ПАРОВАЯ ТУРБИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F01D25/00 

Настоящее изобретение относится к паровой турбине, КПД которой можно повысить с использованием корпуса турбины, а также к способу модифицирования турбины.

На фиг.9 показано сечение обычной паровой турбины.

Корпус 1 турбины содержит сопловую коробку 2, в которой находится сопло 10а турбины, и держатель 8 сопла, удерживающий сопла 10b турбины, расположенные в нижней по потоку ступени сопла 10а турбины. Подвижная лопатка 5 установлена на роторе 4. Между корпусом 1 турбины и ротором 4 расположен герметизирующий кожух 3, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора 4.

Основной пар из входа 21 турбины проходит через сопло 10а турбины и затем - через сопла 10b турбины. Пар попадает на подвижную лопатку, и ротор 4 вращается. В это время часть пара, прошедшего по соплу 10а турбины, просачивается из зазора 22 между ротором 4 и сопловой коробкой 2 в зазор между сопловой коробкой 2 и корпусом 1 турбины. Затем часть пара просачивается в зазор 24 между сопловой коробкой 2, корпусом 1 турбины и держателем 8 сопла.

На фиг.10 показано сечение обычной паровой турбины, имеющей ступень Кертиса.

Корпус 51 турбины имеет держатель 67 лопатки статора, удерживающий лопатку 66 статора. Подвижная лопатка 55 установлена на роторе 54. Между корпусом 51 турбины и ротором 54 установлен герметизирующий кожух 53, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора. Две ступени подвижных лопаток 55а и 55b установлены на первой ступени ниже по потоку сопла 60 турбины, и между подвижными лопатками установлена лопатка 66 статора.

Основной пар из входа 31 проходит в турбину через сопло 60 турбины и попадает на две подвижные лопатки 55а и 55b, и ротор 54 вращается. Лопатка 66 статора изменяет направление пара, и она не действует как сопло для снижения давления и ускорения пара.

Ступенью Кертиса является ступень, состоящая из двух рядов подвижных лопаток, которые снижают нагрузку подвижных лопаток первой ступени, и из лопатки статора, которая изменяет направление пара и не действует в качестве сопла (см. публикацию заявки на патент Японии №6-235304).

При модифицировании паровой турбины: у обычной паровой турбины согласно фиг.9 трудно повысить расход, температуру и давление пара на входе в турбину из-за соображений конструкции и прочности материала корпуса турбины. Поэтому при модифицировании обычно заменяют паровую турбину вместе с корпусом турбины. Следствием этого являются повышенные расходы и значительный срок доставки.

У паровой турбины с обычной ступенью Кертиса согласно фиг.10 трудно повысить расход, температуру и давление пара на входе в турбину из-за соображений конструкции и прочности материала, в результате чего имеет место проблема низкого КПД.

Целью настоящего изобретения является создание паровой турбины, КПД которой можно повысить с использованием существующего корпуса турбины.

Для достижения указанной цели согласно изобретению создана паровая турбина, содержащая корпус турбины; ротор; герметизирующий кожух между корпусом турбины и ротором, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора; сопловую коробку, установленную внутри корпуса турбины; и блокирующую пластину, установленную между сопловой коробкой и герметизирующим кожухом и герметизирующую пар, протекший из зазора между сопловой коробкой и ротором.

Предпочтительно паровая турбина дополнительно содержит держатель сопла, установленный внутри корпуса турбины и удерживающий сопло турбины на второй ступени и после нее; причем держатель сопла имеет канал пара для соединения части, находящейся в любой точке после второй ступени, и пространства, образованного корпусом турбины, держателем сопла и сопловой коробкой.

Кроме того, согласно изобретению создана паровая турбина, имеющая ступень Кертиса и содержащая корпус турбины и ротор, при этом лопатка статора ступени Кертиса заменена соплом турбины.

Предпочтительно паровая турбина дополнительно содержит блокирующую пластину, установленную между соплом турбины и герметизирующим кожухом и герметизирующую пар, протекший из зазора между соплом турбины и ротором.

Предпочтительно блокирующая пластина разделена на две или более части и собрана при монтаже.

Предпочтительно блокирующая пластина имеет механическое уплотнение.

