ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2007 года по МПК F01D1/02 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и касается проблемы увеличения мощности турбоустановок без увеличения числа цилиндров низкого давления (ЦНД).

Эта задача может быть решена только за счет увеличения пропуска пара через однопоточный ЦНД, когда через последнюю ступень проходит пар с очень большим удельным объемом.

Известна (1) конструкция проточной части цилиндра низкого давления со ступенью Баумана, в которой предпоследняя ступень выполнена двухъярусной, разделенной перегородками на две самостоятельные части. В верхний ярус ступени Баумана пар поступает из периферийной области предыдущей ступени, где расширяется до давления, близкого к давлению в конденсаторе, и затем направляется в конденсатор. Пар из нижнего яруса ступени Баумана далее идет к последней ступени паровой турбины.

Недостатком является то, что использование ступеней Баумана приводит к большим дополнительным потерям энергии, т.к. в верхнем ярусе такой ступени срабатывается перепад энтальпий, почти в два раза превышающий оптимальную величину. Ресурс увеличения высоты лопаток последних ступеней исчерпан, так как в настоящее время высоты лопаток последних ступеней для быстроходных турбин n=3000 об/мин достигли предельных с точки зрения прочности размеров 1=1350 мм.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является проточная часть паровой турбины (2), преимущественно цилиндра низкого давления, содержащая корпус, ротор, рабочие и сопловые лопатки, направляющий аппарат, двухъярусную предпоследнюю ступень, нижний ярус которой сообщен по рабочему телу с направляющим аппаратом последней ступени и с направляющим аппаратом верхнего яруса через поворотную камеру. Пар из периферийной части нижнего яруса предпоследней ступени попадает в специальный направляющий аппарат, с помощью которого происходит его поворот на 180°, и далее он подводится к сопловому аппарату верхнего яруса, образующему совместно с периферийной частью рабочей лопатки дополнительную ступень. В этом случае перепад энтальпий оказывается близким к оптимальному.

К недостаткам данного решения относятся усложненность конструкции, невозможность развернуть поток на 180° в поворотном аппарате с небольшими потерями, резко снижается кпд добавочной ступени за счет большой неравномерности потока после поворотного аппарата и вместе с тем сильно нарушаются условия работы последней ступени. В результате суммарный кпд предлагаемого ЦНД оказывается ниже кпд ЦНД с обычной ступенью Баумана.

Технической задачей, решаемой предлагаемой конструкцией проточной части, является значительное увеличение мощности турбины при сохранении прежнего количества цилиндров низкого давления и повышение кпд.

Поставленная задача решается тем, в проточной части известной паровой турбины, преимущественно цилиндра низкого давления, содержащей корпус, ротор, рабочие и сопловые лопатки, направляющий аппарат, согласно изобретению, все рабочие и сопловые лопатки выполнены одинаковой длины и разделены поперечными перегородками, образующими верхнюю и нижнюю турбины, причем первым направляющим аппаратом снабжена каждая из этих турбин, дополнительно проточная часть снабжена устройствами подвода пара, одно из которых установлено перед первым направляющим аппаратом нижней турбины, а второе устройство подвода пара - перед первым направляющим аппаратом верхней турбины.

Кроме того, число ступеней верхней турбины может быть уменьшено на одну - две ступени.

На чертеже схематично представлена предлагаемая конструкция проточной части цилиндра низкого давления паровой турбины в разрезе.

Проточная часть цилиндра низкого давления содержит корпус 1, ротор 2 с рабочими лопатками 3. Сопловые лопатки 4 крепятся к корпусу 1. Все рабочие 3 и сопловые 4 лопатки выполнены одинаковой длины и разделены поперечными перегородками 5, 6, образуя верхнюю 7 и нижнюю 8 турбины. Верхняя турбина снабжена первым направляющим аппаратом 9, нижняя турбина снабжена первым направляющим аппаратом 10. Имеются устройства подвода пара 11, 12, одно из которых (11) установлено перед первым направляющим аппаратом 10 нижней турбины 8, а второе (12) - перед первым направляющим аппаратом 9 верхней турбины 8.

