СПОСОБ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ (ВАРИАНТЫ) И МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2008 года по МПК F01D25/26 

Предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способам для модернизации паровых турбин и к модернизированным паровым турбинам. В особенности, настоящее изобретение относится к способам для замены пути для пара большого диаметра, например, в основном, с конструкцией реактивной ступени, на путь для пара меньшего диаметра, например, в основном, с конструкцией активной ступени, в то же время в модернизированной турбине остаются определенные части компонентов, включая наружный корпус первоначальной турбины.

В технологии паровой турбины преобладают две различные конструкции пути для пара. В конструкциях турбины с реактивной ступенью часть, например, примерно 50% перепада давления на ступени происходит на вращающихся лопатках, при этом увеличивается скорость пара, и энергия передается лопаткам посредством реакции, а также передачи импульса. В конструкциях турбины с активной ступенью теоретически весь перепад давления на ступени превращается в скорость в соплах. Перепада давления не происходит на вращающихся лопатках, которые изменяют направление пара и поглощают энергию посредством передачи импульса.

Механические конструкции с колесом и с диафрагмой являются типичными для конструкции активной ступени пути для пара, в то время как конструкция барабанного типа характеризует конструкции реактивной ступени пути для пара. Необходимо оценить, однако, что конструкция активной ступени может эксплуатироваться либо с конструкцией с колесом и диафрагмой, либо с конструкцией барабанного типа. Значительные усовершенствования в конструкции и эффективности паровых турбин привели в результате к повышению реакции хвостовика конструкции активной ступени без значительного повышения реакции ступени (см., например, патенты США №3592557 и №6305901). Таким образом, повышенная эффективность паровой турбины имеет место при увеличенной реакции конструкции активной ступени, но при этом величина реакции значительно меньше, чем в конструкции реактивной ступени. Существуют значительные различия в размерах и конструкции пути для пара с этой усовершенствованной конструкцией активной ступени по сравнению с путем для пара с конструкцией реактивной ступени. Например, усовершенствованная конструкция активной ступени в сочетании с меньшими диаметром хвостовика и длиной лопатки приводит в результате к тому, что соответствующие размеры, используемые в конструкции реактивной ступени, на порядок, примерно на 50%, меньше. Таким образом, усовершенствованная конструкция активной ступени пути для пара имеет внутренний корпус гораздо меньшего диаметра, чем соответствующий диаметр внутреннего корпуса конструкции реактивной ступени пути для пара. Конструкция активной ступени пути для пара типично имеет меньший диаметр наружного корпуса. Несмотря на эти различия в размерах и конструкции требуется модернизировать паровые турбины, имеющие существующие типы реактивной ступени пути для пара, посредством усовершенствованной конструкции активной ступени пути для пара для создания модернизированной турбины с большей эффективностью.

Краткое описание изобретения

В соответствии с предпочтительным конструктивным исполнением настоящего изобретения предусмотрены способы для модернизации пути для пара большего диаметра, например того, который является типичным представителем конструкции реактивной ступени пути для пара, на путь для пара меньшего диаметра, например на тот, который характеризуется усовершенствованной и более эффективной конструкцией активной ступени пути для пара. Нужно оценить, что в то время, когда ротор и внутренний корпус меньшего диаметра, характеризующие усовершенствованную конструкцию активной ступени пути для пара, заменяют соответствующие внутренние части конструкции реактивной ступени пути для пара, остается потребность использования наружного корпуса существующей турбины с путем для пара с усовершенствованной конструкцией активной ступени, а также других компонентов. То есть чтобы просто заменить путь для пара с конструкцией реактивной ступени на путь для пара с усовершенствованной конструкцией активной ступени, потребуется неудобная конструкция внутреннего корпуса с длинными толстыми опорными выступами для того, чтобы разместить больший наружный корпус существующей турбины. Толстые выступы будет трудно отливать, и они могут создать в результате чрезмерные термические напряжения во время нагрева и охлаждения модернизированного пути для пара. Соответственно, настоящее изобретение предусматривает устройство сопряжения между замененным путем для пара с усовершенствованной конструкцией активной ступени и наружным корпусом турбины, который ранее являлся корпусом пути для пара с конструкцией реактивной ступени. Устройство сопряжения также дает возможность удерживать осевое, вертикальное и радиальное размещение, в то же время сохраняя толщину внутреннего корпуса минимальной, чтобы избежать термических напряжений в продолжение переходных процессов.

