УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРУБЧАТОЙ ЗОНЫ ДВУХПОТОЧНОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2013 года по МПК F01D5/08 F01D3/02 F01D25/12 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ

Изобретение относится к паровым турбинам. Более точно, рассматриваемое изобретение относится к охлаждению трубчатой зоны двухпоточной паровой турбины.

Двухпоточные паровые турбины, как правило, включают в себя две стороны турбины с параллельными потоками, расположенные на общем валу. Трубчатая часть часто находится между сторонами турбины и расположена вокруг вала. Пар проходит в паровую турбину в радиальном направлении внутрь по направлению к трубчатой части, и затем поток пара разделяется, поворачивается в аксиальном направлении и проходит в противоположных направлениях для поступления его в каждую из двух сторон турбины с параллельными потоками.

Может возникнуть застой потока пара между ротором и трубчатой частью двухпоточной паровой турбины, что приводит к высокой температуре ротора вследствие вихревого нагрева со стороны застойного пара. Высокая температура ротора может привести к уменьшению срока полезного использования ротора и к выходу из строя паровой турбины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Разработана паровая турбина, которая включает в себя ротор турбины, первую обращенную к генератору сторону, имеющую первую ступень с первой реакцией, и сторону турбины, имеющую первую ступень со второй реакцией, не равной первой реакции. Паровая турбина включает в себя трубчатую часть, расположенную между обращенной к генератору стороной и стороной турбины, при этом между ротором турбины и трубчатой частью образован кольцевой зазор. Разность первой реакции и второй реакции способна вызвать поток пара через кольцевой зазор для уменьшения температуры ротора турбины. Способ охлаждения трубчатой части паровой турбины включает в себя нагнетание потока пара в паровую турбину, включающую в себя ротор турбины, обращенную к генератору сторону, имеющую первую ступень с первой реакцией, сторону турбины, имеющую первую ступень со второй реакцией, которая меньше первой реакции, и трубчатую часть, расположенную между обращенной к генератору стороной и стороной турбины, при этом между ротором турбины и трубчатой частью образован кольцевой зазор. Способ дополнительно включает в себя проход потока пара через первую ступень с обращенной к генератору стороны и нагнетание, по меньшей мере, части потока пара через кольцевой зазор за счет разности второй реакции и первой реакции для уменьшения температуры ротора турбины. Затем та часть потока, которая прошла, поступает из кольцевого зазора к стороне турбины.

Эти и другие преимущества и признаки станут более очевидными из нижеприведенного описания, рассматриваемого совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предмет, который рассматривается как изобретение, особо указан и четко заявлен в формуле изобретения в завершающей части описания. Вышеприведенные и другие цели, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеприведенного подробного описания, рассматриваемого совместно с сопровождающими чертежами, на которых:

фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера двухпоточной паровой турбины;

фиг.2 представляет собой сечение примера двухпоточной паровой турбины, имеющей охлаждающий поток, проходящий через трубчатую часть; и

фиг.3 представляет собой сечение другого примера двухпоточной паровой турбины, имеющей охлаждающий поток, проходящий через трубчатую часть.

Подробное описание разъясняет варианты осуществления изобретения вместе с преимуществами и признаками в качестве примера со ссылкой на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показано схематическое изображение двухпоточной паровой турбины 10. Паровая турбина 10 включает в себя обращенную к генератору сторону 12, расположенную ближе всего к генератору (непоказанному), и сторону 14 турбины, расположенную дальше всего от генератора, и обращенная к генератору сторона 12 и сторона 14 турбины могут быть расположены в наружном корпусе 16. Двухпоточная трубчатая часть 18 расположена в аксиальном направлении между обращенной к генератору стороной 12 и стороной 14 турбины и в радиальном направлении снаружи ротора 20. Ротор 20 может содержать, например, барабанный ротор или, по меньшей мере, один диск ротора, расположенный на валу ротора. Ротор 20 и трубчатая часть 18 выполнены с такой конфигурацией и расположены так, чтобы образовать кольцеобразный зазор 22 между ротором 20 и трубчатой частью 18. Пар поступает в паровую турбину 10 во впускном канале 24, который расположен в радиальном направлении снаружи ротора 20 и трубчатой части 18. Пар, поступающий в паровую турбину 10 во впускном канале 24, проходит по направлению к трубчатой части 18, разделяется и затем поступает или в обращенную к генератору сторону 12, или в сторону 14 турбины.