Предпочтительно сопло турбины и подвижная лопатка, соответствующая соплу турбины, добавлены на нижней по потоку стороне замененного сопла турбины.

Кроме того, согласно настоящему изобретению создана паровая турбина, содержащая корпус турбины; ротор; герметизирующий кожух между корпусом турбины и ротором, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора; и сопловую коробку, установленную внутри корпуса турбины, причем подвижная лопатка первой ступени заменена на лопатку с меньшим диаметром начальной окружности, и держатель сопла заменен внутренним кожухом, выполненным с возможностью прикрепления для контактирования с верхней по потоку частью корпуса турбины.

Предпочтительно внутренний кожух и герметизирующий кожух выполнены за одно целое.

Предпочтительно сопловая коробка заменена сопловой диафрагмой.

Предпочтительно внутренний кожух дополнительно содержит сопло турбины, и ротор дополнительно содержит подвижную лопатку, соответствующую соплу турбины.

Таким образом, согласно изобретению лопатка статора паровой турбины, имеющей ступень Кертиса, может быть заменена соплом, а КПД паровой турбины повышен с использованием корпуса турбины известного уровня техники, а также повышено давление пара на входе в паровую турбину.

Кроме того, согласно изобретению подвижная лопатка первой ступени заменена лопаткой с меньшим диаметром начальной окружности, обеспечен охватываемый корпус, и КПД паровой турбины повышен с использованием корпуса турбины известного уровня техники, а также повышено давление пара на входе в паровую турбину.

Дополнительные цели и преимущества изобретения станут очевидными после прочтения подробного описания изобретения. При этом цели и преимущества изобретения могут быть реализованы любыми средствами и комбинациями, раскрытыми ниже.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид в сечении паровой турбины согласно первому варианту осуществления изобретения;

Фиг.2 - вид в сечении паровой турбины согласно второму варианту осуществления изобретения;

Фиг.3 - вид в сечении паровой турбины согласно третьему варианту осуществления изобретения;

Фиг.4 - вид в сечении паровой турбины согласно четвертому варианту осуществления изобретения;

Фиг.5 - вид в сечении паровой турбины согласно пятому варианту осуществления изобретения;

Фиг.6 - вид в сечении паровой турбины согласно шестому варианту осуществления изобретения;

Фиг.7 - вид в сечении паровой турбины согласно седьмому варианту осуществления изобретения;

Фиг.8 - вид в сечении паровой турбины согласно восьмому варианту осуществления изобретения;

Фиг.9 - вид в сечении обычной паровой турбины;

Фиг.10 - вид в сечении паровой турбины, имеющей обычную ступень Кертиса.

Далее будет описан наилучший вариант осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 показывает вид в сечении паровой турбины согласно первому варианту осуществления изобретения.

Корпус 1 турбины содержит сопловую коробку 2, содержащую сопло 10а турбины; и держатель 8 сопла, удерживающий сопла 10b турбины, расположенные ниже по потоку сопла 10а турбины. Подвижная лопатка 5 установлена на роторе 4. Между корпусом 1 турбины и ротором 4 расположен герметизирующий кожух 3, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора 4. На фиг.1 ссылочной позицией 21 обозначен вход 21 в турбину.

Блокирующая пластина 6 расположена вертикально относительно потока пара между сопловой коробкой 2 и герметизирующим кожухом 3 и прикреплена к герметизирующему кожуху 3, например, сваркой. Блокирующая пластина выполнена, например, из нержавеющей стали и имеет круглую форму.

В такой паровой турбине основной пар, поступающий из входа 21 в турбину, проходит через сопло 10а турбины и затем - через сопла 10b турбины. Пар попадает на подвижную лопатку 5, и ротор 4 вращается.

Блокирующая пластина предотвращает контакт части пара, протекшего через сопло 10а турбины, с корпусом 1 турбины через зазор 22 между сопловой коробкой 2 и ротором 4 и предотвращает утечку в зазор 23 и зазор 24.

Таким образом напряжение, действующее на корпус 1 турбины, снижается, даже если повышено давление пара на входе, и корпус 1 турбины известного уровня техники сможет работать с повышенным давлением пара, тем самым повышая КПД турбины. Помимо этого при использовании корпуса 1 турбины известного уровня техники можно сократить срок модифицирования турбины.

