ДИАФРАГМА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на паровых турбинах высокого и сверхкритического давлений пара в их частях высокого давления, снабженных диагфрагмами с двумя рядами сегментов в лабиринтовых уплотнениях.

Известна диафрагма паровой турбины по изобретению [1], в которой от лабиринтовых уплотнений в ее центральном отверстии в диске диафрагмы выполнены каналы в полые сопловые лопатки, выходящие через щели в сопловые каналы.

Использование диафрагмы по этому изобретению возможно только на диафрагмах с полыми сопловыми лопатками, т.е. имеется ограничение по этому признаку.

Известна также диафрагма паровой турбины по изобретению [2], в которой выполнены каналы из камеры между сегментами лабиринтового уплотнения в центральном отверстии в ее сопловые каналы. Наряду с достоинствами о возможности использования пара протечек от лабиринтовых уплотнений в паровой турбине, снабженной диафрагмами для уменьшения протечек пара двумя рядами сегментов с гребнями лабиринтовых уплотнений и простотой исполнения, требуются энергетические затраты на поворот струи отсасываемого пара в сопловых каналах по ходу рабочего пара в них.

Целью изобретения является повышение эффективности диафрагмы с двумя сегментами лабиринтового уплотнения в ее центральном отверстии со снижением энергетических затрат при отсасывании пара и увеличением перепада его давления от камеры между сегментами и выходами в сопловые каналы.

Эта цель согласно заявке на изобретение достигается тем, что на диафрагме паровой турбины, содержащей разъемный по периметру диск с цельными сопловыми лопатками на ободе, образующими сопловые каналы, центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру между ними, сообщающуюся в диске с сопловыми каналами, внутри утолщенной части цельных сопловых лопаток выполнены каналы, выходящие через их выпуклые поверхности в сопловые каналы по ходу пара и сообщающиеся с каналами в диске диафрагмы от камеры между сегментами. Выполнение каналов в сопловых лопатках, выходящих через их выпуклые поверхности в сопловые каналы, наиболее выгодно, так как в этих зонах при истечении пара из сопловых каналов более низкое давление и имеются открытые зоны пара, о возникновении которых подробно описано в источнике [3] на с. 36 - 42 и источнике [4] на с. 28 - 31, рис. 2.5 и которые можно устранить заполнением их паром.

При заполнении отрывных зон отсосным паром при работе диафрагм в паровой турбине снижаются профильные потери с повышением ее экономичности, а также за счет снижения давления, как указано выше при расширении пара в этих участках сопловых каналов максимально увеличивается перепад давления пара между камерой, ограниченной сегментами и зонами выхода пара в сопловые каналы, что, соответственно, увеличивает и количество отсасываемого от лабиринтовых уплотнений переточного пара при работе паровой турбины с полезным его использованием.

Новыми существенными признаками являются:
1. Выполнение на диафрагме, снабженной двумя рядами сегментов лабиринтовых уплотнений в ее центральном отверстии, каналов внутри утолщенной части цельных сопловых лопаток, выходящих через их выпускные поверхности в сопловые каналы.

2. Заполнение паром отрывных зон, образующихся около выпуклых поверхностей сопловых лопаток в выходных участках сопловых каналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана диафрагма паровой турбины по изобретению (фиг. 1 с размером по А-А). На фиг. 2 показана работа диафрагмы в составе турбинной ступени высокого давления.

Диафрагма паровой турбины (фиг. 1) содержит разъемный по диаметру диск 1, сопловые каналы 2 (разрез по А-А) на его ободе, образованные лопатками 3, внешний обод 4, фигурные пазы 5, два ряда сегментов 6 с гребнями 7 лабиринтового уплотнения с прижимными пружинами 8 над ними, каналы 9 в диске диафрагмы в каждый сопловый канал 2, каналы 10 согласно заявке на изобретение, выходящие через выпуклые поверхности сопловых лопаток 3 в выходные участки сопловых каналов 2. На фиг. 2 показана установленная в корпусе 11 диафрагма по фиг. 1 в составе одной турбинной ступени высокого давления с аналогичными фиг. 1 обозначениями, содержащая ротор 12 (для упрощения указана часть его вала с лабиринтовыми пазами 13), диск 14 с разгрузочными отверстиями 15 и рабочими лопатками 16, которые на ободе снабжены бандажом 17 с гребнями уплотнения, а в корневой зоне уплотнительными гребнями 18 по окружности диска 14. В корпусе 11 установлены надбандажные уплотнения 19.

Работа диафрагмы паровой турбины в составе одной турбинной ступени давления (для других ступеней аналогична нижеописанной) осуществляется следующим образом. Подводимый к сопловым каналам 2 пар C₁ при расширении в нем приобретает кинетическую энергию со снижением давления, которая полезно используется путем подачи его на рабочие лопатки 16, приводя во вращение ротор 12 с совершением механической работы по известному технологическому процессу. При истечении пара из сопловых каналов 2 у выпуклых поверхностей образуются отрывные зоны, указанные в источниках [3], [4] с процессами их возникновения. Через лабиринтовые уплотнения 6, 7 происходит утечка пара C₂, и из камеры между сегментами лабиринтового уплотнения за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора, и эжекции сопловых каналов 2, большая часть перетечного пара отсасывается по каналам 9, 10 непосредственно в отрывные зоны сопловых каналов, заполняя их, смешивается потоком пара и используется для совершения полезной работы.

При вращении ротора 12 перетечный пар C₂ за счет трения нагревается в лабиринтовом уплотнении (по оценке НПО ЦКТИ на 30 - 40^oC) и потери сил трения также частично полезно используются при работе паровой турбины, повышая потенциал рабочего пара.

Таким образом, выполнение в сопловых лопатках 3 каналов 10 через их выпуклые поверхности, сообщенных каналами 9 с камерой между сегментами 6 лабиринтового уплотнения, позволяет получить полезный эффект по максимальному отсосу ранее теряемого на диафрагме перетечного пара с повышением экономичности паровой турбины.

Источники информации
1. SU АС N 1015081, 13.07.81, кл. C01 D 9/00.

2. RU Патент N 2068101, 27.07.94, кл. F 01 D 11/02.

3. Журнал "Теплоэнергетика", N 4, 1996, c. 36-42.

4. Л. Д. Яблоков и И.Г.Логинов. Паровые и газовые турбины. М.: Энергоатомиздат, с. 28-31.

Диафрагма паровой турбины содержит разъемный по диаметру диск с сотовыми лопатками на ободе, образующими сопловые каналы, центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности. В фигурных пазах расположены сегменты с гребнями лабиринтовых уплотнений, ограничивающие камеру между ними, сообщающуюся каналами в диске с сопловыми каналами. В утолщенной части лопаток выполнены каналы с выходами в сопловые каналы по ходу пара, расположенными на выпуклых поверхностях лопаток и направленными в отрывные зоны, образующиеся около выпуклых поверхностей лопаток в выходных участках сопловых каналов и сообщающиеся с каналами в дисках. Такое выполнение диафрагмы приводит к повышению экономичности турбины. 2 ил.

Диафрагма паровой турбины, содержащая разъемный по диаметру диск с сопловыми лопатками на ободе, образующими сопловые каналы, центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтовых уплотнений, ограничивающие камеру между ними, сообщающуюся каналами в диске с сопловыми каналами, отличающаяся тем, что в утолщенной части лопаток выполнены каналы с выходами в сопловые каналы по ходу пара, расположенными на выпуклых поверхностях лопаток и направленными в отрывные зоны, образующиеся около выпуклых поверхностей лопаток в выходных участках сопловых каналов и сообщающиеся с каналами в дисках.