ВЫХЛОПНОЙ ПАТРУБОК ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F01D25/30 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано при конструировании и модернизации выхлопных патрубков паровых турбин.

Известны выхлопные патрубки паровой турбины, содержащие корпус, имеющий горизонтальный разъем, делящий корпус на две части: верхнюю и нижнюю, и установленный в корпусе осерадиальный диффузор, имеющий внутренний и наружный обводы, см. например, RU 2040697, или SU 1605003.

Общим недостатком таких патрубков является то, что при одностороннем выхлопе в подвальный конденсатор поток, совершая разворот на 180^o в верхней половине патрубка, сворачивается в два мощных вихревых шнура. Эти вихревые шнуры перекрывают значительную часть проходной площади нижней части корпуса патрубка и создают большую неравномерность поля скоростей на входе в конденсатор. В результате резко растут динамические нагрузки как на конструктивные элементы турбин, так и на патрубки конденсатора. Кроме того, выходная неравномерность потока приводит к снижению интенсивности отвода тепла от пара к охлаждающей воде.

Известен выхлопной парубок паровой турбины, описанный в а. с. 169946, в котором корпус выполнен с горизонтальным разъемом и снабжен системой разделительных ребер. Основным недостатком данного технического решения является то, что сложная система криволинейных ребер приводит к возникновению интенсивности вторичных течений и вихревых шнуров в каждом криволинейном канале, в результате происходит интенсивный рост потерь даже при сравнительно малых безразмерных скоростях М на входе в патрубок. Кроме того, несмотря на значительное увеличение жесткости корпуса патрубка, используемая система ребер из-за плохой аэродинамики потока не приводит к заметному снижению вибрации на встроенных в корпус патрубка подшипниках турбины.

Прототипом предлагаемого устройства является известный выхлопной патрубок паровой турбины, описанный в RU 2040697.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, относящейся к повышению надежности и экономичности выхлопных патрубков паровых турбин при снижении потерь энергии и одновременном снижении вибрации всей конструкции выхлопного патрубка паровой турбины. Решается эта задача за счет обеспечения снижения неравномерности поля скоростей в выходном сечении патрубка, что и является техническим результатом, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что корпус выхлопного патрубка паровой турбины выполняется с элементами жесткости и включает две разъемные части /верхнюю и нижнюю/ с горизонтальной плоскостью разъема, в нижней части корпуса размещены две пары противовихревых устройств, причем каждая пара расположена симметрично относительно продольной оси патрубка, каждое из противовихревых устройств выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин, длина каждой из которых составляет 45-60% от длины рабочей лопатки последней ступени, перекрещивающиеся пластины образуют в поперечном сечении ячейки прямоугольной формы, расстояние между противоположными сторонами которых составляет 30-40% от длины рабочей лопатки последней ступени, при этом каждое из одной пары противовихревых устройств жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внешнему обводу диффузора, а каждое из противовихревых устройств другой пары прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внутреннему обводу диффузора таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин совпадает с горизонтальной плоскостью разъема, а плоскости поперечных сечений ячеек прямоугольной формы параллельны ему.

Наличие указанной совокупности существенных признаков в выхлопном патрубке паровой турбины обеспечивает при его использовании дробление вихревых шнуров, образующихся в верхней части корпуса патрубка, выравнивание поля скоростей в выходном сечении патрубка, снижение гидравлического сопротивления патрубка и его вибрации.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг.1, где показан продольный разрез выхлопного патрубка паровой турбины, и фиг.2, где схематично изображен выхлопной патрубок паровой турбины.

На фиг.1, 2 применены следующие обозначения:
1 - корпус /элементы жесткости на фиг.1 не показаны/,
2 - верхняя часть корпуса 1,
3 - нижняя часть корпуса 1,
4 - горизонтальная плоскость разъема верхней 2 и нижней 3 частей корпуса 1,
5, 6 - две пары противовихревых устройств, каждое из которых выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин 7,
8 - ячейки прямоугольной формы,
9 - боковые стенки нижней части 3 корпуса 1,
10 - внешний обвод диффузора,
11- внутренний обвод диффузора.

В нижней 3 разъемной части корпуса 1 симметрично относительно продольной оси 0 патрубка установлены две пары противовихревых устройств 5 и 6. Каждое из противовихревых устройств 5, 6 выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин 7, длина каждой из которых составляет 45-60% от длины рабочей лопатки последней ступени, и образующих в поперечном сечении ячейки 8 прямоугольной формы, расстояние между противоположными сторонами которых составляет 30-40% от длины рабочей лопатки последней ступени. Каждое из противовихревых устройств 5 жестко прикреплено к боковым стенкам 9 нижней разъемной части 3 корпуса 1 и к внешнему обводу 10 диффузора, а каждое из противовихревых устройств 6 прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части 3 корпуса 1 и к внутреннему обводу 11 диффузора таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин 7 совпадает с горизонтальной плоскостью 4 разъема верхней 2 и нижней 3 частей корпуса 1, а плоскости поперечных сечений ячеек 8 прямоугольной формы параллельны ему.

