ВЫХЛОПНОЙ ПАТРУБОК ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F01D25/12 

Изобретение относится к паротурбостроению а его объектом является выхлопной патрубок паровой турбины.

Известно, что при работе турбин в малорасходных режимах происходит перегрев выхлопных патрубков и лопаточного аппарата последних ступеней, что связано с известными отрицательными последствиями. Для борьбы с этими явлениями применяются технические решения, направленные на охлаждение выхлопного патрубка.

Известен выхлопной патрубок паровой турбины, содержащий расположенный за лопатками в прикорневой зоне и подключенный к источнику охлаждающего пара коллектор с кольцевой щелью для направления пара в проточную часть турбины [1] . В этом известном выхлопном патрубке истечение охлаждающего пара из кольцевой щели происходит в осерадиальном направлении. При этом вращающиеся рабочие лопатки имеют высокую скорость относительно капель влаги, содержащихся в потоке пара, что приводит при их соударении с лопатками к эрозионному повреждению последних. Кроме того, направление охлаждающего пара непосредственно в межлопаточные каналы приводит к вибрационному воздействию на лопатки.

Известен выхлопной патрубок паровой турбины, содержащий расположенный за лопатками в прикорневой зоне и подключенный к источнику охлаждающего пара коллектор с кольцевой щелью, оснащенной направляющим аппаратом, придающим истекающему охлаждающему пару дополнительно тангенциальную составляющую скорости, направленную в сторону вращения рабочих лопаток [2]. В таком выхлопном патрубке истечение охлаждающего пара более благоприятно с точки зрения эрозионного повреждения, так как относительная скорость переносимых потоком капель влаги и рабочих лопаток незначительна. Однако, так как и в этом аналоге поток охлаждающего пара направлен непосредственно в межлопаточные каналы рабочего колеса, вибрационное состояние рабочих лопаток не улучшается. Наличие в этом выхлопном патрубке второго отсека, предназначенного для создания потока пара, перекрывающего путь крупнодисперсной влаге из конденсатора, не устраняет вредного вибрационного влияния потока пара из кольцевой щели первого отсека, но вместе с тем приводит к усложнению конструкции, связанному с необходимостью второго автономного трубопровода с аппаратурой управления.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такого выхлопного патрубка, в котором при относительно простой конструкции обеспечивалось бы эффективное охлаждение лопаточного аппарата последней ступени турбины, в максимальной степени предотвращалось проникновение к лопаточному аппарату крупнодисперсной влаги из конденсатора и обеспечивалось удовлетворительное вибрационное состояние лопаток.

Эта задача решается в выхлопном патрубке паровой турбины, содержащем расположенный за лопатками в прикорневой зоне и подключенный к источнику охлаждающего пара коллектор, сообщенный с проточной частью турбины через кольцевую щель, оснащенную направляющим аппаратом, придающим истекающему охлаждающему пару дополнительно тангенциальную составляющую скорости, направленную в сторону вращения рабочих лопаток, в котором в соответствии с предлагаемым изобретением направляющий аппарат выполнен так, чтобы направление истечения потока пара из него проходило за пределами конуса, окружность одного из оснований которого описывается периферийными точками выходных кромок рабочих лопаток последней ступени, а окружность другого основания - ближайшими к рабочим лопаткам точками выходных кромок лопаток направляющего аппарата.

При таком решении струи истекающего из направляющего аппарата пара создают завесу, предотвращающую проникновение крупнодисперсной влаги из конденсатора к лопаточному аппарату, дробя ее. При этом охлаждение лопаточного аппарата будет производиться за счет подсоса в межлопаточные каналы необходимого количества охлаждающего пара, истекающего из направляющего аппарата, а за счет исключения прямого поступления потока охлаждающего пара на лопаточный аппарат его влияние на вибрационное состояние лопаток будет исключено. Вместе с тем выхлопной патрубок в соответствии с предлагаемым изобретением значительно проще, чем ближайший аналог.

Расположение коллектора и его кольцевой щели относительно лопаточного аппарата последней ступени по оси турбины имеет достаточно важное значение, так как влияет не только на охлаждающую способность пара, истекающего из направляющего аппарата, но и на габаритные показатели. В дополнение к основному решению предпочтительно, чтобы угол между образующей обозначенного конуса и осью турбины находился в диапазоне 85 - 60^oC. Эти пределы установлены на основании математического моделирования на ЭВМ процесса истечения охлаждающего пара из направляющего аппарата с целью оптимизации геометрических соотношений.