Для того чтобы модернизировать путь для пара с конструкцией реактивной ступени посредством пути для пара с конструкцией активной ступени в соответствии с предпочтительным конструктивным исполнением настоящего изобретения, внутренний корпус и ротор конструкции реактивной ступени удаляют и заменяют внутренним корпусом и ротором усовершенствованной конструкции активной ступени. В связи с наличием зазора между наружным корпусом первоначальной турбины и внутренним корпусом замененного пути для пара с конструкцией активной ступени устройство сопряжения или деталь-перемычка предусмотрены между новым внутренним корпусом и старым наружным корпусом. В частности, половины несущей секции или кольца вставляются между новым внутренним корпусом и первоначальным наружным корпусом и дают возможность уменьшить диаметр пути для пара для помещения в наружный корпус турбины, ранее имевшей больший диаметр пути для пара.

В предпочтительном конструктивном исполнении в соответствии с настоящим изобретением предусмотрен способ модернизации первой паровой турбины, имеющей наружный корпус, включающий пару из верхней и нижней половин наружного корпуса и первый путь для пара первого диаметра в части, определенной первым внутренним корпусом и первым ротором, для того чтобы создать модернизированную вторую паровую турбину, содержащий стадии: (а) удаляют верхнюю половину наружного корпуса, первый внутренний корпус и первый ротор из нижней половины наружного корпуса первой турбины, (b) вставляют нижнюю несущую секцию в нижнюю половину наружного корпуса, (с) предусматривают второй ротор и второй внутренний корпус в части, определяющей второй путь для пара второго диаметра, меньшего, чем первый диаметр первого пути для пара, (d) размещают нижнюю половину внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса внутри нижней несущей секции, (е) размещают второй ротор в нижней половине внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса; (f) размещают верхнюю половину внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса вокруг второго ротора; (g) размещают верхнюю несущую секцию вокруг верхней половины внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса; и (h) прикрепляют верхнюю половину наружного корпуса к нижней половине наружного корпуса первой турбины, тем самым создавая модернизированную вторую паровую турбину, имеющую уменьшенный диаметр второго пути для пара. При этом первая турбина содержит путь для двойного потока пара, имеющий центральный вход для пара, проходящего по оси в противоположных направлениях через съемные первую и вторую отдельные, разделенные промежутком по оси, секции турбины первой турбины. Причем в случае, когда верхняя и нижняя несущие секции содержат половины несущих секций, соответственно, способ согласно изобретению включает прикрепление верхней половины несущей секции и нижней половины несущей секции друг к другу.

В дополнительном предпочтительном конструктивном исполнении в соответствии с настоящим изобретением предусмотрен способ модернизации первой паровой турбины, имеющей первый путь для пара по существу с конструкцией реактивной ступени, для того чтобы создать вторую турбину, имеющую второй путь для пара по существу с конструкцией активной ступени, содержащий стадии: (а) удаляют первый внутренний корпус и первый ротор, образующие часть первого пути для пара по существу с реактивной ступенью первой турбины, из наружного корпуса конструкции первой турбины; и (b) располагают в наружном корпусе первой турбины путь для пара, имеющий конструкцию активной ступени второй турбины, включающую второй внутренний корпус и второй ротор, причем указанная несущая секция размещена между вторым внутренним корпусом и наружным корпусом первой турбины для того, чтобы перекрыть зазор между ними.

