ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F01K13/00 F01D25/28 

Изобретение относится к паротурбинной установке с паровой турбиной, ротор турбины которой установлен в концевой опоре.

Паровая турбина обычно используется в энергетической установке для привода генератора или в промышленной установке для привода рабочей машины. Для этого к паровой турбине подводят пар, служащий в качестве рабочей среды, который расширяется в паровой турбине с совершением работы. После своего расширения пар попадает обычно через паровыпускной патрубок паровой турбины в подключенный после нее конденсатор и там конденсируется. Паровыпускной патрубок может при этом обтекаться аксиально или также радиально. Затем конденсат подводится в качестве питательной воды к парогенератору и после его испарения снова попадает в паровую турбину так, что возникает замкнутый пароводяной контур.

Ротор турбины подобной паровой турбины обычно установлен во множестве аксиальных и/или радиальных подшипников. Один из этих подшипников, обозначенный также как концевой подшипник, расположен при этом во внутреннем пространстве, например во внутренней втулке паровыпускного патрубка, и служит для фиксации находящегося в паровыпускном патрубке конца вала ротора турбины. При этом концевой подшипник обычно выполнен в виде радиального подшипника, то есть в виде подшипника для приема радиальных сил.

Из немецкой патентной заявки DE 19615011 A1 известна паровая турбина, в которой образованный из подшипниковых вкладышей или полувкладышей корпус подшипника концевого подшипника ротора турбины непосредственно соединен с паровыпускным патрубком. Для этого корпус подшипника концевого подшипника удерживается центрически в паровыпускном патрубке через радиально расположенные кронштейны. Корпус концевого подшипника при этом расположен внутри той пространственной области, которая при эксплуатации паровой турбины обтекается паром. Концевой подшипник выполненной таким образом паровой турбины является, однако, особенно чувствительным относительно движений или деформаций паровыпускного патрубка, например, вследствие изменений нагрузки. К тому же при таком выполнении является достижимой только ограниченная жесткость концевого подшипника. Расположение корпуса концевого подшипника внутри течения пара требует, кроме того, высоких затрат при уплотнении масляного пространства относительно пространственной области, обтекаемой паром.

В основе изобретения поэтому лежит задача указать паротурбинную установку названного выше типа, паровая турбина которой при особенно высокой жесткости концевого подшипника имеет высокую стабильность относительно движений паровыпускного патрубка. Кроме того, с особенно низкими затратами должна быть возможной бесподвальная установка конденсатора или установка на уровне земли.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что концевой подшипник удерживается проходящим через паровыпускной патрубок паровой турбины держателем, опирающимся на фундаментный блок, причем конденсатор, приданный в соответствие паровой турбине, соединен разъемно жестко с паровыпускным патрубком, и причем конденсатор установлен на множестве опор, которые расположены на высоте главной оси ротора турбины.

Изобретение исходит при этом из соображения, что для высокой стабильности относительно движений паровыпускного патрубка концевой подшипник должен бы быть развязан механически от него. Кроме того, для высокой жесткости подшипника должно бы быть предусмотрено механическое соединение концевого подшипника к фундаменту или к основной станине паровой турбины. Это является достижимым за счет того, что для концевого подшипника предусмотрен держатель, который со своей стороны непосредственно опирается на фундаментный блок. При этом концевой подшипник может быть расположен во внутренней втулке паровыпускного патрубка.

Бесподвальная установка конденсатора или установка на уровне земли при этом возможна при избежании невыгодной потери напора за счет отказа от обычно включенного между паровой турбиной и конденсатором перепускного трубопровода. Для этого конденсатор непосредственно подключен к корпусу турбины. Соединение корпуса турбины и конденсатора при этом для приема сил трения, в частности, при различных характеристиках расширения корпуса турбины и конденсатора должно бы быть жестким.

При расположении опор на высоте оси турбины тепловое расширение паротурбинной установки ведет к сдвигу конденсатора относительно его фундамента без возможности появления сдвигов в вертикальном направлении. Чтобы для исключения повреждений вследствие тепловых расширений особенно облегчить сдвиг конденсатора в горизонтальном направлении, для установки конденсатора предпочтительно предусмотрен многошариковый подшипник.