Блокирующую пластину 6, прикрепленную к герметизирующему кожуху 3, можно прикрепить к сопловой коробке 2.

На фиг.2 показано сечение паровой турбины согласно второму варианту осуществления изобретения. Механическое уплотнение 7, подобное сальниковой набивке, предусмотрено в зазоре между блокирующей пластиной 6 и сопловой коробкой 2. За исключением механического уплотнения 7 в данном случае компоненты являются теми же, что и в паровой турбине согласно фиг.1, и они имеют те же ссылочные позиции, что и на фиг.1. Подробное описание аналогичных компонентов не приводится.

Механическое уплотнение улучшает герметичность, а также предотвращает контакт протекшего пара с корпусом 1 турбины.

На фиг.3 показано сечение паровой турбины согласно третьему варианту осуществления изобретения. Блокирующая пластина 6 прикреплена к сопловой коробке 2, и в зазоре между блокирующей пластиной 6 и герметизирующим кожухом используется механическое уплотнение 7.

На фиг.4 показано сечение паровой турбины согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

Корпус 1 турбины содержит держатель 38 сопла, удерживающий сопла 10b турбины, находящиеся ниже по потоку сопла 10а турбины. Внутри держателя 38 сопла выполнен канал 9 для пара, соединяющий расположенную после второй ступени часть с пространством между корпусом 1 турбины, держателем 38 сопла и сопловой коробкой 2. За исключением держателя 38 сопла и канала 9 для пара в данном случае компоненты являются теми же, что и в паровой турбине согласно фиг.1, и имеют те же ссылочные позиции, что и на фиг.1. Подробное описание аналогичных компонентов не приводится.

Пар высокого давления из зазора 24 проходит по каналу 9 для пара в ту часть, которая расположена после второй ступени.

Канал 9 для пара в еще большей степени снижает давление, действующее на корпус 1 турбины.

Несмотря на то, что канал 9 для пара соединен с расположенной после второй ступени частью, к нему можно подключиться в любой точке после второй ступени.

Блокирующую пластину 6, прикрепленную к герметизирующему кожуху 3, можно прикрепить к сопловой коробке 2.

Блокирующую пластину 6 согласно первому - четвертому вариантам осуществления изобретения можно разделить на две или более части, подобные половине кольца или четверти кольца, и собрать в виде круга при монтаже.

На фиг.5 показано сечение паровой турбины согласно пятому варианту осуществления изобретения.

Чтобы обеспечить пространство для внутреннего кожуха 11, подвижная лопатка 405 первой ступени и ее заделываемая часть заменены лопаткой с меньшим диаметром начальной окружности. Сопловая коробка 402 установлена вблизи ротора 404. Держатель сопла заменен внутренним кожухом 11. Внутренний кожух 11 установлен таким образом, что он закрывает сопловую коробку 402 и контактирует с верхней по потоку частью корпуса 1 турбины. Внутренний кожух 11 и корпус 1 турбины соединены соединением 12. За исключением подвижной лопасти 405, ротора 404, сопловой коробки 402 и внутреннего кожуха 11 в данном случае компоненты являются теми же, что и в обычной паровой турбине согласно фиг.9, и они имеют те же ссылочные позиции, что и на фиг.9. Подробное описание аналогичных компонентов не приводится.

Так как диаметр начальной окружности подвижной лопатки 405 первой ступени сделан меньшим, повышен КПД турбины. Помимо этого, так как диаметр начальной окружности подвижной лопатки первой ступени теперь близок к диаметру начальной окружности подвижной лопатки на второй ступени и после нее, можно уменьшить турбулентный поток пара после первой ступени, вызываемый другим диаметром начальной окружности.

В связи с использованием внутреннего кожуха 11 контакт пара высокого давления, протекшего из зазора между сопловой коробкой 402 и ротором 404, с корпусом 1 турбины происходит на меньшей площади.

Таким образом, даже если давление пара на входе является повышенным, напряжение, действующее на корпус 1 турбины, снижается, и корпус 1 турбины известного уровня техники может работать с паром высокого давления, в результате чего повышается КПД турбины. Помимо этого можно сократить срок модифицирования турбины с использованием корпуса 1 турбины известного уровня техники.