В дополнительном предпочтительном конструктивном исполнении в соответствии с настоящим изобретением предусмотрена модернизированная турбина, содержащая внутренний корпус, окружающий ротор и определяющий путь для пара, наружный корпус, окружающий внутренний корпус и ротор; и конструктивную деталь-перемычку между наружным и внутренним корпусами, чтобы перекрыть зазор между корпусами. Причем турбина содержит путь для двойного потока пара, имеющий центральный вход для пара и пару разделенных промежутком по оси секций турбины с противоположных сторон от указанного входа, причем половина верхней несущей секции включает пару размещенных с промежутком по оси верхних несущих половин, в основном радиально фиксированных к соответствующим секциям турбины, и нижняя половина нижней несущей секции включает пару размещенных с промежутками по оси нижних несущих половин, в основном радиально фиксированных к соответствующим секциям турбины.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой фрагментарное поперечное сечение части паровой турбины с двойным потоком в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.2 представляет собой вид в поперечном сечении паровой турбины по фиг.1, на котором показаны пунктирными линиями части, удаленные из турбины для того, чтобы облегчить модернизацию паровой турбины по фиг.1 в соответствии с предпочтительным конструктивным исполнением по настоящему изобретению.

Фиг.3-8 изображают различные стадии модернизации паровой турбины по фиг.1.

Фиг.9 представляет собой вид, аналогичный фиг.1, на котором показана модернизированная паровая турбина.

Фиг.10 представляет собой перспективный вид модернизированной паровой турбины в соответствии с настоящим изобретением с удаленным верхним наружным корпусом.

Подробное описание изобретения

На чертежах, в особенности на фиг.1 и 2, показана паровая турбина, в целом обозначенная как 10, включающая ротор 12, на котором смонтированы лопатки или лопасти 13 турбины, внутренний корпус 14, несущий лопатки 15 статора, и наружный корпус 16, включающий верхнюю и нижнюю половины 17 и 19 наружного корпуса соответственно (фиг.2). Паровая турбина 10 относится к типу турбин с двойным потоком, в которых поток пара, входящий через радиальные входные отверстия, изменяется на, в основном, осевой поток и проходит в противоположных направлениях вдоль пути для пара, как показано стрелками 18. Паровая турбина 10 представляет собой турбину типа с реактивной ступенью, имеющую конструкцию ротора барабанного типа, как схематически изображено. В основном, ступени реактивного типа паровой турбины имеют значительную радиальную длину от диаметра хвостовиков лопаток до наружных кончиков лопаток по сравнению с аналогичным размером для конструкции турбины с активной ступенью. Нужно оценить, что ротор образован из сплошного выполненного за единое целое удлиненного вала, который проходит вдоль противоположных секций турбины с двойным потоком, например вдоль противоположных первой и второй секций турбины, показанных как 22 и 24. Дополнительно, внутренний корпус 14 содержит верхнюю половину 21 внутреннего корпуса и нижнюю половину 23 внутреннего корпуса (фиг.2), типично скрепленных вместе болтами. Далее наружный корпус 16 типично содержит верхнюю половину наружного корпуса и нижнюю половину наружного корпуса, полностью охватывающие внутренний корпус, причем половины корпуса прикреплены болтами одна к другой.