Как показано на фиг.2, обращенная к генератору сторона 12 включает в себя первую ступень 26 с обращенной к генератору стороны, которая содержит множество сопел 28 с обращенной к генератору стороны, которые в некоторых вариантах осуществления расположены в трубчатой части 18, и множество лопаток 30 с обращенной к генератору стороны. Лопатки 30 с обращенной к генератору стороны смонтированы на роторе 20. В некоторых вариантах осуществления ротор 20 может включать в себя множество балансных отверстий 32 с обращенной к генератору стороны, которые могут включать в себя отверстия диска и/или отверстия ласточкина хвоста, расположенные в радиальном направлении внутри по отношению к лопаткам 30 с обращенной к генератору стороны или, альтернативно, в лопатках 30 с обращенной к генератору стороны. Аналогичным образом, сторона 14 турбины включает в себя первую ступень 34 со стороны турбины, которая состоит из множества сопел 36 со стороны турбины и множества лопаток 38 со стороны турбины. Лопатки 38 со стороны турбины находятся на роторе 20. В некоторых вариантах осуществления множество балансных отверстий 40 со стороны турбины могут быть расположены в радиальном направлении внутри по отношению к лопаткам 38 со стороны турбины или, альтернативно, в лопатках 38 со стороны турбины.

Обращенная к генератору сторона 12 и сторона 14 турбины выполнены с конфигурацией, обеспечивающей возможность создания перепада давлений между первым концом 42 кольцевого зазора и вторым концом 44 кольцевого зазора, так что поперечный поток 46 через кольцевой зазор 22 создается за счет перепада давлений. В некоторых вариантах осуществления это достигается за счет выполнения одной из первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны и первой ступени 34 со стороны турбины с такой конфигурацией, чтобы она имела отрицательную реакцию, и другой из первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны и первой ступени 34 со стороны турбины с такой конфигурацией, чтобы она имела положительную реакцию. «Реакция» в используемом здесь смысле обозначает отношение перепада статического давления на лопатках к общему перепаду давления как на соплах, так и на лопатках для конкретной ступени. В ступени, имеющей отрицательную реакцию, давление на выходе лопаток превышает давление на входе лопаток.

В варианте осуществления по фиг.2 первая ступень 26 с обращенной к генератору стороны выполнена с конфигурацией, обеспечивающей отрицательную реакцию, и первая ступень 34 со стороны турбины выполнена с конфигурацией, обеспечивающей положительную реакцию. Кроме того, давление на выходе лопаток 30 с обращенной к генератору стороны превышает давление на выходе лопаток 38 со стороны турбины. Выполнение паровой турбины 10 с такой конфигурацией, чтобы иметь отрицательную реакцию на первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны и положительную реакцию на первой ступени 34 со стороны турбины, обеспечивает инициирование потока с режимом, вызывающим охлаждение ротора 20 в кольцевом зазоре 22. Когда паровая турбина 10 работает, это приводит к образованию потока пара, подобного показанному стрелками 46. Поток 46 пара проходит через сопла 28 с обращенной к генератору стороны и через соответствующие лопатки 30 с обращенной к генератору стороны. Часть потока проходит ко второй ступени 48 с обращенной к генератору стороны, в то время как другая часть проходит через разгрузочные отверстия 32 с обращенной к генератору стороны или другие сквозные отверстия или каналы, через ротор 20 и проходит в кольцевой зазор 22 между трубчатой частью 18 и ротором 20. Поток 46 пара проходит через кольцевой зазор 22 к стороне 14 турбины. Поток 46 пара проходит через балансное отверстия 40 со стороны турбины или другие отверстия или каналы и ко второй ступени 50 со стороны турбины. Поток 46 пара через кольцевой зазор 22 обеспечивает охлаждение ротора 20 рядом с кольцевым зазором 22, в результате чего ограничивается подвергание ротора 20 воздействию температур, которые привели бы к уменьшению долговечности ротора 20 и к возможному повреждению паровой турбины 10. Аналогично следует понимать, что выполнение первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны с конфигурацией, обеспечивающей положительную реакцию, и выполнение первой ступени 34 со стороны турбины с конфигурацией, обеспечивающей отрицательную реакцию, приводит к созданию аналогичного потока 46 пара через кольцевой зазор 22, но в противоположном направлении.