Число ступеней можно увеличить добавлением сопла турбины вместо внутреннего кожуха 11 и добавлением подвижной лопатки, соответствующей соплу турбины, в ротор 404. В результате этого можно уменьшить перепад тепла из расчета на одну ступень и таким образом повысить КПД паровой турбины.

Вместо сопловой коробки 402 можно использовать сопловую диафрагму, описание которой приведено ниже. Как показано на фиг.5, внутренний кожух 11 непосредственно прикреплен к корпусу 1 турбины, хотя он может удерживаться корпусом 1 турбины описываемой ниже нажимной вставкой.

На фиг.6 показано сечение паровой турбины согласно шестому варианту осуществления изобретения. Внутренний кожух 511 и герметизирующий кожух 504 выполнены за одно целое. Сопловая коробка с кожухом вокруг сопла не используется, а используется сопловая диафрагма 14 без кожуха. Согласно фиг.6 внутренний кожух 511 удерживается корпусом 1 турбины при помощи нажимной вставки 13, хотя его можно непосредственно закрепить в корпусе 1 турбины, как показано на фиг.5.

Поскольку внутренний кожух 511 и герметизирующий кожух 503 выполнены за одно целое, пар не контактирует непосредственно с корпусом 1 турбины.

Таким образом, даже при повышении давления пара на входе действующее на корпус 1 турбины напряжение является пониженным, и существующий корпус 1 турбины может работать с паром высокого давления, в результате чего повышается КПД турбины. Помимо этого можно сократить срок модифицирования турбины с использованием корпуса 1 турбины согласно известному уровню техники.

Сопловая диафрагма 14 используется в варианте осуществления с фиг.6, в то время как сопловая коробка может быть использована в варианте осуществления с фиг.5.

На фиг.6 внутренний кожух 511 держится корпусом 1 турбины при помощи нажимной вставки 13, хотя его можно непосредственно прикрепить к корпусу 1 турбины, как показано на фиг.5.

На фиг.7 показано сечение паровой турбины согласно седьмому варианту осуществления изобретения. Лопатка 66 статора паровой турбины со ступенью Кертиса заменена на сопло 19 турбины. Держатель 67 лопатки статора заменен на держатель 20 сопла. Подвижные лопатки 55а и 55b заменены на подвижные лопатки 655а и 655b, выполненные из стойкого к высоким температурам материала. За исключением сопла 19 турбины, держателя 20 сопла и подвижных лопастей 655а и 655b в данном случае компоненты являются теми же, что и на фиг.10, и они имеют те же самые ссылочные позиции, что и на фиг.10. Подробное описание аналогичных компонентов не приводится.

Давление после дополнительной ступени, содержащей держатель 20 сопла и подвижные лопатки 655b, эквивалентно давлению после ступени Кертиса согласно известному уровню техники, показываемой на фиг.10. Лопатка 66 статора согласно фиг.10 изменяет направление пара, проходящего через подвижную лопатку 55а. Поскольку лопатка 66 статора заменена на сопло 19 турбины, давление пара снижено соплом 19 турбины, а давление скорости пара, поступающего на подвижную лопатку 55b, повышено.

За счет создания давления после подвижной лопатки 55b, эквивалентной лопатке согласно известному уровню техники, КПД турбины можно повысить при использовании корпуса 51 турбины известного уровня техники, без замены. При использовании корпуса 51 турбины известного уровня техники можно сократить срок модифицирования турбины.

Блокирующую пластину, показанную на фиг.1, можно прикрепить к герметизирующему кожуху 53. Таким образом, можно уменьшить количество пара высокого давления, протекающего в корпус 51 турбины из зазора 622 между соплом 660 турбины и ротором 54. Даже если давление пара на входе повышается, действующее на корпус 51 турбины напряжение уменьшается.

На фиг.8 показано сечение паровой турбины согласно восьмому варианту осуществления изобретения. Сопло 719 турбины и подвижная лопатка 755 выполнены в нескольких ступенях. За исключением сопла 719 турбины и подвижной лопатки 755 в данном случае компоненты являются теми же, что и на фиг.7, и они имеют те же самые ссылочные позиции, что и на фиг.7. Подробное описание аналогичных компонентов не приводится. Поскольку сопло 719 турбины и подвижные лопатки 755 обеспечены в нескольких ступенях, КПД турбины можно повысить в еще большей степени по сравнению с седьмым вариантом осуществления изобретения.

