ПАРОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 1999 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на паровых турбинах.

Известна паровая турбина с диафрагмами (патент N 2068101 от 27.07.1994, F 01 D 11/02), в которой из камер между сегментами лабиринтовых уплотнений в центральных отверстиях выполнены каналы в их сопловые каналы. Наряду с достоинствами по полезному использованию пара протечек через лабиринтовые уплотнения по валу ротора имеются ограничения по использованию этого изобретения: оно применимо лишь на диафрагмах с двумя сегментами лабиринтового уплотнения в центральных отверстиях диафрагм. На паровых турбинах, оснащенных диафрагмами с одним сегментом лабиринтовых уплотнений, для получения аналогичного результата требуется иное техническое решение.

Целью изобретения является создание устройства для наибольшего уменьшения протечек пара по валу ротора паровой турбины через лабиринтовые уплотнения диафрагм и его полезного использования с повышением ее экономичности. Эта цель достигается тем, что на паровой турбине, содержащей многоступенчатый ротор с дисками, снабженными рабочими лопатками, расположенные между ними диафрагмы с сопловыми лопатками на ободе, образующие сопла, сообщающиеся каналами в диафрагмах с их центральными отверстиями, на которых в фигурных пазах установлены сегменты с гребнями лабиринтовых уплотнений, входящими в пазы на валу ротора, на входных участках сегментов выполнены отверстия, сообщающие участки поверхностей вала ротора под ними с зонами центральных отверстий диафрагм, имеющими каналы в сопла, а на торцах сегментов выполнены дополнительно гребни на наружных ободах в сторону центральных отверстий.

Для повышения эффективности отсоса пара протечек каналы в диафрагмах на входе выполнены расширенными над участками сегментов с отверстиями и выходами их непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток.

Выполнение отверстий в сегментах с гребнями на торцах позволяет создать локальную камеру, заполняемую через отверстия паром протечек в лабиринтовых уплотнениях, отделяемую гребнями на торцах от пространства между ротором и диафрагмой, т. е. своеобразную ловушку для пара. Поскольку сегменты и диафрагмы неподвижны при работе турбины зазоры между корпусом диафрагмы и гребнем на сегменте могут быть предельно малыми (0,5-1,0 мм), что обеспечит ее назначение как камеры. Более подробно разъяснено в описании ниже и на чертеже (фиг. 1, 2).

Выполнение каналов в диафрагмах расширенными на входе позволяет охватить наиболее полно поверхность над отверстиями в сегментах с уменьшением сопротивления при отсосе по ним пара, а обеспечение их выхода непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток повысит эффективность отсоса пара соплами с улучшением газодинамики их работы из-за устранения имеющихся у стенок вогнутых поверхностей сопловых лопаток отрывных зон с отрывом потока пара. Об этих явлениях подробно описано в приведенных источниках, где указано, "что примерно 36% вогнутой поверхности занято отрывной зоной". Отсасываемый пар будет заполнять эти зоны и направляться из сопел на рабочие лопатки ротора.

Новыми существенными признаками заявки на изобретение являются:
1. Выполнение отверстий на входных участках сегментов лабиринтовых уплотнений и гребней в их торцах на наружных ободах.

2. Выполнение в диафрагмах каналов расширенными на входе с охватом участков сегментов с отверстиями и с выходами, непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана многоступенчатая паровая турбина по заявке на изобретение (фрагмент из 2-х ступеней, так как остальные ступени по технологии работы аналогичны).

Паровая турбина содержит корпус 1, ротор 2, с дисками 3 и их разгрузочными отверстиями 4 и рабочими лопатками 5, на ободе которых установлен бандаж 6 с гребнями 7, образующими надбандажные уплотнения. В корпусе 1 установлены диафрагмы 8, разделяющие паровую турбину на отдельные ступени, с соплами 9 (разрез по A-A), образуемыми сопловыми лопатками 10, сегменты 11 лабиринтовых уплотнений с гребнями 12, входящими в пазы 13 на валу ротора 2. Сегменты устанавливаются в фигурных пазах 14 и прижимаются пружинами 15. Сегменты 11 на входных участках имеют отверстия 16 и гребни 17 в их торцах на наружном ободе. Расположение отверстий 16 указано на фиг. 2 (разрез сегмента по C-C). Между наружными поверхностями входных участков сегментов 11 и центральными отверстиями диафрагм имеются камеры 18, отделяемые гребнями 17 от пространства между дисками 3 и диафрагмы 8 минимальными зазорами (0,5-1,0 мм). От камер 18 выполнены каналы 19 с расширениями 20 над отверстиями 16, которые выходят в сопла 9 непосредственно к вогнутым поверхностям сопловых лопаток 10. Стрелками указано направление движения отсасываемого пара.

