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 размещаемое в нем рабочее колесо последней ступени паровой турбины (авт. св., 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 (авт. св. 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 (авт. св. SU, 1605003).

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 два противовихревые устройства, расположенные симметрично относительно продольной оси патрубка, расстояние между ними составляет 1-1,2 диаметра рабочего колеса последней ступени 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 противовихревое устройство жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса 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.

На фиг.1 показана нижняя часть выхлопного патрубка паровой турбины, продольный разрез; на фиг.2 - выхлопной патрубок.

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 - противовихревое устройство, выполненное в виде решетки из перекрещивающихся пластин 6; 7 - ячейки прямоугольной формы; 8 - боковые стенки нижней части 3 корпуса 1.

В нижней разъемной части 3 корпуса 1 симметрично относительно продольной оси О патрубка установлены два противовихревые устройства 5, расстояние L между ними составляет 1-1,2 диаметра Д_п рабочего колеса последней ступени. Каждое из противовихревых устройств 5 выполнено в виде решетки из перекрещивающихся пластин 6, длина каждой из которых составляет 45-60% от длины рабочей лопатки последней ступени, и образующих в поперечном сечении ячейки 7 прямоугольной формы, расстояние между противоположными сторонами которых составляет 30-40% от длины рабочей лопатки последней ступени. Каждое противовихревое устройство 5 жестко прикреплено к боковым стенкам 8 нижней разъемной части 3 корпуса 1 таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин 6 совпадает с горизонтальной плоскостью 4 разъема верхней 2 и нижней 3 частей корпуса 1, а плоскости поперечных сечений ячеек 7 прямоугольной формы параллельны ему.

Предлагаемый выхлопной патрубок паровой турбины работает следующим образом.

Пар из рабочего колеса последней ступени поступает в корпус 1 патрубка паровой турбины. В верхней части 2 корпуса 1 патрубка поток пара 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 М1 на входе в патрубок, но и, учитывая нестабильность вихревого течения, вызывает весьма большую низкочастотную вибрацию корпуса 1 патрубка и связанных с ним элементов турбомашины. Однако, предлагаемое указанное выше выполнение противовихревых устройств 5 и их расположение в корпусе выхлопного патрубка позволяет разбить парные вихри в зоне, где начинается наиболее бурный рост их интенсивности. Продольное расположение пластин 6 позволяет при этом беспрепятственно растекаться потоку пара по всей ширине корпуса патрубка, обеспечивая тем самым более полное заполнение потоком пара выходного сечения.

Также два блока решеток из перекрещивающихся пластин 6 (противовихревые устройства 5), установленных 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 6 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 6 и образуемых ими решеток, принимаются диаметр рабочего колеса и высота рабочей лопатки последней ступени.

Соединение пластин 6 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 снабжен размещенными в нижней разъемной части корпуса двумя противовихревыми устройствами, расположенными симметрично относительно продольной оси патрубка, расстояние между которыми составляет 1 - 1,2 диаметра рабочего колеса последней ступени, 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 противовихревое устройство жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса 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, отличающийся тем, что снабжен размещенными в нижней разъемной части корпуса двумя противовихревыми устройствами, расположенными симметрично относительно продольной оси патрубка, расстояние между которыми составляет 1 - 1,2 диаметра рабочего колеса последней ступени, 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 противовихревое устройство жестко прикреплено к боковым стенкам нижней разъемной части корпуса таким образом, что верхняя часть перекрещивающихся пластин совпадает с горизонтальной плоскостью разъема, а плоскости поперечных сечений ячеек прямоугольной формы параллельны ему.