ПОВОРОТНАЯ РЕГУЛИРУЮЩАЯ ДИАФРАГМА ПАРОВОЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2004 года по МПК F01D25/24 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при производстве, реконструкции и эксплуатации паровых теплофикационных турбин.

Известна поворотная регулирующая диафрагма паровой теплофикационной турбины (Е.И.Бененсон, Л.С.Иоффе “Теплофикационные паровые турбины”, Москва, Энергоатомиздат, 1986 г., стр.194, рис.5.21), с помощью которой осуществляется регулирование тепловой нагрузки теплофикационной турбины в течение отопительного сезона ТЭЦ. Основными ее частями является собственно диафрагма, состоящая из обода и тела с закрепленными между ними направляющими лопатками, перед которыми установлено поворотное кольцо со спицами, количество которых равно количеству направляющих лопаток, и расположенными между ними регулирующими каналами. При открытом положении регулирующие каналы поворотного кольца совпадают с соответствующими межлопаточными каналами диафрагмы, что соответствует максимальному расходу пара в конденсатор турбины и минимальной тепловой нагрузке турбины. При закрытом положении межлопаточные каналы диафрагмы полностью перекрываются спицами поворотного кольца, при этом обеспечивается минимальный пропуск пара в конденсатор и максимальная тепловая нагрузка турбины. Режим работы турбины с полностью закрытой и зафиксированной в этом положении регулирующей диафрагмой является наиболее экономичным, поскольку при этом минимальны потери тепла пара, поступающего в конденсатор, с охлаждающей его водой (режим работы турбины с противодавлением или по тепловому графику), при этом чем меньше протечки пара через зазоры между спицами поворотного кольца и торцами направляющих лопаток диафрагмы, тем меньше потери тепла с охлаждающей водой конденсатора, тем выше экономичность работы турбины. Так как диафрагма, вследствие наличия тепловых зазоров, под действием неравномерного температурного поля и перепада давлений, может деформироваться (коробиться) и принимать различные формы - как “зонтика”, так и “пропеллера”, то паровая плотность диафрагмы определяется гибкостью поворотного кольца как в окружном, так и аксиальном направлениях.

Известная поворотная регулирующая диафрагма не обладает достаточной плотностью, поэтому в закрытом положении имеются протечки пара через диафрагму в конденсатор, а, значит, и потеря тепла с охлаждающей конденсатор водой.

Известна также поворотная регулирующая диафрагма паровой теплофикационной турбины (авт. свид. SU №1592524, МПК F 01 D 25/24 “Поворотная регулирующая диафрагма паровой теплофикационной турбины”, С.Н.Иванов и другие), в которой с целью повышения паровой плотности между каналами поворотного кольца вдоль спиц со стороны паровпуска выполнены сквозные пазы от внутренней до наружной радиальных поверхностей кольца, при этом площадь сечения кольца по радиусу дополнительного паза составляет не менее суммарной площади сечения обода и тела кольца по радиусу канала. Этим достигается определенное снижение изгибной жесткости поворотного кольца, в основном, в окружном направлении и, соответственно, снижение протечек пара в конденсатор.

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Данное техническое решение имеет следующие недостатки:

1. Поскольку спицы поворотного кольца в поперечном сечении имеют форму швеллера, то его жесткость в аксиальном направлении практически не отличается от жесткости поворотного кольца со спицами в форме прямоугольного сечения, т.е. при прогибе диафрагмы в форме “зонтика” поворотное кольцо известной регулирующей диафрагмы не обеспечит достаточной паровой плотности.

2. Вследствие того, что в известном техническом решении площадь сечения поворотного кольца по радиусу дополнительного паза составляет не менее площади сечения кольца по радиусу канала, то толщина спицы в основании швеллера является достаточно большой, поэтому, при прогибе диафрагмы в форме “пропеллера” поворотное кольцо, стремясь принять эту форму, будет деформироваться в основном в углах между боковыми стенками и основанием швеллера. Эти концентраторы напряжения при длительной эксплуатации и переменных режимах работы турбины могут явиться причиной образования усталостных трещин, что недопустимо по условиям безопасности работы турбины.

Главной причиной недостатков известного технического решения является недостаточная гибкость поворотного кольца в окружном и аксиальном направлениях, не обеспечивающая плотное прилегание последнего к диафрагме.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - повышение надежности и экономичности работы турбины путем:

- обеспечения паровой плотности регулирующей поворотной диафрагмы при любой возможной форме и величине ее прогиба;

- исключения из конструкции элементов с недопустимо высокой концентрацией напряжений.