Нужно оценить, что путь для пара по определению включает ротор, лопатки ротора и внутренний корпус, несущий лопатки статора. Соответственно, путь 26 для пара турбины реактивного типа, показанный на фиг.1, включает ротор 12, лопатки 13, внутренний корпус 14 и лопатки 15 статора. Было обнаружено, что желательно модернизировать паровую турбину 10 (типа с реактивной ступенью) посредством новой усовершенствованной конструкции пути для пара, в основном, активного типа, но которая также имеет увеличенную реактивную ступень. Этот усовершенствованный путь для пара имеет по существу уменьшенный диаметр по сравнению с путем для пара реактивной паровой турбины по известному уровню техники, показанной на фиг.1. Сочетание диаметра хвостовика и длины лопатки до ее кончика обеспечивает диаметр пути для пара гораздо меньший, чем диаметр пути для пара турбины по известному уровню техники, например, на порядок примерно 50%. Как отмечено ранее, модернизация паровой турбины 10 посредством пути для пара меньшего диаметра потребует радиального расширения внутреннего корпуса, чтобы перекрыть зазор между наружным корпусом и путем для пара. Различия в размерах и конструкции путей для пара приводят в результате к тому, что внутренний корпус имеет гораздо меньший наружный диаметр, чем внутренний диаметр наружного корпуса. Конструкция толстого внутреннего корпуса для того, чтобы перекрыть зазор между наружным корпусом первоначальной паровой турбины и ее путем для пара, приводит в результате к чрезмерным термическим напряжениям в продолжение нагрева и охлаждения пути для пара.

В соответствии с предпочтительным конструктивным исполнением по настоящему изобретению предусмотрена прокладка или несущий элемент между внутренним корпусом и наружным корпусом. Прокладка или несущий элемент дает возможность сохранять осевое и радиальное размещение, в то время как толщина внутреннего корпуса сохраняется минимальной, требуемой для пути для пара с усовершенствованной по существу конструкцией активной паровой турбины.

Обратимся к фиг.9, на которой изображена модернизированная турбина, в целом обозначенная 28, использующая усовершенствованный путь для пара, причем здесь предусмотрена конструкция турбины, в которой сохраняется приемлемая толщина внутреннего корпуса усовершенствованного пути для пара, в то же время имеется возможность модернизировать путь для пара в наружном корпусе 16 первоначальной паровой турбины 10. В основном, усовершенствованная конструкция турбины включает ротор 30, на котором смонтированы лопатки или лопасти 31 ротора, внутренний корпус 32, содержащий верхнюю и нижнюю половины 34 и 36 внутреннего корпуса, и смонтированные лопатки 33 статора, несущую секцию или конструктивную деталь-перемычку 37, включающую, по меньшей мере, пару из верхней и нижней половин 38 и 40 несущей секции соответственно, и наружный корпус, содержащий наружный корпус 16 турбины 10 по известному уровню техники, включающий верхнюю и нижнюю половины 17, 19 корпуса соответственно. Модернизированная турбина 28 включает усовершенствованный путь для пара, в целом обозначенный 44, включающий ротор 30, лопатки или лопасти 31 ротора, внутренний корпус 32 и лопатки 33 статора. Модернизированная паровая турбина 28 может быть типа с двойным потоком, в которой пар проходит в противоположных направлениях, как показано стрелками 45, через первую и вторую секции 46 и 48 турбины соответственно, хотя настоящее изобретение может быть использовано в тех типах турбин, которые отличаются от турбин с двойным потоком.

Модернизация паровой турбины 10 посредством пути 44 для пара производится, как показано на фиг.2-8. На фиг.2 паровая турбина 10 показана в поперечном сечении, которое иллюстрирует способ замены пути 26 для пара на путь 44 для пара. Сначала удаляется верхняя половина 17 наружного корпуса из наружного корпуса 16 первоначальной паровой турбины 10. Затем удаляется верхняя половина 21 внутреннего корпуса из внутреннего корпуса 14.

Путем удаления верхней, наружной и внутренней половин корпуса ротор 12 открывается и удаляется из турбины. Нижняя половина 23 внутреннего корпуса затем удаляется из нижней половины 19 наружного корпуса. Удаленные части показаны на фиг.2 пунктирными линиями, причем нижняя половина 19 наружного корпуса остается как стартовая площадка для того, чтобы вставить путь 44 для пара.

