ТУРБИННЫЙ ОТСЕК Российский патент 2007 года по МПК F01D11/02 

Изобретение относится к области турбиностроения и может быть использовано в тепловой и ядерной энергетике, а также в судовых энергетических установках.

Известны турбины К-300-240, К-800-240 ЛМЗ [Паровые и газовые турбины. Учебник для вузов / М.А.Трубилов, Г.В.Арсеньев, В.В.Фролов и др.; под ред. А.Г.Костюка, В.В.Фролова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с. ил. НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ. Паротурбинные установки, КАТАЛОГ 13-79], в концевых сечениях рабочих лопаток которых, в радиальных зазорах [Косяк Ю.Ф. Паровая турбина К-300-240 ХТГЗ. - М,: Энергоиздат, 1982. Прочность паровых турбин. /Под ред. Л.А.Шубенко. - М.: Машиностроение, 1973], имеются мощные периферийные струи. Кинетическая энергия этих струй настолько велика, что они могут существенно изменить структуру основного потока и понизить эффективность работы турбинного отсека. Примером влияния периферийных струй на потери энергии в ряде последовательно расположенных ступеней могут служить опыты ЦКТИ и ВТИ [Сандовский В.Б. Исследование и обработка последних ступеней паровых турбин большой мощности. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Л.: 1977. - 21 с. Сравнение расчета осесимметричного течения в ЦНД паровой турбины с данными натурных исследований / Р.Н.Алексеева, М.С.Индурский, В.Н.Лагун, Л.Л.Симою, Ю.В.Ржуников. - Теплоэнергетика, 1984, №4. - 32-38 c.]. В том случае, когда периферийная струя за РК не имеет возможности подняться до стенки переходного патрубка, наблюдается за последующим НА зона резко повышенных потерь энергии [Сравнение расчета осесимметричного течения в ЦНД паровой турбины с данными натурных исследований / Р.Н.Алексеева, М.С.Индурский, В.Н.Лагун, Л.Л.Симою, Ю.В.Ржуников. - Теплоэнергетика, 1984, №4. - 32-38 c.]. В аналогичных испытаниях ЦКТИ [Сендовский В.Б. Исследование и обработка последних ступеней паровых турбин большой мощности. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Л.: 1977. - 21 с.] той же турбины до модернизации, в которой поток имел возможность лучше заполнять переходной патрубок за счет наклона стенки над РК (15°), потери энергии в НА оказались меньше в зоне действия струи ˜ в 2 раза. Эти примеры подчеркивают особое значение подъема струи в ступенях с раскрытием периферийных границ.

Известна турбина К-1200-240 ЛМЗ [Паровые и газовые турбины. Учебник для вузов /М.А.Трубилов, Г.В.Арсеньев, В.В.Фролов и др.; под ред. А.Г.Костюка, В.В.Фролова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с. ил. НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ. Паротурбинные установки. КАТАЛОГ 13-79], выбранная в качестве прототипа/, содержащая рабочую лопатку, бандаж, уплотняющие усики. Недостатком конструкции является наличие мощных надбандажных струй, направление которых значительно расходится с основным потоком. Особенно в ЦНД, что приводит к потерям энергии и вредным искажениям структуры потока.

Задачей изобретения является повышение экономичности турбинного отсека за счет организации в турбинном отсеке с раскрытием периферийных границ течения надбандажных струй.

Поставленная задача достигается тем, что в турбине, содержащей рабочие лопатки, бандажи, уплотняющие усики на бандаже РК или на статоре, расположен надбандажный направляющий элемент в виде тела вращения с внутренней выпуклой поверхностью, которая образует верхнюю стенку канала, а нижняя поверхность канала расположена на наружной поверхности бандажа и на выходе имеет направление по касательной к ограничивающей поверхности статора, что уменьшает потери энергии и устраняет вредные искажения структуры потока в турбинном отсеке с раскрытием периферийных границ с одновременным повышением КПД турбины.

Следует иметь в виду, что в части низкого давления ротор имеет существенные перемещения относительно цилиндра. В соответствии с этим профилируется канал. В месте минимального зазора должен быть приблизительно цилиндрический участок на поверхности бандажа.

Для лучшего направления надбандажной струи при выходе из-под направляющего элемента целесообразно выполнить тупиковые сверления [Мигай В.К. Влияние шероховатости на эффективность диффузоров. Изв. ВУЗов. Энергетика, 1970, №8, с.34-35]. В случае же отбора пара за РК эти сверления целесообразно делать сквозными.

С той же целью для улучшения течения под направляющим элементом его поверхность можно выполнять желобчатой с ориентацией желобков по осевому направлению. Глубина желобков 1-2 мм. Нанесение желобков уменьшает закрутку потока. Тем самым уменьшаются углы атаки в периферийной зоне НА.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет повышенную экономичность. Эффект достигается благодаря тому, что надбандажная струя направляется вдоль поверхности тока вблизи периферийной ограничивающей стенки. Тем самым устраняется различие в направлении периферийной струи, вытекающей из уплотняющих усиков, что значительно снижает потери энергии и устраняет вредные искажения структуры потока в турбинном отсеке с раскрытием периферийных границ.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен турбинный отсек с рабочими лопатками 1, бандажом 2, уплотняющими усиками 3, закрепленными на статоре 4 или на бандаже 2 рабочего колеса 5, направляющими надбандажными элементами 6, каналом 7, камерой 8, желобками 9.

Работает конструкция следующим образом. Струя пара поступает из предыдущего уплотнения 3 в камеру 8 перед направляющим элементом 6 и со значительной скоростью входит в канал 7, в котором, если канал выполнить сужающимся, продолжает расширяться и покидает устройство с большой скоростью, обтекая стенку статора 4, причем она подсасывает к стенке статора 4 основной поток, имеющий меньшую осевую скорость, чем струя. При этом в процессе смешения надбандажной струи с основным потоком исключается оттеснение основного потока от ограничивающих проточную часть стенок, что, как указывалось, в противном случае, может приводить к значительным срывным явлениям, снижающим КПД турбинного отсека. Особенно значителен положительный эффект от предлагаемого изобретения в последнем отсеке ЦНД современных мощных паровых турбин типа К-300-240, К-1000-60/3000, К-1200-60/3000, К-750-60/1500, К-1000-60/1500 и ряда других.

Турбинный отсек содержит рабочие лопатки, бандаж, уплотняющие усики на бандаже рабочего колеса и на статоре. На статоре расположен надбандажный направляющий элемент в виде тела вращения с внутренней выпуклой поверхностью, которая образует верхнюю стенку канала. Нижняя стенка канала расположена на наружной поверхности бандажа и на выходе имеет направление по касательной к ограничивающей поверхности статора. Изобретение повышает экономичность турбинного отсека. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Турбинный отсек, содержащий рабочие лопатки, бандаж, уплотняющие усики на бандаже рабочего колеса и на статоре, отличающийся тем, что на статоре расположен надбандажный направляющий элемент в виде тела вращения с внутренней выпуклой поверхностью, которая образует верхнюю стенку канала, а нижняя стенка канала расположена на наружной поверхности бандажа и на выходе имеет направление по касательной к ограничивающей поверхности статора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходном участке на внутренней поверхности направляющего элемента выполняются желобки, ориентированные вдоль оси турбины.