутри сопловых лопаток 3 выполнены дополнительные сопловые каналы 10, вход которых сообщается с каналами 2 от камеры, а выход - соответственно с сопловыми каналами. Такое выполнение диафрагмы позволяет повысить эффективность ее работы за счет снижения теплопотерь. 3 ил.

Диафрагма паровой турбины, содержащая разъемный по диаметру диск с сопловыми каналами, образованными закрепленными на ободе цельными сопловыми лопатками, центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру, сообщающуюся каналами в диске с сопловыми лопатками, отличающаяся тем, что внутри сопловых лопаток выполняют дополнительные сопловые каналы, вход которых сообщается с каналами от камеры, а выход - соответственно с сопловыми каналами.