ЦИЛИНДР ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F01D5/18 F01D25/08 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано для продления ресурса цилиндров среднего и высокого давления.

Для продления ресурса высокотемпературного ротора паровой турбины путем снижения температуры высоконагруженных участков диска первой ступени ротора среднего давления после промперегрева думмиса применяются системы охлаждения.

Известна, например, система охлаждения РСД турбин К-300-240 ЛМЗ паром, взятом из первого отбора ЦВД и подводимым спереди и сзади первого диска РСД (В. С. Шаргородский и др. Устройство для охлаждения ротора паровой турбины, а.с. N 1673734, F 01 D 5/08, 1989). При этом достигается снижение температуры металла диска первой ступени.

Недостаток такого решения - поскольку корпус более массивный, это не позволяет существенно уменьшить время прогрева высокотемпературного цилиндра паровой турбины. Толстые фланцы горизонтального разъема с массивными и длинными опорными лапами остаются горячими, что вызывает излишнее расширение корпуса относительно ротора и при недостаточных осевых зазорах может привести к задеванию.

Организация обогрева фланцев позволяет уменьшить время прогрева цилиндра паровой турбины, например, высокого или среднего давления после промперегрева, уменьшить относительные расширения в проточной части.

Известно устройство обогрева фланцев цилиндра среднего давления турбины Т-250/300-240 ТМЗ или К-300-240 ЛМЗ (см., например, Левченко Б.Л. Режимные испытания мощных паровых турбин. М.: НИИинформатяжмаш, 1965, стр.56), где к фланцам приварены тонкостенные короба полуцилиндрового профиля. Однако, при этом, поскольку фланцы массивные, они прогреваются значительно медленнее, чем тонкостенные короба, что может привести к нежелательным температурным деформациям.

Известно устройство цилиндра паровой турбины с обогревом фланцевых соединений корпуса (см. Паровая турбина К-300-240 ХТРЗ. М.: Энергоиздат, 1982, стр. 3-7, стр. 30, рис. 3-1), включающее диски и диафрагмы ступеней, корпус с фланцами горизонтального разъема, имеющий опорные выступы в нижней половине, камеру между обоймами уплотнения, камеру между диском I ступени и передней обоймой концевого уплотнения думмиса, камеру между диафрагмой II ступени и диском I ступени. По нижнему краю обнизки выполнены вертикальные отверстия, соединенные с обнизкой, и горизонтальные отверстия, соединяющие коллекторы подачи пара с отверстиями под шпильки. По совокупности признаков это решение является наиболее близким к предлагаемому и выбрано в качестве прототипа.

Однако это устройство обладает следующими недостатками:
- не обеспечивает согласования тепловых расширений корпуса и ротора, т. к. оно изменяет только температуру фланцев корпуса, что недостаточно для номинальных режимов работы турбины и может, особенно при применении устройства охлаждения ротора, привести к задеванию ротора о статор и, как следствие, к аварийной ситуации;
- так как опорные выступы корпуса (лапы) имеют большие осевые габариты, тепловое расширение корпуса существенно зависит от их температуры, и, особенно при наличии системы охлаждения ротора, это также способствует созданию условий задевания ротора о статор.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и экономичности устройства за счет уменьшения перепадов температур и относительных перемещений между корпусом и ротором.

Указанная цель достигается за счет того, что в цилиндре паровой турбины, включающем диски и диафрагмы ступеней, корпус с фланцами горизонтального разъема, имеющий опорные выступы в нижней половине и обнизки на стыках разъема, отверстия под шпильки, отверстия во фланцах по внешнему краю обнизки, сообщенные с коллектором подачи пара к фланцам, камеру между обоймами уплотнения, камеру между диском I ступени и передней обоймой концевого уплотнения думмиса, камеру между диафрагмой II ступени и диском I ступени, согласно изобретению по внутреннему краю обнизки выполнены отверстия, расположенные между отверстиями под шпильки и сообщенные с коллектором подачи пара, у внутреннего края разъема у каждой из упомянутых камер выполнены отверстия, сообщенные с устройствами раздачи пара, расположенными в камерах, за третьей камерой со стороны II ступени в обнизке выполнена перегородка, причем по внешнему краю обнизки выполнен паз, соединяющий внешние отверстия между собой, и пазы, соединяющие этот паз с отверстиями у первой и второй камер, а в опорном выступе со стороны I ступени вблизи стыка разъема выполнен ряд сквозных отверстий, равномерно расположенных по ширине выступа и соединенных по входу с коллекторами подачи воды, а по выходу коллектором отвода воды через теплообменник, установленный на коллекторе подачи пара, со сборником воды.