Для решения поставленной задачи, известная регулирующая диафрагма паровой турбины, содержащая закрепленные между телом и ободом направляющие лопатки, перед которыми установлено поворотное кольцо с рабочими окнами и со сквозными радиальными пазами, снабжена кольцевой поворотной мембраной с рабочими окнами, в промежутках между которыми со стороны паровпуска размещены жесткие радиальные спицы, скрепленные между собой по наружному диаметру внешней гибкой кольцевой связью, а по внутреннему диаметру - внутренними гибкими кольцевыми связями, закрепленными на спицах с левой и правой сторон через одну в шахматном порядке.

Обеспечение паровой плотности регулирующей поворотной диафрагмы достигается тем, что она снабжена кольцевой поворотной мембраной, жесткость которой в окружном и аксиальном направлениях существенно ниже жесткости диафрагмы.

Создание конструкции, исключающей наличие элементов с недопустимо высокой концентрацией напряжений, обеспечивается применением гибких кольцевых связей поворотной мембраны - внешней кольцевой связи и внутренних кольцевых связей.

На фиг.1 представлен продольный разрез поворотной регулирующей диафрагмы; на фиг.2 - вид в аксонометрии с секционным вырывом; на фиг.3 - разрез А-А фиг.1.

Поворотная регулирующая диафрагма 1 паровой теплофикационной турбины содержит закрепленные между телом 2 и ободом 3 направляющие лопатки 4, перед которыми установлена поворотная мембрана 5 с рабочими окнами 6, в промежутках между которыми установлены и закреплены жесткие радиальные спицы 7, скрепленные между собой по наружному диаметру внешней гибкой кольцевой связью 8, а по внутреннему диаметру скрепленные на спицах с левой и правой сторон через одну в шахматном порядке внутренними гибкими кольцевыми связями 9.

Поворотная регулирующая диафрагма работает следующим образом.

При длительной эксплуатации в условиях резко отличающихся режимов работы турбины вследствие температурных воздействий и перепада давлений происходит деформация (коробление) диафрагмы 1. Диафрагма 1, прогибаясь, может принимать различные формы - как “зонтика”, так и “пропеллера”. Поворотная мембрана 5 под воздействием перепада давлений отслеживает все деформации диафрагмы 1 вследствие своей малой изгибной жесткости и плотно прилегает к диафрагме 1 при любом открытии рабочих окон 6. В результате при полностью закрытых рабочих окнах 6 (фиг.3) достигается высокая паровая плотность регулирующей поворотной диафрагмы, что сводит до предельного минимума потери теплоты с охлаждающей конденсатор турбины (не показан) циркуляционной водой и, соответственно, обеспечивает высокую экономичность турбины на режимах теплового графика. Общую конструкционную жесткость поворотной регулирующей диафрагме обеспечивают прикрепленные к мембране 5 разделительные радиальные спицы 7, которые, в свою очередь, скреплены между собой по наружному диаметру внешней гибкой кольцевой связью 8, а по внутреннему диаметру - внутренними гибкими кольцевыми связями 9, закрепленными на спицах 7 с правой и левой сторон через одну в шахматном порядке. Кроме того, при малой изгибной жесткости поворотного кольца за счет взаимосвязанных мембраны 5, спиц 7, гибких кольцевых связей 8 и 9 обеспечивается передача значительного касательного усилия на рычаги сервомотора регулирующей диафрагмы (не показаны).

Реализация предложенной конструкции позволит существенно повысить экономичность работы теплофикационной турбины на режимах теплового графика за счет снижения до предельного минимума потерь теплоты пара, поступающего в конденсатор турбины, с охлаждающей циркуляционной водой.

Предлагаемая конструкция может быть реализована при модернизации и техническом перевооружении действующих теплофикационных паровых турбин на Тэц и ГРЭС, а также при производстве новых теплофикационных турбин.

Поворотная регулирующая диафрагма паровой теплофикационной турбины относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при производстве, реконструкции и эксплуатации паровых теплофикационных турбин. Диафрагма снабжена кольцевой поворотной мембраной с рабочими окнами, в промежутках которых размещены жесткие радиальные спицы, скрепленные по наружному и внутреннему диаметрам. Такая конструкция диафрагмы позволяет повысить надежность и экономичность паровой турбины путем обеспечения ее паровой плотности при любой возможной форме и величине прогиба и за счет исключения элементов с высокой концентрацией напряжения. 3 ил.

Поворотная регулирующая диафрагма паровой теплофикационной турбины, содержащая закрепленные между телом и ободом направляющие лопатки, перед которыми установлено поворотное кольцо с рабочими окнами и со сквозными радиальными пазами, отличающаяся тем, что она снабжена кольцевой поворотной мембраной с рабочими окнами, в промежутках между которыми со стороны паровпуска размещены жесткие радиальные спицы, скрепленные между собой по наружному диаметру внешней гибкой кольцевой связью, а по внутреннему диаметру - внутренними гибкими кольцевыми связями, закрепленными на спицах с левой и правой сторон через одну в шахматном порядке.