Специалистам в данной области техники будут также очевидны и другие преимущества и модификации настоящего изобретения. Следует отметить, что описанные в описание примеры вариантов осуществления изобретения являются иллюстративными и не ограничивают объем защиты изобретения. Соответственно может быть осуществлено множество различных модификаций и изменений без отхода от идеи и объема настоящего изобретения, определенного только лишь прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Предложена паровая турбина, имеющая корпус турбины; ротор; герметизирующий кожух между корпусом турбины и ротором, который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора; сопловую коробку, установленную внутри корпуса турбины; и блокирующую пластину, установленную между сопловой коробкой и герметизирующим кожухом и герметизирующую пар, протекший из зазора между сопловой коробкой и ротором. Изобретение позволяет повысить КПД турбины. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Паровая турбина, отличающаяся тем, что она содержит:
корпус (1) турбины;
ротор (4);
герметизирующий кожух (3) между корпусом (1) турбины и ротором (4), который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора (4);
сопловую коробку (2), установленную внутри корпуса (1) турбины; и
блокирующую пластину (6), установленную между сопловой коробкой (2) и герметизирующим кожухом (3) и герметизирующую пар, протекший из зазора между сопловой коробкой (2) и ротором (4).

2. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит держатель (38) сопла, установленный внутри корпуса (1) турбины и удерживающий сопло (10b) турбины на второй ступени и после нее; причем держатель (8) сопла имеет канал (9) пара для соединения части, находящейся в любой точке после второй ступени, и пространства, образованного корпусом (1) турбины, держателем (8) сопла и сопловой коробкой (2).

3. Паровая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что блокирующая пластина (6) разделена на две или более частей и собрана при монтаже.

4. Паровая турбина по п.3, отличающаяся тем, что блокирующая пластина (6) имеет механическое уплотнение (7).

5. Паровая турбина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что блокирующая пластина (6) имеет механическое уплотнение (7).

6. Паровая турбина, имеющая ступень Кертиса, отличающаяся тем, что она содержит корпус (51) турбины и ротор (54), при этом лопатка (66) статора ступени Кертиса заменена соплом (19) турбины.

7. Паровая турбина по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блокирующую пластину, установленную между соплом (19) турбины и герметизирующим кожухом (53) и герметизирующую пар, протекший из зазора между соплом (19) турбины и ротором (54).

8. Паровая турбина по п.7, отличающаяся тем, что блокирующая пластина (6) разделена на две или более частей и собрана при монтаже.

9. Паровая турбина по п.7 или 8, отличающаяся тем, что блокирующая пластина (6) имеет механическое уплотнение (7).

10. Паровая турбина по п.6, отличающаяся тем, что сопло (19) турбины и подвижная лопатка (655), соответствующая соплу (19) турбины, добавлены на нижней по потоку стороне замененного сопла (19) турбины.

11. Паровая турбина, отличающаяся тем, что она содержит:
корпус (1) турбины;
ротор (404);
герметизирующий кожух (3) между корпусом (1) турбины и ротором (404), который герметизирует пар, протекший к верхней по потоку стороне ротора (404); и
сопловую коробку (402), установленную внутри корпуса (1) турбины, причем подвижная лопатка (405) первой ступени заменена на лопатку с меньшим диаметром начальной окружности и держатель сопла заменен внутренним кожухом (11), выполненным с возможностью прикрепления для контактирования с верхней по потоку частью корпуса (1) турбины.

12. Паровая турбина по п.11, отличающаяся тем, что внутренний кожух (511) и герметизирующий кожух (503) выполнены за одно целое.

13. Паровая турбина по п.11 или 12, отличающаяся тем, что сопловая коробка заменена сопловой диафрагмой (14).

14. Паровая турбина по п.13, отличающаяся тем, что внутренний кожух (11) дополнительно содержит сопло турбины и ротор (404) дополнительно содержит подвижную лопатку, соответствующую соплу турбины.

15. Паровая турбина по п.11 или 12, отличающаяся тем, что внутренний кожух (11) дополнительно содержит сопло турбины и ротор (404) дополнительно содержит подвижную лопатку, соответствующую соплу турбины.