ОДНОЦИЛИНДРОВАЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ТУРБИНА ДЛЯ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2013 года по МПК F01K7/34 F01D3/02 F01K17/02 F01K23/00 

Изобретение относится к турбиностроению и теплоэнергетике и может быть использовано при разработке и эксплуатации паровых турбин для парогазовых установок (ПГУ) бинарного типа с котлами-утилизаторами.

Известна конструкция одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ с прямоточной схемой движения пара в цилиндре, подводом пара высокого давления (ВД), подводом пара низкого давления (НД) 0,6-0,7 МПа и двумя регулируемыми отопительными отборами пара (см., например, Баринберг Г.Д., Валамин А.Е., Култышев А.Ю. Перспективные паровые турбины для ПГУ. Теплоэнергетика, 2008, №8, с.2-8, Паровая турбина Т-56/70-6,8)

Указанная конструкция одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ имеет следующие недостатки:

1. Для организации подвода пара НД в проточной части турбины организуется камера, а для обеспечения перемешивания подводимого пара НД с основным потоком, протекающим в проточной части, эту камеру выполняют специальной (см., например, патент №2386039), что для турбин мощностью до 60 МВт увеличивает ее длину, а для турбин свыше 60 МВт, где осевое расстояние между подшипниками уже является лимитирующим по прочности и жесткости ротора, тем самым при проектировании проточной части приходится сокращать количество ступеней и перегружать оставшиеся, отходя от оптимальных кинематических соотношений при работе ступеней на номинальных режимах, то есть ухудшая их экономическую эффективность.

2. Затруднено достижение турбиной электрической мощности свыше 60 МВт также по причине возникновения значительных осевых усилий на упорный подшипник, требующих установки несоизмеримо большого для такой мощности упорного подшипника или выполнения на роторе разгрузочного поршня думмиса, что всегда связано с возникновением дополнительных тепловых и механических потерь, а также ухудшением маневренности, что является недопустимым для работы в составе парогазовой установки.

3. Невозможно выполнение производственного отбора пара с давлением 0,8-2,0 МПа по причине невозможности увеличения осевого расстояния между подшипниками для организации камеры отбора и так недопустимо большого, по условиям статического прогиба ротора и возникающих в нем напряжений. Невозможность выполнения производственного отбора пара также связано с технически неосуществимой задачей вывода и трассировки из корпуса цилиндра трубопроводов отбора в непосредственной близости с трубопроводами двух регулируемых отопительных отборов пара для двухступенчатого подогрева сетевой воды в подогревателях и трубопроводами подвода пара НД.

Известна также конструкция одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ с прямоточной схемой движения пара в цилиндре, подводом пара ВД, подводом пара НД 1,0-1,1 МПа, совмещенного по давлению с производственным отбором пара и одним регулируемым отопительным отбором пара (см., например, Баринберг Г.Д., Валамин А.Е., Култышев А.Ю. Перспективные паровые турбины для ПГУ. Теплоэнергетика, 2008, №8, с.2-8, Паровая турбина ПТ-57/69-8,8).

Эта конструкция также обладает первыми двумя недостатками предыдущей конструкции турбины, а также недостатком, связанным с невозможностью организации теперь уже двух регулируемых отопительных отборов пара для двухступенчатого подогрева сетевой воды в подогревателях по причинам, указанным в третьем недостатке предыдущей конструкции, которые связаны с условиями статического прогиба ротора и возникающими в нем напряжениями и с технически неосуществимой задачей вывода и трассировки из одной и той же зоны корпуса цилиндра большого количества трубопроводов отборов пара.

Задачей заявляемого изобретения является достижение одноцилиндровой теплофикационной паровой турбиной мощности свыше 60 МВт с возможностью организации подвода пара ВД, подвода пара НД, двух регулируемых отопительных отборов пара для двухступенчатого подогрева сетевой воды в подогревателях и производственного отбора пара.

Указанная задача достигается тем, что для одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ используется конструкция с петлевой схемой движения пара в цилиндре, состоящем из внутреннего и наружного корпусов, причем пар НД с давлением 1,3-1,5 МПа перед стопорно-регулирующим клапаном низкого давления (СРК НД) вместо часто применяемого 0,6-0,7 МПа (согласовывается с производителем котла-утилизатора и генеральным проектировщиком) подводится в камеру межкорпусного пространства (МКП), в которую после разворота потока на 180° поступает пар, прошедший ступени части высокого давления (ЧВД), расположенные во внутреннем корпусе. При этом ступени ЧВД рассчитаны так, чтобы максимальное давление пара за ними, следовательно, и максимальное давление пара в камере МКП, соответствующее максимальному расходу пара ВД, было бы ниже давления подводимого пара НД.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена часть продольного разреза одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ. Паровая турбина содержит блок стопорно-регулирующих клапанов высокого давления (БКСРК ВД) 1, трубопровод 2 подвода пара ВД, внутренний корпус 3 с расположенными в нем ступенями ЧВД 4, камеру МКП 5, образованную внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 6. К наружному корпусу 6 присоединены трубопровод 7 производственного отбора пара с установленным на нем блоком защитно-регулирующих клапанов (БЗРК) 8 и трубопровод 9 подвода пара НД с установленным на нем СРК НД 10. В наружном корпусе 6 установлены ступени части среднего давления (ЧСД) 11, за которыми выполнена камера 12 верхнего регулируемого отопительного отбора пара, к которой подключен трубопровод 13 верхнего регулируемого отопительного отбора пара с установленным на нем защитным клапаном 14. Также в наружном корпусе 6 установлены ступени промежуточного отсека 15, за которыми выполнена камера 16 нижнего регулируемого отопительного отбора пара, к которой подключен трубопровод 17 нижнего регулируемого отопительного отбора пара. Турбина содержит поворотную регулирующую диафрагму части низкого давления (ЧНД) 18, ротор 19, установленный на переднем опорно-упорном подшипнике 20 и заднем опорном подшипнике 21, переднее концевое уплотнение 22, установленное в наружном корпусе 6 и промежуточное уплотнение 23, которое установлено во внутреннем корпусе 3. Такая паровая турбина, выполняемая с регулируемым производственным отбором пара, может содержать (см. п.2 формулы) цилиндрическую поворотную регулирующую диафрагму 24.