Соединение обнизки на фланцах корпуса дополнительными пазами и отверстиями с камерами перед и за диском рабочего колеса первой ступени позволяет совместить систему охлаждения ротора с системой охлаждения корпуса, и, таким образом, согласовать тепловые расширения корпуса и ротора, уменьшить их разницу, а кроме того, и упростить подвод охлаждающего пара в устройство охлаждения ротора, т.к. не требуется проводить коллекторы подвода охлаждающего пара через стенку корпуса.

Выполнение отверстий в опорных выступах (лапах) фланцев, соединенных по входу с подводом охлаждающей воды, позволяет снизить температуру опорных лап, таким образом уменьшить расширение фланцев корпуса и улучшить тепловое состояние подшипника, на который опираются лапы цилиндра.

Присоединение отверстий в опорных выступах (лапах) по выходу с устройством подвода пара к фланцам позволяет регулировать, изменять температуру, уменьшить расход этого пара. Наличие промежуточного теплообменника позволит при этом использовать для охлаждения опорных лап и пара, подаваемого к фланцам, воду, давление которой меньше, чем давлением пара. Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет повысить надежность цилиндра за счет согласования тепловых расширений ротора и корпуса и при этом уменьшить расход охлаждающего пара и повысить его экономичность.

Предлагаемое устройство цилиндра паровой турбины схематично показано на фиг. 1 - вид на горизонтальный разъем; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б; на фиг.4 - вид В.

Цилиндр имеет ротор 1, включающий диск первой ступени 2, корпус из двух половин - верхней 3 и нижней 4 - с паровпуском со стороны переднего концевого уплотнения думмиса 5, задней 6 и передней 7 обоймами.

Корпус цилиндра имеет фланцы горизонтального разъема 8 и 9 соответственно верхней 3 и нижней 4 половин с опорными выступами 10. По стыкам фланцев 8, 9 выполнены обнизки 11, 12 и обнизка участка разъема пониженного давления 13. На внешнем крае обнизок 11 и 12 имеются вертикальные отверстия 14, соединенные горизонтальными отверстиями 15 с коллекторами 16 и 17. По внутреннему краю обнизок 11 и 12 выполнены дополнительные отверстия 18 и 19, расположенные между отверстиями под шпильки и соединенные горизонтальными отверстиями 20 с коллекторами 16 и 17, причем отверстие 19 расположено у камеры 21 между диском 2 и диафрагмой II ступени 22. По наружному краю обнизки 12 выполнен паз 23, объединяющий отверстия 14, у внутреннего края разъема выполнены дополнительные отверстия 24, расположенные у камеры 25 между обоймами уплотнения 6 и 7, и отверстие 26, расположенное у камеры 27 между диском 2 и обоймой 7. Отверстия 19, 24 и 26 соединены горизонтальными отверстиями 28 с устройствами раздачи пара 29, 30 и 31 соответственно, расположенными в камерах 21, 25 и 27 соответственно, причем отверстия 24 и 26 соединены дополнительными пазами 32 и 33 с внешним пазом 23. За камерой 21 со стороны диафрагмы II ступени между обнизками 11, 12 и обнизкой 13 выполнена перегородка 34, отсекающая обнизки пониженного давления 13. В опорных выступах 10 со стороны I ступени вблизи стыка разъема выполнен ряд сквозных отверстий 35, равномерно расположенных по ширине выступа и соединенных по входу с коллектором подачи воды 36, а по выходу коллектором отвода воды 37 с теплообменником 38, установленным перед коллекторами 16 и 17 и соединенным со сборником воды.

Устройство работает следующим образом. Во время работы турбины с включенной системой охлаждения охлаждающая вода, например, после конденсатного насоса подается по коллекторам 36 в отверстия 35 опорных выступов 10 фланцев 9 нижней половины корпуса 4, охлаждает их, подогревается, подводится по коллекторам 37 в теплообменник 38. К теплообменнику 38, например, из отбора ЦВД подводится пар, который затем по коллекторам 16 и 17 подается через горизонтальные отверстия 15, 20 в отверстия 14, 18 и 19, охлаждая толщу фланцев 8 и 9 и через них верхнюю половину корпуса 3 и нижнюю 4. Пар из отверстий 14 заполняет пазы 23, проходит по ним, по пути дополнительно охлаждая фланцы 8 и 9, часть пара по пазу 33 попадает в вертикальные отверстия 24, из них через отверстия 28 подается в устройство 30, раздающее пар по окружности камеры 25, охлаждая переднюю 6 и заднюю 7 обоймы концевого уплотнения и думмис 5 ротора 1.