Для того чтобы установить новый путь 44 для пара, нижняя несущая секция 40 размещается в нижней половине 19 наружного корпуса турбины 10, как показано на фиг.3. В показанном примере, поскольку модернизированная турбина будет того же типа с двойным потоком, как и первоначальная турбина 10, две нижние несущие секции 40 размещены в нижнем наружном корпусе 19 турбины 10 в разделенных промежутком по оси положениях, в основном, совпадающих с расположением по оси первой и второй секций 22 и 24 турбины 10. Затем нижняя половина 36 внутреннего корпуса, включающая лопатки 33 статора пути 44 для пара, опускается в нижние несущие секции 40, как показано на фиг.4. Ротор 30, как показано на фиг.5, пути 44 для пара затем опускается в этот узел. После центровки ротора и других мероприятий по обслуживанию для подготовки к окончательной сборке верхняя половина 34 внутреннего корпуса монтируется на нижнюю половину 36 корпуса путем прикрепления болтами половин корпуса друг к другу, как показано на фиг.6. Две несущие верхние половины 38 затем собираются вокруг верхней половины 34 внутреннего корпуса и прикрепляются болтами к нижним несущим половинам 36 для образования жесткой сборки. Установочные ключи, непоказанные, используются для размещения внутреннего корпуса 32 относительно несущих секций 38 и 40 и несущих секций относительно наружного корпуса 16. Верхняя половина 17 наружного корпуса паровой турбины 10 затем монтируется и прикрепляется болтами к нижней половине 19 наружного корпуса, как показано на фиг.8. Следовательно, несущие секции 38 и 40 образуют устройство сопряжения между внутренним диаметром наружного корпуса 16 первоначальной паровой турбины 10 и наружным диаметром внутреннего корпуса 32, образуя часть пути 44 для пара. Модернизированная турбина частично показана на фиг.10, но при этом верхний наружный корпус удален в целях иллюстрации.