Работа паровой турбины по заявке на изобретение осуществляется следующим образом. Подводимый к соплам 9 пар ускоряется с преобразованием потенциальной энергии в кинетическую со снижением при расширении его давления и поступает на рабочие лопатки 5 ротора 2, приводя его во вращение с совершением механической работы по известному технологическому процессу, подробно описываемому в известных источниках по паровым турбинам. Выходящий отработанный в ступени пар поступает с некоторой выходной скоростью в сопла последующей ступени, и так от ступени к ступени процесс аналогичен. В процессе совершения механической работы вращающимся ротором происходит протечка пара через надбандажные уплотнения 7 по ободу дисков 3, поступление его по валу к лабиринтовым уплотнениям 12, 13 и в пространство между дисками 3 ротора 2 и диафрагмами 8 от корневого сечения рабочих лопаток 5, некоторой части, прошедшей через уплотнения 12, 13, из которого через разгрузочного отверстия 4 пар вновь поступает к лабиринтовым уплотнениям 12, 13, а некоторая часть к соплам 9. Из лабиринтовых уплотнений 12, 13 пар протечек через отверстия 16 в сегментах 11 за счет нагрева силами трения (по данным НПЛ ЦКТИ на 35-40^oC) расширяется и дополнительно центробежными силами при его закрутке вращающимся ротором интенсивно будет выталкиваться в камеру 18 и через каналы 19 в диафрагмах 8 из их расширенных участков 20 будет отсасываться соплами 9 к отрывным зонам на вогнутых поверхностях сопловых лопаток 10 в основной поток пара, поступающий к ним, с полезным использованием для совершения механической работы. При этом протечки пара через лабиринтовые уплотнения 12, 13 будут минимальны.

Таким образом, благодаря выполнению на входных участках сегментов ряда отверстий с отсечкой гребнями на ободе их торцов от остального пространства с расширенными входными участками каналов в диафрагмах, охватывающими поверхности сегментов с отверстиями, и выполнению каналов в диафрагмах к вогнутым поверхностям сопловых лопаток обеспечивается максимальное улавливание пара протечек в лабиринтовых уплотнениях для совершения полезной механической работы с повышением экономичности паровой турбины.

Паровая турбина содержит многоступенчатый ротор с дисками, снабженными рабочими лопатками. Между дисками расположены диафрагмы с сопловыми лопатками на ободах, образующие сопла, сообщающиеся каналами в диафрагмах с их центральными отверстиями. Каналы выводятся непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток в возникающие около них отрывные зоны пара и на выходе имеют расширенные участки. В центральных отверстиях диафрагм в фигурных пазах установлены сегменты с гребнями диафрагменных лабиринтовых уплотнений, входящими в пазы по валу ротора. Торцы сегментов снабжены дополнительными гребнями на наружных ободах, направленными в сторону центральных отверстий диафрагм. На входных участках сегментов выполнены отверстия, направленные от вала в сторону каналов от центральных отверстий диафрагм. Такое выполнение паровой турбины приводит к повышению ее экономичности. 2 ил.

Паровая турбина, содержащая многоступенчатый ротор с дисками, снабженными рабочими лопатками, расположенные между ними диафрагмы с сопловыми лопатками на ободах, образующие сопла, сообщающиеся каналами в диафрагмах с их центральными отверстиями, на которых в фигурных пазах установлены сегменты с гребнями диафрагменных лабиринтовых уплотнений, входящими в пазы по валу ротора, отличающаяся тем, что на входных участках сегментов выполнены отверстия, направленные от вала в сторону каналов от центральных отверстий диафрагм, которые выводятся непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток в возникающие около них отрывные зона пара и на входе имеют расширенные участки, а торцы сегментов снабжены дополнительно гребнями на наружных ободах, направленными в сторону центральных отверстий диафрагм.