СТУПЕНЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ СО СРЕДСТВАМИ СЕПАРАЦИИ ВЛАГИ Российский патент 1999 года по МПК F01D25/32 

Изобретение относится к производству паровых турбин, преимущественно влажно-паровых, а его объектом является ступень турбины со средствами сепарации влаги.

Известны ступени паровых турбин с выполненными в статорной части кольцевыми влагоотводящими каналами. Известны также многочисленные решения, относящиеся к оптимизации процесса улавливания влаги и ее направления во влагоотводящий канал.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является ступень паровой турбины со средствами сепарации влаги, содержащая расположенные в статорной части направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненный в статорной части перед рабочим колесом кольцевой влагоотводящий канал, а на ее поверхности перед этим каналом - желобчатую структуру, образованную чередующимися проточками [1]. Как показали проведенные исследования, капельная влага хорошо улавливается желобчатой структурой. Однако ее течение во влагоотводящий канал сопровождается разрывом движущейся пленки и ее сдуванием под действием вихрей, образующихся между спинкой и корытом смежных лопаток направляющего аппарата и захватывающих зону как в пределах этого аппарата, так и за ним.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания таких средств сепарации влаги, которые при использовании желобчатой структуры для улавливания влаги обеспечивали бы вместе с тем ее надежное направление во влагоотводящий канал без уноса текущей пленки влаги.

Эта задача решается в степени паровой турбины, содержащей выполненный в статорной части перед рабочим колесом кольцевой влагоотводящий канал, а на ее поверхности перед каналом - желобчатую структуру, в которой, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, на поверхности статорной части перед кольцевым влагоотводящим каналом выполнены влагосборные канавки, проходящие с равномерным шагом по окружности от межлопаточной зоны направляющего аппарата ко входу во влагоотводящий канал в перекрестном направлении относительно проточек желобчатой структуры и имеющих площадь поперечного сечения большую, чем суммарная площадь поперечного сечения проточек между канавками.

При таком решении текущая пленка влаги разделяется на отдельные полоски, которые собираются в канавки и через них организованно направляются во влагоотводящий канал. Это, как подтверждено проведенными исследованиями, значительно снижает унос пленки вихревыми токами.

Для более эффективного функционирования влагосборных канавок предпочтительно, чтобы они проходили под острым углом к линиям протяженности проточек желобчатой структуры.

Кроме того, предпочтительно, чтобы поверхность статорной части перед влагоотводящим каналом была выполнена конической с плавным переходом в переднюю стенку кольцевого влагоотводящего канала, а круговая кромка задней стенки этого канала образовала окружность меньшего диаметра, чем диаметр окружности пересечения задней стенки продолжением конической поверхности. При таком решении на входе во влагоотводящий канал образуется перекрыша, препятствующая переносу влаги за канал, а коническая поверхность с плавным переходом способствует поджиму влаги к поверхности статорной части и ее безотрывному входу во влагоотводящий канал.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его осуществления, изображенного на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1 показывает ступень паровой турбины со средствами сепарации влаги, в продольном разрезе;
фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 в развертке;
фиг. 3 - разрез по Б-Б в зоне прохождения из канавок на фиг. 2.

Изображенная на чертежах ступень относится к одной из влажнопаровых ступеней цилиндра паровой турбины, преимущественно к одной из последних ступеней части низкого давления.

Ступень содержит статорную часть в виде диафрагмы 1 с козырьком 2, лопаточный направляющий аппарат 3 и рабочее колесо 4 с облопачиванием. В диафрагме 1 перед рабочим колесом 4 в месте перехода к козырьку 2 выполнен кольцевой влагоотводящий канал 5. Желательно, чтобы ширина щели этого канала уменьшалась от его входа в радиальном направлении, что позволит минимизировать расход пара, отсасываемого через влагоотводящий канал.

Поверхность 6 диафрагмы перед влагоотводящим каналом 5 выполнена конической и плавно переходит в переднюю стенку 7 канала 5. Задняя стенка 8 этого канала образована плоской торцевой поверхностью козырька 2. При этом круговая кромка этого козырька образует окружность с диаметром D₁, который меньше диаметра D₂ окружности пересечения задней стенки 8 с продолжением конической поверхности 6. Благодаря этому на входе во влагоотводящий канал образуется перекрыша.