Хотя изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным конструктивным исполнением, очевидно, что изобретение не ограничено этим исполнением, но наоборот, оно охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, включенные в сущность и объем прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Изобретение предназначено для модернизации паровых турбин. Первая паровая турбина с конструкцией реактивной ступени модернизирована для того, чтобы образовать вторую турбину с конструкцией по существу активной ступени с использованием компонентов, общих с первой турбиной. Для того чтобы модернизировать новый путь для пара в первой турбине, верхние наружный и внутренний корпуса и ротор первой турбины удаляются, причем остается нижний наружный корпус. Нижняя несущая секция устанавливается на нижний наружный корпус. Нижний внутренний корпус, образующий часть нового пути для пара, устанавливается в нижнее несущее кольцо. Устанавливается ротор, образующий часть нового пути для пара. Верхний внутренний корпус прикрепляется болтами к нижнему внутреннему корпусу, окружая ротор, и верхняя несущая секция прикрепляется болтами к нижней несущей секции. В конце концов, верхний наружный корпус прикрепляется болтами к нижнему наружному корпусу. Следовательно, новый путь для пара уменьшенного диаметра модернизируется внутри первоначальной турбины с использованием наружного корпуса первоначальной турбины. Такие способы и устройство позволят повысить эффективность модернизированной турбины. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ модернизации первой паровой турбины (10), имеющей наружный корпус (16), включающий пару из верхней и нижней половин (17, 19) наружного корпуса, и первый путь (18) для пара первого диаметра в части, определенной первым внутренним корпусом (14) и первым ротором (12), для того, чтобы создать модернизированную вторую паровую турбину (28), содержащий следующие стадии: a) удаляют верхнюю половину (17) наружного корпуса, первый внутренний корпус (14) и первый ротор (12) из нижней половины (19) наружного корпуса первой турбины; b) вставляют нижнюю несущую секцию (40) в нижнюю половину наружного корпуса; c) используют второй ротор (30) и второй внутренний корпус (32) в части, определяющей второй путь (44) для пара второго диаметра, меньшего, чем первый диаметр первого пути для пара; d) размещают нижнюю половину (36) внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса внутри нижней несущей секции; e) размещают второй ротор в нижней половине внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса; f) размещают верхнюю половину (34) внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса вокруг второго ротора; g) размещают верхнюю несущую секцию (38) вокруг верхней половины внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса и h) прикрепляют верхнюю половину (17) наружного корпуса к нижней половине (19) наружного корпуса первой турбины, тем самым создавая модернизированную вторую паровую турбину, имеющую уменьшенный диаметр второго пути для пара.2. Способ по п.1, включающий прикрепление верхней половины (34) внутреннего корпуса и нижней половины (36) внутреннего корпуса второго внутреннего корпуса друг к другу.3. Способ по п.1, в котором верхняя и нижняя несущие секции содержат половины (38, 40) несущих секций, соответственно, который включает прикрепление верхней половины несущей секции и нижней половины несущей секции друг к другу.4. Способ по п.1, в котором первая турбина содержит путь для двойного потока пара, имеющий центральный вход для пара, проходящего по оси в противоположных направлениях через съемные первую и вторую отдельные, разделенные промежутком по оси секции турбины (22, 24) первой турбины, в котором стадия (b) включает установку отдельных нижних несущих секций (40) в нижнюю половину (19) наружного корпуса в разделенные промежутком по оси места вдоль него, в основном соответствующие местам по оси удаленных первой и второй отдельных секций турбины, и стадия (g) включает размещение отдельных, разделенных промежутком по оси верхних несущих секций (38) вокруг верхней половины внутреннего корпуса (34) второго внутреннего корпуса при фиксировании с нижними несущими секциями.5. Способ по п.1, включающий выполнение стадий (a), (b), (d), (e), (f), (g), (h) последовательно.6. Способ модернизации первой паровой турбины (10), имеющей первый путь (18) для пара по существу с конструкцией реактивной ступени, для того, чтобы создать вторую турбину (28), имеющую второй путь (44) для пара по существу с конструкцией активной ступени, содержащий следующие стадии: удаляют первый внутренний корпус (14) и первый ротор (12), образующие часть первого пути для пара по существу с реактивной ступенью первой турбины, из наружного корпуса (16) конструкции первой турбины; и располагают в наружном корпусе (16) первой турбины путь (44) для пара, имеющий конструкцию активной ступени второй турбины (28), включающей второй внутренний корпус (34, 36) и второй ротор (30), причем указанная несущая секция размещена между вторым внутренним корпусом и наружным корпусом первой турбины для того, чтобы перекрыть зазор между ними.7. Модернизированная турбина, содержащая внутренний корпус (34, 36), окружающий ротор и определяющий путь (44) для пара; наружный корпус (16), окружающий внутренний корпус и ротор (30); и конструктивную деталь-перемычку (37) между внутренним и наружным корпусами, перекрывающую зазор между корпусами.8. Турбина по п.7, в которой внутренний корпус включает верхнюю и нижнюю половины (34, 36) внутреннего корпуса, и наружный корпус включает верхнюю и нижнюю половины (17, 19) корпуса, причем указанная деталь-перемычка включает верхнюю половину (38) несущей секции между верхними половинами внутреннего и наружного корпусов и нижнюю половину (40) несущей секции между нижними половинами внутреннего и наружного корпусов.9. Турбина по п.8, в которой указанная турбина содержит путь для двойного потока пара, имеющий центральный вход для пара и пару разделенных промежутком по оси секций (22, 24) турбины с противоположных сторон от указанного входа, причем половина верхней несущей секции включает пару размещенных с промежутком по оси верхних несущих половин (38), в основном радиально фиксированных к соответствующим секциям турбины, и нижняя половина нижней несущей секции (40) включает пару размещенных с промежутками по оси нижних несущих половин, в основном радиально фиксированных к соответствующим секциям турбины.