ПАРОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2007 года по МПК F01D1/12 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к паровым турбинам малой мощности (от 100 кВт до 10 МВт).

В настоящее время Калужским турбинным заводом выпускаются турбины малой мощности, недостатками которых являются:

- большая металлоемкость и габариты, т.к. турбины многодисковые, что требует большого времени для прогрева турбины перед пусками;

- наличие редуктора, т.к. турбины высокооборотны;

- пожароопасность, т.к. имеют систему масляного охлаждения и смазки подшипников, требуют отдельного помещения и квалифицированного обслуживающего персонала;

- работают только на сухом паре.

Известна и двухступенчатая, со ступенями скорости, паровая турбина Невского завода (П.Н.Шляхтич. Паровые машины. Госэнергоиздат, 1960 г., стр.65).

Турбина этого типа работает также только на сухом паре, имеет сравнительно низкий коэффициент полезного действия (т.к. она только двухступенчатая), сложную систему подвода рабочего тела (пара), а также все вышеперечисленные недостатки турбин малой мощности, выпускаемых Калужским турбинным заводом.

Кроме того, известна также радиальная многовенцовая турбина внутреннего горения (SU 29681 A, МПК 7 F01D 1/12, 1933), принятая в качестве прототипа, содержащая корпус, закрепленный на валу диск с рабочими лопатками, образующими венцы и установленными перпендикулярно плоскости диска с обеих его сторон, аппараты для изменения направления движения рабочего тела, сопла для подвода рабочего тела, выходные патрубки, воздушный компрессор, камеры горения и т.д.

Недостатками этой турбины являются:

- низкий коэффициент полезного действия (т.к. имеют место большие потери в камерах горения через уплотнения, неполное сгорание топлива и т.д.);

- небольшой срок эксплуатации (из-за несовершенных камер горения и т.д.);

- пожароопасность (т.к. работает на горючем топливе);

- сложность в изготовлении и в эксплуатации;

- невозможность срабатывания большого теплоперепада.

В существующих котельных с паровыми котлами, вырабатывающими, как правило, низкопотенциальный пар более высоких параметров, чем требуется для технологических нужд, понижение давления пара до требуемых параметров осуществляется в редукционно-охладительных устройствах посредством дросселирования, где происходит потеря энергии дросселируемого пара при его расширении.

Целью изобретения является использование энергии дросселируемого пара при его расширении («бросовой» энергии) для получения механической энергии, которая используется для прямого привода (т.е. без редуктора) технологического оборудования (вместо электрических двигателей) или генераторов для выработки дешевой электрической энергии посредством паровой турбины, которая устанавливается вместо редукционно-охладительного устройства (или параллельно ему) в котельных.

Задачей изобретения является создание малогабаритной, экономичной, большей мощности и КПД, чем в рассмотренных выше аналогах турбин, однодисковой, двухвенцовой, многоступенчатой турбины, работающей на любом (в т.ч. низкопотенциальном) паре.

Задачей изобретения является создание малогабаритной, экономичной, большей мощности и КПД турбины, однодисковой, двухвенцовой, многоступенчатой турбины, работающей на любом (в т.ч. низкопотенциальном) паре.

Поставленная задача достигается за счет того, что в паровой турбине, содержащей корпус, закрепленный на валу диск с рабочими лопатками, образующими венцы и установленными перпендикулярно плоскости диска с обеих его сторон, аппараты для изменения направления движения рабочего тела, сопла для подвода рабочего тела и выходные патрубки, корпус выполнен с двумя крышками, рабочие лопатки выполнены активными, при этом аппараты для изменения направления движения рабочего тела установлены с обеих сторон диска сверху над активными рабочими лопатками диска и снизу под ними и выполнены в виде поворотно-сопловых диафрагм с профилем поворотной части в виде криволинейного асимметричного конфузора и выходной частью в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона, соответствующим выходному углу рабочих лопаток, причем в одной половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены сверху рабочих лопаток, а выходные патрубки снизу, а во второй половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены снизу рабочих лопаток, а выходные патрубки сверху.

Заявляемая конструкция турбины иллюстрируется чертежами:

на фиг.1 показан общий вид паровой турбины,

на фиг.2 - вид паровой турбины по разрезу А-А.

Предлагаемая малогабаритная, однодисковая, двухвенцовая паровая турбина содержит корпус, состоящий из цилиндра 1 и двух крышек 2, в котором расположен вал 3 с закрепленным на нем диске 4. По окружности диска 4 перпендикулярно его плоскости с обеих его сторон установлены активные рабочие лопатки 5, образующие венцы (венцы - это расположенные одна за другой по окружности диска рабочие лопатки 5). На каждой крышке 2 установлены аппараты (короба) для изменения направления движения рабочего тела (фиг.2), выполненные в виде наружных 6 и внутренних 7 поворотно-сопловых диафрагм, установленных сверху над и снизу под активными рабочими лопатками 5. Профиль поворотной части 8 диафрагм 6 и 7 выполнен в виде криволинейного асимметричного конфузора, а выходной части 9 - в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона, соответствующим входному углу рабочих лопаток 5. Сопла 10 для подвода свежего рабочего тела в одной половине окружности венцов рабочих лопаток 5 расположены сверху рабочих лопаток 5, а выходные патрубки 11 - снизу, а во второй половине окружности венцов рабочих лопаток 5 сопла 10 для подвода свежего рабочего тела расположены снизу рабочих лопаток 5, а выходные патрубки 11 - сверху. Вал 3 с закрепленными на нем диском 4 с рабочими лопатками 5 установлен в подшипниковых корпусах 12.