Другая часть пара по пазу 32 проходит к вертикальным отверстиям 26, из них через горизонтальные отверстия 28 подается в устройство раздачи пара 31 и раздается по окружности камеры 27, охлаждая думмис 5 и диск 2 первой ступени ротора 1. Третья часть пара, проходя через обнизки 11 и 12, вертикальные отверстия 19, горизонтальные отверстия 28, подается в устройство раздачи пара 29 и раздается по нему в камеру 21 за диском 2 первой ступени, проходя через каналы /не показано/ в диафрагме 22 второй ступени, охлаждая диск 2 первой ступени. Охлаждающий пар из обнизок 11 и 12 не попадает в обнизки пониженного давления 13 фланцев 8, 9, преграждаемый перегородкой 34, что предотвращает излишнюю утечку пара.

Таким образом, предлагаемое устройство цилиндра паровой турбины обеспечивает повышение его надежности, увеличение ресурса работы и экономичности системы охлаждения. Выполнение дополнительных отверстий и пазов во фланце и обнизке, использование их для подачи пара на охлаждение ротора позволит согласовать тепловые расширения корпуса и ротора, уменьшит их разницу, упростит подвод охлаждающего пара к ротору. Выполнение отверстий в опорных выступах фланцев с подводами в них охлаждающей воды позволяет снизить температуру опорных лап, уменьшить таким образом расширение корпуса и улучшить тепловое состояние опорного подшипника, присоединение отверстий в опорных лапах по выходу с устройством подвода пара к фланцам позволяет изменять температуру его, уменьшить расход этого пара.

Таким образом, применение предлагаемого изобретения обеспечивает достижение заявленной цели - повышение надежности и экономичности работы цилиндра.

Использование предлагаемого решения предполагается в цилиндрах среднего давления турбин типа К-300-240, К-210-130 АО ЛМЗ.

Цилиндр паровой турбины может быть использован в турбостроении, в частности, для продления ресурса цилиндров среднего и высокого давления. Цилиндр паровой турбины включает диски и диафрагмы ступеней, корпус с фланцами горизонтального разъема, имеющий опорные выступы в нижней половине и обнизки на стыках разъема. По внутреннему краю обнизки выполнены отверстия, расположенные между отверстиями под шпильки и сообщенные с коллектором подачи пара, у внутреннего края разъема выполнены отверстия, сообщенные с устройствами раздачи пара, расположенными в камерах, за третьей камерой со стороны II ступени в обнизке выполнена перегородка, причем по внешнему краю обнизки выполнен паз, соединяющий внешние отверстия между собой, и пазы, соединяющие этот паз с отверстиями у первой и второй камер, а в опорном выступе со стороны ступени вблизи стыка разъема выполнен ряд сквозных отверстий, равномерно расположенных по ширине выступа и соединенных по входу с коллекторами подачи воды, а по выходу коллектором отвода воды через теплообменник, установленный на коллекторе подачи пара, - со сборником воды. 4 ил.

Цилиндр паровой турбины, включающий диски и диафрагмы ступеней, корпус с фланцами горизонтального разъема, имеющий опорные выступы в нижней половине и обнизки на стыках разъема, отверстия под шпильки, отверстия во фланцах по внешнему краю обнизки, сообщенные с коллектором подачи пара к фланцам, камеру между обоймами уплотнения, камеру между диском 1 ступени и передней обоймой концевого уплотнения думмиса, камеру между диафрагмой II ступени и диском I ступени, отличающийся тем, что по внутреннему краю обнизки выполнены отверстия, расположенные между отверстиями под шпильки и сообщенные с коллектором подачи пара, у внутреннего края разъема у каждой из упомянутых камер выполнены отверстия, сообщенные с устройствами раздачи пара, расположенными в камерах, за третьей камерой со стороны II ступени в обнизке выполнена перегородка, причем по внешнему краю обнизки выполнен паз, соединяющий внешние отверстия между собой, и пазы, соединяющие этот паз с отверстиями у первой и второй камер, а в опорном выступе со стороны I ступени вблизи стыка разъема выполнен ряд сквозных отверстий, равномерно расположенных по ширине выступа и соединенных по входу с коллекторами подачи воды, а по выходу коллектором отвода воды через теплообменник, установленный на коллекторе подачи пара, - со сборником воды.