Предлагаемый выхлопной патрубок паровой турбины работает следующим образом. Пар из рабочего колеса последней ступени поступает в корпус 1 патрубка и в верхней разъемной части 2 совершает разворот на 180^o, в результате чего сворачивается в два мощных вихревых шнура, которые быстро растут и, достигая выходного сечения корпуса патрубка занимают большую часть его площади, в результате не только значительно растет гидравлическое сопротивление патрубка, особенно при значительных значениях безразмерной скорости M1 на входе в патрубок, но и, учитывая нестабильность вихревого течения, вызывает весьма большую низкочастотную вибрацию корпуса 1 патрубка и связанных с ним элементами турбомашины. Однако, предлагаемое указанное выше выполнение противовихревых устройств 5,6 и их расположение в корпусе выхлопного патрубка позволяет разбить парные вихри в зоне, где начинается наиболее бурный рост их интенсивности. Продольное расположение пластин 7 позволяет при этом беспрепятственно растекаться потоку пара по всей ширине корпуса патрубка, обеспечивая тем самым более полное заполнение потоком пара выходного сечения. Две пары противовихревых устройств из перекрещивающихся пластин 7, установленные в нижней части 3 корпуса патрубка непосредственно от горизонтального разъема, повышают жесткость конструкции и приводят к резкому снижению ее вибрации.

При оценке размеров используемых пластин 7 и образуемых ими решеток следует исходить из следующих соображений. Расстояние между соседними пластинами напрямую влияет на эффективность дробления вихревых шнуров. Чем оно меньше, тем лучше дробление вихревых шнуров, но одновременно и больше гидравлическое сопротивление. За базовые размеры, относительно которых выбираются оптимальные размеры пластин 7 и образуемых ими решеток принимаются высота рабочей лопатки последней ступени.

Соединение пластин 7 между собой и с корпусом патрубка целесообразно обеспечивать с помощью силовых элементов, выполненных, например, в виде стержней круглого сечения, которые невосприимчивы к изменению углов натекания потока, что, учитывая сложный, пространственный характер течения пара в корпусе патрубка, очень велико.

Изобретение используется при конструировании и модернизации выхлопных патрубков паровых турбин и содержит корпус с элементами жесткости, включающий верхнюю и нижнюю разъемные части с горизонтальной плоскостью разъема, и установленный в корпусе осерадиальный диффузор, имеющий внутренний и наружный обводы, а также снабжен размещенными в нижней разъемной части корпуса двумя парами противовихревых устройств, причем каждая пара расположена симметрично относительно продольной оси патрубка, каждое из противовихревых устройств выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин, длина каждой из которых составляет 45 - 60% от длины рабочей лопатки последней ступени, и образующих в поперечном сечении ячейки прямоугольной формы, расстояние между противоположными сторонами которых составляет 30 - 40% от длины рабочей лопатки последней ступени, при этом каждое из одной пары противовихревых устройств жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внешнему обводу диффузора, а каждое из противовихревых устройств другой пары прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внутреннему обводу диффузора таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин совпадает с горизонтальной плоскостью разъема, а плоскости поперечных сечений ячеек прямоугольной формы параллельны ему. Повышаются надежность и экономичность выхлопного патрубка паровой турбины. 2 ил.

Выхлопной патрубок паровой турбины, содержащий корпус с элементами жесткости, включающий верхнюю и нижнюю разъемные части с горизонтальной плоскостью разъема, и установленный в корпусе осерадиальный диффузор, имеющий внутренний и наружный обводы, отличающийся тем, что снабжен размещенными в нижней разъемной части корпуса двумя парами противовихревых устройств, причем каждая пара расположена симметрично относительно продольной оси патрубка, каждое из противовихревых устройств выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин, длина каждой из которых составляет 45 - 60% от длины рабочей лопатки последней ступени и образующих в поперечном сечении ячейки прямоугольной формы, расстояние между противоположными сторонами которых составляет 30 - 40% от длины рабочей лопатки последней ступени, при этом каждое из одной пары противовихревых устройств жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внешнему обводу диффузора, а каждое из противовихревых устройств другой пары прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса и к внутреннему обводу диффузора таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин совпадает с горизонтальной плоскостью разъема, а плоскости поперечных сечений ячеек прямоугольной формы параллельны ему.