МНОГОЦИЛИНДРОВАЯ ТУРБИНА СО ВСТРЕЧНО ОРИЕНТИРОВАННЫМИ ВЫХЛОПНЫМИ ЧАСТЯМИ ЦИЛИНДРОВ ВЫСОКОГО И СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F01D3/02 

Изобретение относится к области турбоустановок и может быть использовано в мощных многоцилиндровых паровых турбинах, содержащих однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД).

При эксплуатации многоцилиндровых паровых турбин возникает ряд проблем, связанных с недостаточной уравновешенностью осевых усилий, приводящей, в частности, к частой поломке стяжных болтов в соединительной муфте между ротором высокого давления и ротором среднего давления турбины, нестабильности ее вибрационного состояния, ненадежной работе подшипников узла, воспринимающего осевые усилия.

Известны паровые турбины, в которых уменьшение неуровновешенности осевых усилий достигается с помощью перепада давления на противоположных концах соединенного с валом турбины разгрузочного поршня [1]. Недостатком такого решения является увеличение металлоемкости и усложнение конструкции вала, а также необходимость введения с тыльной стороны поршня разгрузочной камеры, соединенной с промежуточной ступенью или выходным патрубком турбины.

Известны паровые турбины, в которых уменьшение неуравновешенности осевых усилий достигается выполнением ЦВД в виде противоточного цилиндра, в котором пар после прохождения через несколько ступеней поворачивается на 180^o и движется в обратном направлении в кольцевом зазоре между внутренней и внешней стенками цилиндра [2] . При этом, однако, возникают потери с выходной скоростью пара в первой группе ступеней, а также потери энергии из-за поворота пара и его протекания в кольцевом зазоре между стенками цилиндра.

Известны многоцилиндровые турбины, в которых уравновешивание осевых усилий достигается тем, что по меньшей мере один из первых по ходу пара цилиндров (ЦВД или ЦСД) выполнен двухпоточным, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения их проточных частей [3]. Однако двухпоточные схемы применительно к цилиндрам с малыми объемными пропусками пара (ЦВД и ЦСД) обуславливают уменьшение высот лопаток с увеличением аэродинамических потерь и потерь в концевых уплотнениях.

Известна также выбираемая в качестве прототипа многоцилиндровая турбина, содержащая однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД), имеющие по меньшей мере один комбинированный опорно-упорный подшипник и общий составной вал с опорно-упорным рабочими элементами под подшипники и соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения проточной части [4]. Разность осевых усилий ЦВД и ЦСД воспринимает комбинированный опорно-упорный подшипник. Вместе с тем, в такой конструкции стяжные болты соединительной муфты нагружены крутящим моментом и растягивающими усилиями, что может приводить к поломке болтов. Кроме того, при таком расположении цилиндров они оказываются обращенными своими горячими сторонами к помещенному между ними опорно-упорному подшипнику, что вызывает нагрев подшипника и его фундамента, приводящий к расцентровке опор валопровода.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности многоцилиндровой турбины.

Эта задача решается за счет того, что в многоцилиндровой турбине, содержащей однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД), имеющие по меньшей мере один комбинированный опорно-упорный подшипник и общий составной вал с опорно-упорными рабочими элементами под подшипники и соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения проточной части, согласно изобретению ориентирование ЦВД и ЦСД выполнено со встречным расположением выхлопных частей цилиндров, и в одном из комбинированных опорно-упорных подшипников опорно-упорными элементами вала служат внешние соответственно цилиндрическая и плоские торцевые поверхности полумуфт.

На чертеже схематически изображен один из возможных вариантов выполнения многоцилиндровой турбины в соответствии с изобретением. Многоцилиндровая паровая турбина содержит цилиндр высокого давления (ЦВД) 1 и цилиндр среднего давления (ЦСД) 2, ориентированные встречно выхлопными частями соответственно 3, 4. Турбина имеет общий составной вал 5 с соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт 6, 7, внешние торцевые части которых 8, 9 взаимодействуют с ответными упорными элементами 10, 11, а цилиндрические части полумуфт 6, 7 - с опорным вкладышем 12 комбинированного опорно-упорного подшипника 13. Вход ЦВД 1 соединен паропроводом 14 с пароперегревателем 15 котла 16, а выхлоп ЦВД 1 - паропроводом 17 через первый промежуточный пароперегреватель 18 котла 16 со входом ЦСД 2. Выход ЦСД 2 соединен паропроводом 19 через второй промежуточный пароперегреватель 20 котла 16 с не показанным на чертеже цилиндром низкого давления (ЦНД).

Многоцилиндровая турбина работает следующим образом. Пар, проходя через проточную часть ЦВД 1 и ЦСД 2, помимо передачи на вал 5 турбины крутящего момента, создает направленные осевые усилия, благодаря чему большая часть крутящего момента на валу 5 передается за счет трения прижатых друг к другу торцов полумуфт 6, 7 соединительной муфты, а не стяжными болтами, как в объекте-прототипе. При этом полумуфты 6, 7 соединительной муфты одновременно выполняют функцию опорно-упорных элементов вала 5, взаимодействующих с опорно-упорными элементами 10, 11, 12 комбинированного подшипника 13.

Выполнение многоцилиндровой турбины согласно изобретению позволяет повысить ее надежность в результате существенного снижения нагрузки на стяжные болты соединительной муфты и уменьшения расцентровки опор валопровода, поскольку при расположении ЦВД и ЦСД встречно выхлопными частями помещенный между ними опорно-упорный подшипник и его фундамент оказывается менее нагретыми, чем в турбине по прототипу. Кроме того, совмещение соединительной муфты с опорно-упорным подшипником упрощает конструкцию составного вала и позволяет сократить его длину, что дополнительно повышает надежность турбины.

Источники информации:
1. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 61, рис. 2.42.

2. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 62, рис. 2.43.

3. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 60, рис. 2.40е).

4. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 312, рис. 6.37.

Изобретение предназначено для мощных многоцилиндровых паровых турбин. Турбина содержит однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД) с общим составным валом, имеющим соединительную муфту и комбинированный опорно-упорный подшипник (КОУП). Для разгрузки ротора от осевого усилия ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны со встречным расположением выхлопных частей цилиндров. При этом цилиндрические и плоские поверхности полумуфт соединительной муфты служат опорно-упорными элементами вала, взаимодействующими с соответствующими элементами КОУП. Такое выполнение многоцилиндровой турбины позволяет повысить ее надежность в результате существенного снижения нагрузки на стяжные болты соединительной муфты и уменьшения расцентровки опор валопровода, поскольку помещенный между выхлопными частями цилиндров КОУП и его фундамент оказываются в относительно холодной зоне. 1 ил.

Многоцилиндровая турбина, содержащая однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД), имеющие по меньшей мере один комбинированный опорно-упорный подшипник и общий составной вал с опорно-упорными рабочими элементами под подшипники и соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения проточной части, отличающаяся тем, что ориентирование ЦВД и ЦСД выполнено со встречным расположением выхлопных частей цилиндров, и в одном из комбинированных опорно-упорных подшипников опорно-упорными элементами вала служат внешние соответственно цилиндрическая и плоские торцевые поверхности полумуфт.