Целесообразно опирание паровыпускного патрубка на фундаменте происходит через множество расположенных сбоку на паровыпускном патрубке лап. Лапы должны бы при этом быть расположены сбоку на паровыпускном патрубке так, что они вследствие их установки в соответствующем подшипнике скольжения воспринимают вызванный за счет ротора турбины вращающий момент паровыпускного патрубка. Корпус турбины при этом удерживается центральными направляющими на своем переднем конце и на своем заднем конце в середине вала. За счет применения подшипников скольжения для установки лап паровая турбина может быть выполнена так, что тепловые движения поперек к главной оси вала турбины вследствие теплового расширения, например при изменении нагрузки, не приводят к повреждениям на паровой турбине.

В случае особенно симметричного и тем самым особенно нечувствительного к тепловым расширениям расположения паротурбинной установки конденсатор содержит предпочтительно множество конденсаторных элементов, из которых соответственно два расположены противоположно друг другу на паровыпускном патрубке.

Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет крепления концевого подшипника непосредственно на фундаменте достигается особенно высокая жесткость концевого подшипника особенно простыми средствами. Кроме того, концевой подшипник механически развязан от паровыпускного патрубка и тем самым не чувствителен относительно движений паровыпускного патрубка. За счет крепления концевого подшипника непосредственно на фундаменте, кроме того, корпус подшипника может быть расположен внутри шахтной области и, таким образом, вне пространственной области, обтекаемой паром. Расходы на уплотнение концевого подшипника относительно пространственной области, обтекаемой паром, при этом являются особенно малыми.

За счет подвижной установки конденсатора или конденсаторных элементов на фундаменте становится особенно простым образом возможной компенсация тепловых расширений вследствие изменений нагрузки паровой турбины также при жестком соединении конденсатора с корпусом турбины. Таким образом, бесподвальная установка конденсатора или установка на уровне земли является возможной также при отказе от перепускного трубопровода, развязывающего по силам конденсатор от паровой турбины.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежей.

Фиг. 1 - схематически паровая турбина в продольном сечении.

Фиг. 2 - паровыпускной патрубок в поперечном сечении.

Фиг. 3 - схематически паротурбинная установка в виде спереди.

Одинаковые части снабжены на всех чертежах одинаковыми ссылочными позициями.

Паровая турбина 1 согласно фиг. 1 содержит паровыпускной патрубок 2, через который расширенный в паровой турбине 1 пар является подводимым в не представленный более подробно на фиг. 1, включенный после паровой турбины 1 конденсатор. Паровыпускной патрубок 2 составлен из нижней детали патрубка 4 и верхней детали патрубка 6. Нижняя деталь патрубка 4 и верхняя деталь патрубка б являются соответственно цельными и выполнены в виде сварной конструкции. Паровая турбина 1 в примере выполнения предусмотрена для применения в качестве промышленной турбины и рассчитана на механическую мощность порядка от 6 до 8 МВт. Альтернативно паровая турбина 1, однако, может быть предусмотрена также для применения в качестве турбины электростанции со сравнительно более высокой механической мощностью.

Внутри паровыпускного патрубка 2 расположен выполненный в виде радиального подшипника концевой подшипник 8 для ротора турбины 10 паровой турбины 1. Ротор турбины 10, кроме того, установлен в множестве других выполненных в виде радиальных и/или аксиальных подшипников 12 с возможностью вращения вокруг своей центральной оси 14. Расположенный во внутренней втулке концевой подшипник 8 содержит детали подшипника 16, 18, которые вместе образуют корпус для собственно подшипника 20 концевого подшипника 8. Дальнейшие подробности относительно выполнения концевого подшипника 8, а также соответствующего уплотняющего устройства следуют также из фиг. 1; для обзорности, однако, они здесь не поясняются.