Число ступеней верхней турбины 7 может быть уменьшено на одну-две ступени, так как за счет более высоких средних диаметров каждая ступень верхней турбины срабатывает больший перепад энтальпий, чем ступени нижней турбины.

Устройство работает следующим образом. Пар подводится к цилиндру низкого давления с двух противоположных сторон. К первому направляющему аппарату 10 нижней 8 турбины пар поступает через специальное устройство подвода 11 с левой стороны, а к верхней 7 противоточной турбине - через устройство подвода 12 с правой стороны (оба устройства выполнены в виде патрубков). По мере расширения пара происходит раскрытие проточных частей рассматриваемых турбин. В верхней турбине 7 раскрытие направлено в сторону продольной оси, в нижней 8 - к периферии. В результате ограничивающая общую проточную часть совмещенных турбин поверхность имеет цилиндрическую форму.

Основной особенностью нового ЦНД является использование одной и той же рабочей лопатки одновременно в проточных частях двух турбин, при этом в связи с противоположным направлением движения пара весь лопаточный аппарат верхней турбины оказывается развернутым относительно лопаточного аппарата нижней турбины на 180°.

По сравнению с прототипом в данном случае ступени как нижней 8, так и верхней 9 турбин работают в обычных условиях при минимальном уровне добавочных возмущений, а утечки пара через перегородки 5, 6, разделяющие ступени, частично используется в последующих ступенях. В результате суммарный кпд такого противоточного цилиндра окажется примерно на том же уровне, что и у обычного ЦНД, однако существенно выше, чем кпд ЦНД со ступенью Баумана или ЦНД, принятого в качестве прототипа.

Отметим, что в предлагаемом решении суммарный перепад энтальпий в верхней турбине выше, чем перепад энтальпий в нижней турбине и, соответственно, начальные параметры пара перед сопловым аппаратом первой ступени верхней турбины должен быть выше. Если эти параметры, как обычно, фиксированы параметрами пара после цилиндра среднего давления, то для сохранения одинаковых располагаемых перепадов энтальпий в нижней и верхней турбинах число ступеней в верхней турбине может быть сокращено.

Источники информации

1. Щегляев А.В. Паровые турбины. М.: Издательство Энергоатомиздат, 1993.

2. Нишневич В.И., Бакуридзе М.В., Сафонов Л.П., Храбров П.В. Анализ и перспективы применения двухярусных выхлопов в проточных частях низкого давления мощных паровых турбин. Л.: Труды ЦКТИ, 1978, с.46-59.

Проточная часть паровой турбины, преимущественно цилиндра низкого давления, содержит корпус, ротор, рабочие и сопловые лопатки, направляющий аппарат. Все рабочие и сопловые лопатки выполнены одинаковой длины и разделены поперечными перегородками, образующими верхнюю и нижнюю турбины. Каждая из этих турбин имеет независимый первый направляющий аппарат. Проточная часть снабжена устройствами подвода пара, одно из которых установлено перед первым направляющим аппаратом нижней турбины, второе - перед первым направляющим аппаратом верхней турбины. Изобретение позволяет увеличить кпд и мощность турбины при сохранении прежнего количества цилиндров низкого давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Проточная часть паровой турбины, преимущественно цилиндра низкого давления, содержащая корпус, ротор, рабочие и сопловые лопатки, направляющий аппарат, отличающаяся тем, что все рабочие и сопловые лопатки выполнены одинаковой длины и разделены поперечными перегородками, образующими верхнюю и нижнюю турбины, причем каждая из этих турбин имеет независимый первый направляющий аппарат, дополнительно проточная часть снабжена устройствами подвода пара, одно из которых установлено перед первым направляющим аппаратом нижней турбины, второе - перед первым направляющим аппаратом верхней турбины.2. Проточная часть паровой турбины по п.1, отличающаяся тем, что число ступеней верхней турбины может быть уменьшено на одну - две ступени.