В некоторых вариантах осуществления разгрузочные отверстия 32 с обращенной к генератору стороны и/или балансные отверстия 40 со стороны турбины могут быть не предусмотрены. В паровой турбине 10 с подобной конфигурацией часть потока 46 пара проходит между соплами 28 с обращенной к генератору стороны и лопатками 30 с обращенной к генератору стороны и в кольцевой зазор 22. Поток 46 пара проходит через кольцевой зазор 22 к стороне 14 турбины и между соплами 36 со стороны турбины и лопатками 38 со стороны турбины и затем через лопатки 38 со стороны турбины.

В некоторых вариантах осуществления паровая турбина 10 выполнена с такой конфигурацией, что как первая ступень 26 с обращенной к генератору стороны, так и первая ступень 34 со стороны турбины имеют положительные реакции, но реакция одной из первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны и первой ступени 34 со стороны турбины больше реакции другой из первой ступени 26 с обращенной к генератору стороны и первой ступени 34 со стороны турбины. Как показано на фиг.3, данная конфигурация обеспечивает образование охлаждающего потока 52. Охлаждающий поток 52 проходит через сопла 28 с обращенной к генератору стороны, при этом одна его часть продолжает проходить через лопатки 30 с обращенной к генератору стороны, а другая часть проходит между соплами 28 с обращенной к генератору стороны и лопатками 30 с обращенной к генератору стороны и в кольцевой зазор 22. Охлаждающий поток 52 проходит через кольцевой зазор 22 и к стороне 14 турбины, где он проходит между соплами 36 со стороны турбины и лопатками 38 со стороны турбины и затем через лопатки 38 со стороны турбины. Охлаждающий поток 52 имеет более высокую температуру, чем поток 46 пара, поскольку энергия не была отведена из охлаждающего потока 52, и, следовательно, температура его не была снижена при проходе чего через лопатки 30 с обращенной к генератору стороны перед входом в кольцевой зазор 22.

Несмотря на то, что изобретение было подробно описано только в связи с ограниченным количеством вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено подобными раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, изобретение может быть модифицировано так, чтобы оно включало любое число вариантов, изменений, замен или эквивалентных конструкций, которые не описаны до сих пор, но которые соответствуют сущности и объему изобретения. Кроме того, несмотря на то, что были описаны разные варианты осуществления, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать только некоторые из описанных вариантов осуществления. Соответственно, изобретение не следует рассматривать как ограниченное вышеприведенным описанием, но оно ограничено только объемом притязаний приложенной формулы изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ КОМПОНЕНТОВ

Двухпоточная паровая турбина 10 Обращенная к генератору сторона 12 Сторона турбины 14 Наружный корпус 16 Двухпоточная трубчатая часть 18 Ротор 20 Кольцевой зазор 22 Впускной канал 24 Первая ступень с обращенной к генератору стороны 26 Сопла с обращенной к генератору стороны 28 Лопатки с обращенной к генератору стороны 30 Балансные отверстия с обращенной к генератору стороны 32 Первая ступень со стороны турбины 34 Сопла со стороны турбины 36 Лопатки со стороны турбины 38 Балансные отверстия со стороны турбины 40 Первый конец кольцевого зазора 42 Второй конец кольцевого зазора 44 Поток пара 46 Вторая ступень с обращенной к генератору стороны 48 Вторая ступень со стороны турбины 50 Охлаждающий поток 52