На поверхности 6 с помощью чередующихся проточек образована желобчатая структура 9. Аналогичная желобчатая структура 10 может быть образована и на внутренней поверхности козырька 2. На поверхности 6 выполнены также влагосборные канавки 11, которые начинаются в межлопаточной зоне направляющего аппарата 3 и проходят до влагоотводящего канала 5 в перекрестном направлении относительно проточек желобчатой структуры 9. При этом влагосборные канавки 11 расположены с равномерным шагом по окружности, а их начальный участок проходит в зонах за спинками лопаток направляющего аппарата 3 вдоль касательной к их задней поверхности и под острым углом к проточкам желобчатой структуры 9 (фиг. 2).

Площадь поперечного сечения каждой канавки 11 больше суммарной площади поперечного сечения проточек желобчатой структуры 9, которые пересекаются канавкой 11. При этом каждая канавка 11 может быть выполнена с площадью поперечного сечения, увеличивающейся, предпочтительнее за счет глубины, ко входу во влагоотводящий канал 5, но так, чтобы площадь поперечного сечения каждого очередного дискретного участка канавки 11 была больше суммарной площади поперечных сечений проточек, пересекаемых этим участком и предыдущей частью канавки 11. Предпочтительно, чтобы канавки 11 были выполнены с глубиной, большей, чем ширина примерно в 1,5 - 2 раза.

При работе капельная влага, проходя через проточную часть турбины, сепарируется на поверхности лопаток направляющего аппарата 3 и под действием осевой и окружной составляющих потока за счет центробежной силы поднимается к периферии, смещаясь к задней кромке. У периферии под воздействием вихрей, возникающих между спинками и корытами смежных лопаток, влага срывается с их поверхности и выбрасывается вверх и вперед по потоку, где она улавливается желобчатой структурой 9.

Коническая поверхность 6 способствует улавливанию и транспортировке к влагоотводящему каналу 5 влаги как выходящей из диафрагмы 1, так и отраженной от лопаток рабочего колеса 4. Из проточек желобчатой структуры 9 влага поступает во влагосборные канавки 11 и по ним организованно направляется во влагоотводящий канал 5 с минимальным уносом влаги, а наличие перекрыши на входе во влагоотводящий канал 5 препятствует перебросу капель влаги через этот канал. Благодаря этому обеспечивается надежное выведение уловленной влаги из проточной части.

В облопачивании рабочего колеса 4 капельная и пленочная влага поднимается к периферии и под действием центробежной и кориолиссовой сил сбрасывается с торца лопаток вверх и с входной кромки вверх и против потока. Влага с входной кромки улавливается желобчатой структурой 9 и отводится вместе со влагой из направляющего аппарата в канал 5. Другая часть влаги, сбрасываемая с торца лопатки, улавливается желобчатой структурой 10 и тонкой пленкой двигается к последующему направляющему аппарату или в выхлопной патрубок.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 994786, F 01 D 25/32, 1983.

Использование: в производстве паровых турбин, преимущественно влажно-паровых. Сущность изобретения: ступень паровой турбины содержит направляющий аппарат и рабочее колесо, расположенное в статорной части. В последней перед рабочим колесом выполнен кольцевой влагоотводящий канал, а на поверхности статорной части сформирована желобчатая структура (ж.с.) для улавливания капельной влаги. Кроме того, на поверхности статорной части выполнены влагосборные канавки, проходящие с равномерным шагом по окружности от межлопаточной зоны направляющего аппарата к входу во влагоотводящий канал в перекрестном направлении относительно проточек ж.с. При этом площадь поперечного сечения влагосборных канавок больше, чем суммарная площадь поперечного сечения проточек ж.с. между этими канавками. Благодаря указанным влагосборным канавкам обеспечивается надежное направление влаги во влагоотводящий канал. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ступень паровой турбины со средствами сепарации влаги, содержащая расположенные в статорной части направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненный в статорной части перед рабочим колесом кольцевой влагоотводящий канал, а на ее поверхности - желобчатую структуру, образованную чередующимися проточками, отличающаяся тем, что на поверхности статорной части перед влагоотводящим каналом выполнены влагосборные канавки, проходящие с равномерным шагом по окружности от межлопаточной зоны направляющего аппарата к входу во влагоотводящий канал в перекрестном направлении относительно проточек желобчатой структуры и имеющих площадь поперечного сечения, большую, чем суммарная площадь поперечного сечения проточек между этими канавками. 2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что влагосборные канавки проходят под острым углом к линиям протяженности проточек желобчатой структуры. 3. Ступень по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что поверхность статорной части перед влагоотводящим каналом выполнена конической с плавным переходом в переднюю стенку кольцевого влагоотводящего канала, а круговая кромка задней стенки этого канала образует окружность меньшего диаметра, чем диаметр окружности пересечения задней стенки продолжением конической поверхности.