ПАРОВАЯ ТУРБИНА И ДИАФРАГМЕННЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2012 года по МПК F01D25/30 F01D25/32 

Изобретение в общем относится к паровым турбинам и, в частности, к способам и устройствам для охлаждения конца лопасти низкоскоростным потоком и для удаления с него влаги.

В известных паровых турбинах (см., например, патент США №3690786) иногда возникают условия низкоскоростного потока (УНСП) при пуске и при работе с противодавлением. Структура потока на последней ступени паровой турбины значительно изменяется во время работы в УНСП. Это изменение возникает из-за центробежных сил, воздействующих на лопасти, которые могут направлять пар вверх и создавать зоны рециркуляции у конца и у хвостовой части лопасти, наряду с основным потоком. В хвостовой зоне лопасти поток направлен назад, внося в путь пара холодный и влажный пар из конденсатора. Рециркуляция пара у конца (наружный путь потока) приводит к значительному тепловому неблагоприятному воздействию на зону конца лопасти по причине «сопротивления ветра». При работе на высокой скорости с низкоскоростным потоком может захватываться поток вблизи конца лопасти, вследствие чего пар будет нагреваться по той причине, что конец лопасти будет работать на захваченном паре.

Если работа в УНСП является результатом высокого противодавления, то поток в этой зоне конца лопасти также может стать нестабильным (неустойчивым), может возникнуть пульсация давления, в результате чего увеличатся динамические напряжения лопасти последней ступени. При работе в установившемся режиме влага может скапливаться на внешней боковой стенке сопла последней ступени. Удаление этой влаги может понизить эрозию лопасти последней ступени.

Описываемые выше УНСП могут отрицательно сказываться на лопасти последней ступени. Нагревание зоны конца лопасти может сократить срок службы лопасти и снизить ее надежность. Оно также может понизить возможность использования гибридной конструкции лопасти (полимерный наполнитель в наружной области лопасти). Помимо этого нестабильность вследствие УНСП может обусловить пульсации давления, которые могут понизить надежность лопасти. Кроме этого, избыток влаги на последних ступенях иногда накапливается на внешней боковой стенке, помимо прочих мест, сопла последней ступени, что может быть причиной эрозии сопла.

Задачей настоящего изобретения является создание паровой турбины и диафрагменного узла, в которых устранены описанные выше недостатки и которые имеют увеличенный срок службы и повышенную надежность.

Согласно одному объекту настоящего изобретения создана паровая турбина, содержащая ротор; множество ступеней лопастей, соединенных с ротором, причем каждая ступень лопастей содержит множество отстоящих по окружности лопастей, соединенных с ротором, при этом каждая лопасть содержит базовую часть и концевую часть; диафрагменный узел, расположенный вокруг ротора и ступеней лопастей; и наружный кожух, расположенный вокруг ротора и диафрагменного узла. Диафрагменный узел содержит множество ступеней сопел между ступенями лопастей; проходящий по окружности паз, расположенный выше по потоку одной из ступеней лопастей и между ступенью лопастей и примыкающей ступенью сопел; проходящую по окружности камеру отбора пара; по меньшей мере, одну первую расточку, проходящую от паза к камере отбора и обеспечивающую сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора; и по меньшей мере, одну вторую расточку, проходящую от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивающую сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью между внешней поверхностью диафрагменного узла и наружным кожухом.

Согласно другому объекту настоящего изобретения создан диафрагменный узел для паровой турбины, включающей в себя ротор и множество ступеней лопастей, соединенных с ротором, при этом диафрагменный узел содержит множество ступеней сопел, расположенных между ступенями лопастей; проходящий по окружности паз, расположенный между ступенью лопастей и ступенью сопел, примыкающей к ступени лопастей; проходящую по окружности камеру отбора; по меньшей мере, одну первую расточку, проходящую к камере отбора и обеспечивающую сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора; и по меньшей мере, одну вторую расточку, проходящую от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивающую сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью снаружи диафрагменного узла.