Как видно из фиг. 1 и, в частности, также из фиг. 2, концевой подшипник 8 удерживается проведенным через нижнюю деталь патрубка 4 паровыпускного патрубка 2 держателем 24, опирающимся на фундаментный блок 22. Для этого деталь подшипника 18 жестко соединена с держателем 24.

Для уплотнения держатель 24, как представлено на фиг. 2, расположен во внутреннем пространстве 26 расположенного внутри паровыпускного патрубка 2 среднего ребра 28. Среднее ребро 28 проходит при этом по типу шахты через паровыпускной патрубок 2, причем внутреннее пространство 26 среднего ребра 28 сообщается через отверстия 30 с окружающей атмосферой. Образованный из деталей подшипника 16, 18 корпус концевого подшипника 8 при этом расположен внутри выполненной в виде внутренней втулки, утолщенной по сравнению со средним ребром 28 шахтной области 32, и, таким образом, вне пространственной области, обтекаемой паром. Затраты на уплотнение концевого подшипника 8 относительно пространственной области, обтекаемой паром, при этом являются особенно малыми.

Нижняя деталь патрубка 4 и верхняя деталь патрубка 6 выполнены соответственно в виде полуоболочек и соединены вместе в плоскости разъема 34 для образования паровыпускного патрубка 2. Для целей монтажа и инспекции детали патрубка 4, 6 снабжены соответственно подвесками 36. На нижней детали патрубка 4 паровыпускного патрубка 2, кроме того, расположено множество лап 38, каждая из которых установлена не показанным более подробно образом в подшипнике скольжения. Лапы 38 при этом расположены сбоку на паровыпускном патрубке 2 таким образом, что они вследствие их установки в соответствующем подшипнике скольжения воспринимают вращающие моменты, вносимые ротором турбины 10, во время эксплуатации паровой турбины 1.

За счет крепления концевого подшипника 8 через держатель 24 непосредственно на фундаментном блоке 22 обеспечивается особенно высокая жесткость концевого подшипника 8 особенно простыми средствами. Концевой подшипник 8, кроме того, механически развязан от паровыпускного патрубка 2 и тем самым не является чувствительным к движениям паровыпускного патрубка 2 во время эксплуатации паровой турбины 1. Установка паровыпускного патрубка 2 в подшипниках скольжения посредством лап 38 обеспечивает к тому же компенсацию вращающего момента ротора турбины 10. За счет применения подшипников скольжения для установки лап 38 паровая турбина 1 при этом выполнена таким образом, что тепловые движения поперек к центральной оси 14 ротора турбины 10 вследствие теплового расширения, например, при изменении нагрузки не приводят к повреждениям на паровой турбине 1. Кроме того, с помощью лап 38 в значительной степени возможен предварительный монтаж паровой турбины 1 уже в месте изготовления.

Для монтажа паровой турбины 1 и, в частности, ее паровыпускного патрубка 2 предусмотрена центрированная фиксация паровыпускного патрубка 2 и концевого подшипника 8 посредством не представленной более подробно вертикальной хвостовой направляющей.

Паровая турбина 1, как схематично представлено на фиг. 3, является частью паротурбинной установки 40. Нижняя деталь патрубка 4 паровыпускного патрубка 2 расположена на несущем каркасе 42, который со своей стороны размещен на находящемся на уровне земли фундаментном блоке 22 не представленного более подробно здания машинного зала.

Паровая турбина 1 включена в не представленный более подробно пароводяной контур паротурбинной установки 40. В пароводяном контуре к паровой турбине 1 подключен конденсатор 44, который в примере выполнения содержит два конденсаторных элемента 46, 48. Альтернативно может быть предусмотрено также другое количество конденсаторных элементов.