Паровая турбина работает следующим образом. Подвод свежего рабочего тела (вход пара) к обоим венцам лопаток 5 диска 4 осуществляется сверху для одной половины окружности венцов лопаток 5 и снизу - для второй половины окружности венцов лопаток 5 через сопла 10 под углом, равным входному углу активных рабочих лопаток 5. Рабочее тело, проходя целую группу (сектор) активных рабочих лопаток 5, отдает часть кинетической энергии, которая преобразуется в механическую энергию вращения диска 4. На выходе из рабочих лопаток 5 рабочее тело поступает во внутренние 7 поворотно-сопловые диафрагмы, в поворотной части 8 которых происходят поворот и разгон, а в выходной части 9 - небольшое снижение скорости пара до расчетной величины. Затем рабочее тело вновь поступает на рабочие лопатки 5 диска 4, где оно снова отдает часть энергии группе рабочих лопаток 5 и поступает в наружные 6 поворотно-сопловые диафрагмы, где происходят также его поворот, разгон и затем небольшое снижение скорости до расчетной. После этого рабочее тело повторно подается на рабочие лопатки 5 диска 4, отдает им часть энергии и поступает на следующую пару внутренних 7 поворотно-сопловых диафрагм. Такой повторный подвод пара к рабочим лопаткам 5 диска 4 в пределах паровой турбины выполняется несколько раз. Количество повторных подводов (ступеней) рабочего тела определяется конструктивными и технологическими параметрами турбины. Отработанное рабочее тело (пар) выходит через выходные патрубки 11, расположенные напротив каждой половины венцов лопаток 5 в направлении, противоположном входящим соплам 10. Точно так же происходит работа и во втором контуре венцов лопаток 5 диска 4. Рабочее тело, многократно проходя через лопатки 5 обоих венцов диска 4, вращает диск 4 с валом 12 и через муфту 13 вращает соединенный с ней агрегат (генератор, сетевой насос, вентилятор и т.п.).

В результате многократного прохождения рабочего тела через рабочие лопатки 5 венцов диска 4 обеспечивается срабатывание большого теплоперепада рабочего тела (например, 13 бар на входе и до 1.2 бар на выходе). Это значительно повышает коэффициент полезного действия паровой турбины.

Кроме того, расположив активные рабочие лопатки 5 перпендикулярно диску 4, стало возможным увеличить их длину, повысив тем самым мощность паровой турбины.

Паровая турбина работает на любом (в том числе и низкопотенциальном) паре (от 40 до 1,2 атм), позволяет использовать энергию дросселируемого пара при его расширении («бросовой» энергии) для получения механической энергии, которая используется для прямого привода (т.е. без редуктора) технологического оборудования (вместо электрических двигателей). Таким образом, турбина может быть использована в качестве малогабаритного привода насосов, вентиляторов, дымососов и т.д., непосредственно в паровых котельных или в качестве привода электрических генераторов мощностью до 10 Мвт для получения дешевой электрической энергии посредством паровой турбины, которая устанавливается вместо редукционно-охладительного устройства (или параллельно ему) в котельных.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к паровым турбинам малой мощности, применяемым в качестве двигателей генераторов, насосов и вентиляторов. Паровая турбина содержит корпус с двумя крышками, закрепленный на валу диск с активными рабочими лопатками, аппараты для изменения направления движения рабочего тела, сопла для подвода рабочего тела и выходные патрубки. Рабочие лопатки образуют венцы и установлены перпендикулярно плоскости диска с обеих его сторон. Аппараты для изменения направления движения рабочего тела установлены с обеих сторон диска сверху над активными рабочими лопатками диска и снизу под ними. Аппараты для изменения направления движения рабочего тела выполнены в виде поворотно-сопловых диафрагм с профилем поворотной части в виде криволинейного ассиметричного конфузора и выходной частью в виде прямолинейного ассиметричного диффузора с углом наклона, соответствующим входному углу рабочих лопаток. В одной половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены сверху рабочих лопаток, а выходные патрубки снизу. Во второй половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены снизу рабочих лопаток, а выходные патрубки - сверху. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия и мощность турбины. 2 ил.

Паровая турбина, содержащая корпус, закрепленный на валу диск с рабочими лопатками, образующими венцы и установленными перпендикулярно плоскости диска с обеих его сторон, аппараты для изменения направления движения рабочего тела, сопла для подвода рабочего тела и выходные патрубки, отличающаяся тем, что корпус выполнен с двумя крышками, рабочие лопатки выполнены активными, при этом аппараты для изменения направления движения рабочего тела установлены с обеих сторон диска сверху над активными рабочими лопатками диска и снизу под ними и выполнены в виде поворотно-сопловых диафрагм с профилем поворотной части в виде криволинейного асимметричного конфузора и выходной частью в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона, соответствующим входному углу рабочих лопаток, причем в одной половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены сверху рабочих лопаток, а выходные патрубки снизу, а во второй половине окружности венцов рабочих лопаток сопла для подвода рабочего тела расположены снизу рабочих лопаток, а выходные патрубки сверху.