Предпочтительно, паз имеет прорезь. Кроме того, паз может иметь по существу форму ковша. Как вариант, паз может иметь имеет прорезь, соединенную с внешним углублением, причем, по меньшей мере, одна первая расточка проходит от внешнего углубления к камере отбора. Преимущественно, паз выполняют выше по потоку последней ступени лопастей. При этом область между внешней поверхностью диафрагменного узла может сообщаться по потоку с конденсатором.

Согласно еще одному аспекту изобретения создан способ регулирования работы паровой турбины. Паровая турбина содержит ротор, множество ступеней лопастей, соединенных с ротором, и наружный кожух, установленный вокруг ротора. Каждая ступень лопастей имеет множество отстоящих по окружности лопастей, соединенных с ротором, причем каждая лопасть имеет базовую часть и концевую часть. Способ предусматривает обеспечение диафрагменного узла вокруг ротора и ступеней лопастей. Диафрагменный узел содержит множество ступеней сопел между ступенями лопастей; проходящий по окружности паз, расположенный выше по потоку одной из ступеней лопастей и между ступенью лопастей и примыкающей ступенью сопел; проходящую по окружности камеру отбора пара; по меньшей мере, одну первую расточку, проходящую от паза к камере отбора и обеспечивающую сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора; и по меньшей мере, одну вторую расточку, проходящую от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивающую сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью между внешней поверхностью диафрагменного узла и наружным кожухом.

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

Фиг.1 - схематический вид в поперечном сечении примера противоточной паровой турбины;

Фиг.2 - схематический вид в поперечном сечении последней ступени паровой турбины, показанной на Фиг.1, согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 - схематический вид в увеличенном масштабе диафрагменного узла, показанного на Фиг.2;

Фиг.4 - схематический вид в поперечном сечении последней ступени, показанной на Фиг.3, иллюстрирующий путь впуска охлаждающего пара;

Фиг.5 - схематический вид в поперечном сечении последней ступени паровой турбины, показанной на Фиг.1, согласно еще одному варианту осуществления изобретения; и

Фиг.6 - схематический вид в поперечном сечении последней ступени паровой турбины, показанной на Фиг.1, согласно еще одному варианту осуществления изобретения.

Далее подробно описана диафрагма для паровой турбины с проходящим по окружности пазом, камерой отбора (пара), по меньшей мере, одной расточкой, соединяющей паз с камерой отбора, и, по меньшей мере, одной расточкой, соединяющей камеру отбора с областью между диафрагмой и наружным кожухом турбины. Диафрагма обеспечивает доставку холодного пара в зону рециркуляции у конца лопасти последней ступени, чтобы уменьшить условия нагревания из-за «сопротивления ветра» во время работы при пуске. При работе с высоким противодавлением диафрагма также обеспечивает выведение пара в наружной области из зоны рециркуляции у конца лопасти, чтобы снизить нестабильность потока вблизи конца лопасти для снижения динамических напряжений лопасти последней ступени. Помимо этого, при работе в устоявшемся режиме диафрагма обеспечивает удаление влаги из области лопастей последней ступени для уменьшения эрозии лопастей последней ступени.

На Фиг.1 схематически показана приводимая в качестве примера противоточная паровая турбина 10 низкого давления. Турбина 10 имеет первую и вторую части 12 и 14 низкого давления. Согласно известному уровню техники каждая часть 12 и 14 турбины имеет множество ступеней сопел и лопастей (не показано на Фиг.1). Вал 16 ротора проходит через части 12 и 14. Каждая часть 12 и 14 низкого давления имеет входное сопло 18 и 20, соответственно. Единый наружный кожух 22 разделен в горизонтальной плоскости и в осевом направлении на верхнюю и нижнюю половинные части 24 и 26, соответственно, и включает в себя обе части 12 и 14 низкого давления. Центральная часть 28 кожуха 22 имеет выход 30 пара низкого давления. В наружном кожухе 22 части 12 и 14 низкого давления расположены в единой несущей секции, опирающейся на радиальные подшипники 32 и 34. Делитель 40 потока расположен между первой и второй частями 12 и 14 турбины.