Конденсаторные элементы 46, 48 конденсатора 44 жестко разъемно соединены соответственно через фланец 50, 52 с паровыпускным патрубком 2 паровой турбины 1. Для изготовления жестких разъемных соединений при этом на каждом фланце 50, 52 предусмотрено резьбовое соединение. Паровыпускной патрубок 2 при этом выполнен таким образом, что все предусмотренные для истечения отработавшего пара турбины отводящие поверхности встроены в верхней детали патрубка 6. Независимо от индивидуального выполнения паровой турбины 1 в качестве нижней детали патрубка 4 таким образом можно использовать стандартную деталь.

Для установки конденсаторных элементов 46, 48 конденсатора 44 предусмотрен расположенный соответственно на фундаментном блоке 22 блок подшипника 56 или соответственно 58. На соответствующем блоке подшипника 56, 58 соответствующий конденсаторный элемент 46, 48 установлен с возможностью перемещения в горизонтальном направлении посредством множества опор 60 или соответственно 62. Таким образом, конденсатор 44 установлен с возможностью сдвига на фундаментном блоке 22. Блоки подшипника 56, 58 при этом по своей высоте выбраны таким образом, что опоры 60, 62 расположены приблизительно на высоте центральной оси 14 ротора турбины 10 паровой турбины 1. За счет такого расположения появление вертикальных компонентов сил в опорах 60, 62 при тепловых напряжениях в основном исключено.

В качестве опор 60, 62 в примере выполнения предусмотрены многошариковые подшипники. Альтернативно или дополнительно опоры 60, 62 могут быть выполнены также в виде эластомеров или качательных опор.

За счет подвижной установки конденсаторных элементов 46, 48 конденсатора 44 на фундаментном блоке 22 особенно простым образом становится возможным расположение конденсатора 44 на уровне земли и тем самым бесподвальная установка конденсатора 44. Появляющиеся при изменениях нагрузки паровой турбины 1 вследствие тепловых расширений силы передаются через жесткие соединения на фланцах 50, 52 на конденсаторные элементы 46, 48. Они результируются там вследствие подвижной установки в горизонтальное смещение конденсаторных элементов 46, 48 без возникновения достойных упоминания деформаций. Также при бесподвальной установке конденсатора 44, таким образом, повреждения вследствие тепловых напряжений надежно исключены.

Появляющиеся при горизонтальном смещении конденсаторных элементов 46, 48 силы трения являются вследствие выполнения элементов подшипника 50, 52 особенно малыми.

Конденсаторные элементы 46, 48 расположены противоположно друг другу на паровыпускном патрубке 2 паровой турбины 1. Появляющиеся при горизонтальном смещении конденсаторных элементов 46, 48 вследствие теплового расширения, воздействующие на паровыпускной патрубок 2 на основании сил трения в опорах 60, 62 силы реакции практически компенсируются за счет этого симметричного расположения. Смещение верхней детали патрубка вследствие тепловых расширений тем самым надежно исключено.

Паротурбинная установка предназначена для привода генератора или рабочей машины. Концевой подшипник удерживается проходящим через паровыпускной патрубок, опирающимся на фундаментный блок держателем. В паротурбинной установке с подобной паровой турбиной конденсатор разъемно жестко соединен с паровыпускным патрубком. Конденсатор установлен в множестве опор, расположенных на высоте центральной оси ротора турбины. Такое выполнение установки позволяет при особенно высокой жесткости концевого подшипника иметь высокую стабильность относительно движений паровыпускного патрубка. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Паротурбинная установка с паровой турбиной, ротор турбины которой установлен в концевом подшипнике, отличающаяся тем, что для удержания концевого подшипника предусмотрен проходящий через паровыпускной патрубок паровой турбины, опирающийся на фундаментный блок держатель, причем паровыпускной патрубок разъемно жестко соединен с конденсатором, установленным в множестве опор, расположенных на высоте центральной оси ротора турбины. 2. Паротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что паровыпускной патрубок паровой турбины содержит множество лап, которые соответственно установлены в подшипнике скольжения. 3. Паротурбинная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что для установки конденсатора предусмотрен многошариковый подшипник. 4. Паротурбинная установка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что конденсатор содержит множество конденсаторных элементов, из которых соответственно два расположены противоположно друг другу на паровыпускном патрубке.