Паровая турбина (10) содержит: ротор (20) турбины; обращенную к генератору сторону (12), имеющую первую ступень (26) с первой реакцией, сторону (14) турбины, имеющую первую ступень (34) со второй реакцией, не равной первой реакции; и трубчатую часть (18). Трубчатая часть (18) расположена между обращенной к генератору стороной (12) и стороной (14) турбины. Между ротором (20) турбины и трубчатой частью (18) образован кольцевой зазор (22). Разность первой реакции и второй реакции способна вызвать поток (46) пара через кольцевой зазор (22) для уменьшения температуры ротора (20) турбины. Способ охлаждения ротора (20) паровой турбины (10) включает нагнетание потока (46) пара в паровую турбину (10). Проход потока (46) пара через первую ступень (26) с обращенной к генератору стороны. Нагнетание, по меньшей мере, части потока (46) пара через кольцевой зазор (22) за счет разности второй реакции и первой реакции для уменьшения температуры ротора (20) турбины. Проход части потока (46) пара из кольцевого зазора (22) к стороне (14) турбины. Достигается охлаждение трубчатой части ротора двухпоточной турбины в зоне впуска пара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Паровая турбина (10), содержащая:
ротор (20) турбины;
обращенную к генератору сторону (12), имеющую первую ступень (26) с первой реакцией,
сторону (14) турбины, имеющую первую ступень (34) со второй реакцией, не равной первой реакции; и
трубчатую часть (18), расположенную между обращенной к генератору стороной (12) и стороной (14) турбины, при этом между ротором (20) турбины и трубчатой частью (18) образован кольцевой зазор (22), причем разность первой реакции и второй реакции способна вызвать поток (46) пара через кольцевой зазор (22) для уменьшения температуры ротора (20) турбины.

2. Паровая турбина (10) по п.1, в котором первая ступень (26) с обращенной к генератору стороны содержит:
множество сопел первой ступени (26) с обращенной к генератору стороны и
множество первых лопаток (30) с обращенной к генератору стороны, расположенных у ротора (20) турбины.

3. Паровая турбина (10) по п.2, в которой ротор (20) турбины имеет, но меньшей мере, одно сквозное отверстие, выполненное с возможностью направления потока (46) пара из первой ступени (26) с обращенной генератору стороны в кольцевой зазор (22).

4. Паровая турбина (10) по п.2, в которой первые лопатки (30) с обращенной к генератору стороны имеют, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, выполненное с возможностью направления потока (46) пара из первой ступени (26) с обращенной генератору стороны в кольцевой зазор (22).

5. Паровая турбина (10) по п.1, в которой первая ступень (34) со стороны турбины включает в себя множество лопаток (38) со стороны турбины, расположенных у ротора (20) турбины.

6. Паровая турбина (10) по п.5, в которой ротор (20) турбины имеет, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, выполненное с возможностью направлении текучей среды из кольцевого зазора (22) к стороне (14) турбины.

7. Способ охлаждения ротора (20) паровой турбины (10), включающий в себя:
нагнетание потока (46) пара в паровую турбину (10), включающую в себя:
ротор турбины (20);
обращенную к генератору сторону (12), имеющую первую ступень (26) с первой реакцией;
сторону (14) турбины, имеющую первую ступень (34), которая меньше первой реакции; и
трубчатую часть (18), расположенную между обращенной к генератору стороной (12) и стороной (14) турбины, при этом между ротором (20) турбины и трубчатой частью (18) образован кольцевой зазор (22);
проход потока (46) пара через первую ступень (26) с обращенной к генератору стороны;
нагнетание, по меньшей мере, части потока (46) пара через кольцевой зазор (22) за счет разности второй реакции и первой реакции для уменьшения температуры ротора (20) турбины и
проход части потока (46) пара из кольцевого зазора (22) к стороне (14) турбины.

8. Способ по п.7, в котором проход потока (46) пара через первую ступень (26) с обращенной к генератору стороны включает в себя:
проход потока (46) пара через множество сопел первой ступени (26) с обращенной к генератору стороны и
проход потока (46) пара через множество первых лопаток (30) с обращенной к генератору стороны.

9. Способ по п.7, включающий в себя проход части потока (46) пара к стороне (14) турбины через второе отверстие между множеством сопел (36) со стороны турбины и множеством лопаток (38) со стороны турбины.

10. Способ по п.7, в котором вторая реакция является положительной реакцией и первая реакция является отрицательной реакцией.