На фиг. 1 показана часть выхлопного патрубка в зоне расположения рабочих лопаток последней ступени и кольцевого коллектора в разрезе; на фиг. 2 - узел 1 на фиг.1; на фиг. 3 - разрез H-H на фиг.2; на фиг. 4 - изменение возможных направлений потока при изменении угла между образующей обозначенного конуса и осью турбины.

Выхлопной патрубок паровой турбины содержит расположенный за рабочими лопатками 1 коллектор 2, подключенный к источнику охлаждающего пара (не показан). Коллектор 2 сообщен с проточной частью турбины 3 через кольцевую щель 4, оснащенную направляющим аппаратом 5 с лопатками 6.

Форма выполнения направляющего аппарата 5 определяет направление истечения потока пара и регламентируется конусом с образующей между обозначенными на чертеже точками A и B.

Точка A является периферийной точкой выходной кромки 7 рабочей лопатки 1, точка B - ближайшей к рабочим лопаткам точкой выходной кромки 8 лопатки 6 направляющего аппарата 5. При вращении отрезка AB вокруг оси турбины 9 образуется конус с диаметрами оснований D_A, D_B.

При подаче охлаждающего пара в коллектор 2 он истекает через кольцевую щель 4 в проточную часть 3. Направляющий аппарат 5 придает потоку пара тангенциальную C_T, радиальную C_r и осевую C_o составляющие скорости C. Тангенциальная составляющая C_T направлена в сторону вращения ω рабочих лопаток 1. При этом относительная скорость капель влаги, содержащихся в потоке охлаждающего пара, и рабочих лопаток 1 незначительна, что не приводит к эрозионному повреждению последних.

Струи охлаждающего пара, истекающего из направляющего аппарата 5, создают завесу, предотвращающую проникновение крупнодисперсной влаги из конденсатора к рабочим лопаткам 1, дробя ее и отбрасывая в периферийную часть.

Соотношение осевой C_o и радиальной C_r составляющих скорости C таково, что направление EF, т. е. осевая линия струи охлаждающего пара при его истечении из каждого канала направляющего аппарата 5, лежит за пределами конуса с образующей AB. В этом случае исключается непосредственное поступление основного потока пара на рабочие лопатки 1 и, следовательно, его влияние на вибрационное состояние последних. Необходимое охлаждение рабочих лопаток 1 будет происходить за счет отклонения и подсоса части потока охлаждающего пара в межлопаточные каналы рабочего колеса.

Угол α между образующей AB обозначенного конуса и осью 9 турбины определяет расстояние между рабочими лопатками 1 и направляющим аппаратом 5. При каждом конкретном значении угла α ( α₁ или α₂ ) возможно задание различных направлений (E₁F₁₁, E₁F₁₂ или E₂F₂₁, E₂F₂₂, E₂F₂₃) потока охлаждающего пара путем установки направляющего аппарата 5 под тем или иным углом.

Выхлопной патрубок предназначен для вывода пара из проточной части паровой турбины. Выхлопной патрубок содержит расположенный за последним рабочим колесом в прикорневой зоне лопаток и подключенный к источнику охлаждающего пара коллектор, сообщенный с проточной частью турбины через кольцевую щель, которая выполнена с направляющим аппаратом, придающим потоку истекающего пара тангенциальную составляющую, направленную в сторону вращения рабочих лопаток. Коллектор в этом патрубке выполнен с таким направляющим аппаратом, геометрия которого обеспечивает истечение пара за пределами конуса, окружность большего из оснований которого описывается периферийными точками выходных кромок рабочих лопаток последней ступени, а окружность меньшего основания - ближайшими к рабочим лопаткам точками выходных кромок направляющего аппарата. Это исключает прямое воздействие охлаждающего пара на рабочие лопатки и вместе с тем создает завесу для проникновения крупнодисперсной влаги из конденсатора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Выхлопной патрубок паровой турбины, содержащей расположенный за лопатками в прикорневой зоне и подключенный к источнику охлаждающего пара коллектор, сообщенный с проточной частью турбины через кольцевую щель, оснащенную направляющим аппаратом, придающим истекающему охлаждающему пару дополнительно тангенциальную составляющую скорости, направленную в сторону вращения рабочих лопаток, отличающийся тем, что направляющий аппарат выполнен так, чтобы направление истечения потока пара из него проходило за пределами конуса, окружность одного из оснований которого описывается периферийными точками выходных кромок рабочих лопаток последней ступени, а окружность другого основания - ближайшими к рабочим лопаткам точками выходных кромок лопаток направляющего аппарата. 2. Патрубок по п, 1, отличающийся тем, что угол между образующей обозначенного конуса и осью турбины находится в диапазоне 85 - 60^o.