Фиг.2 схематически показывает поперечное сечение последней ступени 42 паровой турбины 10 согласно приводимому в качестве примера варианту осуществления изобретения. Ступень 42 имеет стационарную ступень 44 сопел и примыкающую к ней вращающуюся ступень 46 лопастей. Ступень 44 сопел имеет множество отстоящих по окружности сопел 48, установленных на диафрагменном узле 50. Ступень 46 лопастей имеет множество отстоящих по окружности лопастей 52, прикрепленных к валу 16 ротора. Диафрагменный узел 50 расположен вокруг ступеней 44 сопел и ступеней 46 лопастей.

Как показано на Фиг.3, диафрагменный узел 50 имеет проходящий по окружности паз 54, расположенный выше по потоку ступени 46 лопастей и между ступенью 46 лопастей и примыкающей ступенью 44 сопел, и проходящую по окружности камеру 56 отбора. По меньшей мере, одна первая расточка 58 проходит от паза 54 к камере 56 отбора. Первая расточка 58 обеспечивает сообщение по текучей среде между пазом 54 и камерой 56 отбора. По меньшей мере, одна вторая расточка 60 проходит от камеры 56 отбора через внешнюю поверхность 62 диафрагменного узла 50. Вторая расточка 60 обеспечивает сообщение по текучей среде между камерой 56 отбора и областью 64 между внешней поверхностью 66 диафрагменного узла 50 и наружным кожухом 22 (см. Фиг.1). В этом приводимом в качестве примера варианте осуществления изобретения паз 54 имеет поперечное сечение в форме ковша.

Паз 54 в сочетании с камерой 56 отбора и первой и второй расточками 58 и 60 служит для подачи холодного пара в зону 68 рециркуляции у конца лопасти 52 последней ступени для уменьшения условий нагревания из-за «сопротивления воздуха» во время работы при пуске. Фиг.4 показывает поток 70 холодного пара из области 64 между диафрагменным узлом 50 и наружным кожухом 22 в зону 68 рециркуляции у конца лопасти для уменьшения нагревания из-за «сопротивления воздуха». Также при работе с сильным противодавлением паз 54 в сочетании с камерой 56 отбора и первой и второй расточками 58 и 60 обеспечивает выведение пара из зоны 68 рециркуляции у конца лопасти, чтобы уменьшать нестабильность потока вблизи конца 72 лопасти 52, в результате чего можно снизить динамические напряжение лопасти последней ступени. Кроме того, при работе турбины в установившемся режиме паз 54 в сочетании с камерой 56 отбора пара и первой и второй расточками 58 и 60 обеспечивает удаление влаги из области лопасти последней ступени для уменьшения эрозии лопасти 52 последней ступени. Считается, что ковшеообразное поперечное сечение паза 54 способствует удалению влаги с диафрагменного узла 50.

В еще одном приводимом в качестве примера варианте осуществления изобретения (см. Фиг.5) паз 54 имеет форму прорези, проходящей по окружности вокруг диафрагменного узла 50. Как упомянуто выше, по меньшей мере, одна первая расточка 58 проходит от имеющего форму прорези паза 54 к камере 56 отбора, и по меньшей мере, одна вторая расточка 60 проходит от камеры 56 отбора через внешнюю поверхность 62 диафрагменного узла 50.

В еще одном приводимом в качестве примера варианте осуществления изобретения (см. Фиг.6) паз 54 имеет прорезную часть 74, соединенную с внешним углублением 76; причем ширина внешнего углубления 76 превышает ширину прорезной части 74. Первые расточки 58 проходят от внешнего углубления 76 к камере 56 отбора, а вторые расточки 60 проходят от камеры 56 отбора через внешнюю поверхность 62 диафрагменного узла 50.

При работе турбины 10 при пуске в УНСП: «холодный» пар проходит из области 64 между диафрагменным узлом 50 и наружным кожухом 22 через вторые расточки 60 в камеру 56 отбора, затем - по первым расточкам 58 в паз 54, и затем - в зону 68 рециркуляции у конца лопасти. «Холодный» пар снижает нагревание из-за «сопротивления ветра» при пуске в УНСП.

При работе турбины 10 с высоким противодавлением: пар из основного потока пара отводится в конденсатор, чтобы понизить противодавление. Пар проходит в паз 54 и через первую расточку 58 в камеру 56 отбора пара, затем - по вторым расточкам 60 в область 64 между диафрагменным узлом 50 и внешним кожухом 22, из которой отводимый пар направляется в конденсатор.

При работе в установившемся режиме скапливающаяся влага отводится с последней ступени 42 в конденсатор, чтобы удалить скапливающуюся влагу с последней ступени 42. Влага течет в паз 54 и по первым расточкам 58 в камеру 56 отбора, затем - по вторым расточкам 60 в область 64 между диафрагменным узлом 50 и наружным кожухом 22, из которой отводимая влага направляется в конденсатор.

Несмотря на то, что изобретение описано на примерах конкретных вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что изобретение можно реализовать с различными изменениями и модификациями, не отклоняющимися от идеи и объема прилагаемой формулы изобретения.

Диафрагменный узел паровой турбины содержит множество ступеней сопел, расположенных между ступенями лопастей, проходящие по окружности паз и камеру отбора, а также первую расточку и вторую расточку. Паз расположен выше по потоку от одной ступени лопастей и между ступенью лопастей и ступенью сопел, расположенной выше по потоку от ступени лопастей и примыкающей к ней. Первая расточка проходит к камере отбора и обеспечивает двунаправленное сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора. Вторая расточка проходит от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивает двунаправленное сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью снаружи диафрагменного узла. Другое изобретение группы относится к паровой турбине, содержащей указанный выше диафрагменный узел. Изобретения позволяют повысить надежность и долговечность диафрагменного узла. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Паровая турбина, содержащая:
ротор;
множество ступеней лопастей, соединенных с ротором, причем каждая ступень лопастей содержит множество отстоящих по окружности лопастей, соединенных с ротором, при этом каждая лопасть содержит базовую часть и концевую часть;
диафрагменный узел, расположенный вокруг ротора и ступеней лопастей; и
наружный кожух, расположенный вокруг ротора и диафрагменного узла;
причем диафрагменный узел содержит:
множество ступеней сопел между ступенями лопастей;
проходящий по окружности паз, расположенный выше по потоку от одной из ступеней лопастей и между ступенью лопастей и примыкающей ступенью сопел, расположенной выше по потоку от ступени лопастей;
проходящую по окружности камеру отбора пара;
по меньшей мере, одну первую расточку, проходящую от паза к камере отбора и обеспечивающую двунаправленное сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора; и
по меньшей мере, одну вторую расточку, проходящую от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивающую двунаправленное сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью между внешней поверхностью диафрагменного узла и наружным кожухом.

2. Паровая турбина по п.1, в которой паз имеет прорезь.

3. Паровая турбина по п.1, в которой паз имеет, по существу, форму ковша.

4. Паровая турбина по п.1, в которой паз имеет прорезь, соединенную с внешним углублением, причем, по меньшей мере, одна первая расточка проходит от внешнего углубления к камере отбора.

5. Паровая турбина по п.1, в которой паз расположен выше по потоку последней ступени лопастей.

6. Паровая турбина по п.1, в которой область между внешней поверхностью диафрагменного узла сообщается по потоку с конденсатором.

7. Диафрагменный узел для паровой турбины, включающей в себя ротор и множество ступеней лопастей, соединенных с ротором, при этом диафрагменный узел содержит:
множество ступеней сопел, расположенных между ступенями лопастей;
проходящий по окружности паз, расположенный выше по потоку от одной ступени лопастей и между ступенью лопастей и ступенью сопел, которая расположена выше по потоку от ступени лопастей и примыкает к ступени лопастей;
проходящую по окружности камеру отбора;
по меньшей мере, одну первую расточку, проходящую к камере отбора и обеспечивающую двунаправленное сообщение по текучей среде между пазом и камерой отбора; и
по меньшей мере, одну вторую расточку, проходящую от камеры отбора через внешнюю поверхность диафрагменного узла и обеспечивающую двунаправленное сообщение по текучей среде между камерой отбора и областью снаружи диафрагменного узла.

8. Диафрагменный узел по п.7, в котором паз имеет прорезь.

9. Диафрагменный узел по п.7, в котором паз имеет, по существу, форму ковша.

10. Диафрагменный узел по п.7, в котором паз имеет прорезь, соединенную с внешним углублением, причем, по меньшей мере, одна первая расточка проходит от внешнего углубления к камере отбора.