Во время работы турбины пар ВД от котла-утилизатора через открытый БКСРК ВД 1 поступает по трубопроводу 2 во внутренний корпус 3 и проходит ступени ЧВД 4, которые рассчитаны и спроектированы так, что при максимальном расходе пара ВД пар срабатывает до давления несколько ниже давления пара НД, которое на всех режимах поддерживается постоянным и повышенным до 1,3-1,5 МПа, которое, как правило, необходимо для производственных нужд и выше давления 0,6-0,7 МПа, часто применяемого для пара НД. Затем поток пара разворачивается на 180° и поступает в камеру МКП 5 между внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 6. В случае если расход пара производственного отбора ПГУ больше расхода пара НД от котла-утилизатора, то закрывается СРК НД 10 и пар НД по трубопроводу 9 в турбину не подводится и открывается БЗРК 8, и часть пара по трубопроводу 7 уходит на производственный отбор. Если производственный отбор пара не требуется или его расход меньше расхода пара НД от котла-утилизатора, то БЗРК 8 закрыт и пар по трубопроводу 7 не отбирается. В случае если расход производственного отбора пара на производство меньше расхода пара НД от котла-утилизатора, СРК НД 10 открывается, остальной пар НД по трубопроводу 9 подводится в турбину. Далее пар из камеры МКП 5 попадает на ступени ЧСД 11, пройдя которые может частично уходить на верхний регулируемый отопительный отбор из камеры 12 через открытый защитный клапан 13 по трубопроводу 14. Затем пар, пройдя ступени промежуточного отсека 15, может частично или полностью уходить на нижний регулируемый отопительный отбор из камеры 16 по трубопроводу 17. Регулирование давления в камерах 12 и 16 осуществляется поворотной регулирующей диафрагмой ЧНД 18.

По п.2 формулы в случае выполнения по трубопроводу 7 из турбины производственного отбора пара регулирование давления в камере МКП 5 осуществляется цилиндрической поворотной регулирующей диафрагмой 24.

Таким образом, применение представленной конструкции одноцилиндровой теплофикационной паровой турбины для ПГУ решает задачу изобретения по организации в одноцилиндровой турбине мощностью свыше 60 МВт двух регулируемых отопительных и производственного отборов пара, между которыми обеспечивается достаточное для их организации расстояние.

К достигаемому технико-экономическому эффекту использования турбины, представляемой изобретением, также следует отнести:

- получение наименьшего осевого расстояния между подшипниками 20 и 21, при обеспечении прочности и жесткости ротора 19, выполняя условия допустимого статического прогиба (<0,5 мм) ротора 19 и возникающих в нем напряжений при мощности турбины свыше 60 МВт путем сокращения осевого размера, упрощенного по сравнению с прямоточной схемой движения пара в цилиндре, переднего концевого уплотнения 22, которое уменьшает утечки пара НД против ВД в прямоточной схеме, а также сокращения до размеров паровпуска ВД осевого размера промежуточного уплотнения 23, которое уменьшает утечки пара ВД в камеру перед ступенями ЧСД 11 с давлением НД, близким к 1,3-1,5 МПа вместо часто 0,6-0,7 МПа, что позволяет сократить утечки при одной и той же длине промежуточного уплотнения 23 и зазоре между промежуточным уплотнением 23 и ротором 19;

- простота в осуществлении экономически оптимальных ступеней ЧСД 11 вне внутреннего корпуса 3;

- улучшение маневренности турбины за счет сокращения времени прогрева внутреннего корпуса 3, в связи с уменьшением его длины и толщины, уменьшения разницы между температурой пара, проходящего ступени ЧВД внутри корпуса 3, и температурой пара, его омывающего в камере МКП 5;

- не требует организации отвода пара ВД из переднего концевого уплотнения 22;

- для организации камеры производственного отбора пара и выполнения цилиндрической поворотной регулирующей диафрагмы 24 производственного отбора не требуется дополнительное осевое расстояние, что также позволяет не увеличивать осевое расстояние между подшипниками 20 и 21;

- обеспечение оптимальной разгрузки осевого усилия от лопаток в ступенях ЧВД 4 и лопаток в ступенях ЧСД 11, промежуточного отсека 15 и ЧНД18.

Одноцилиндровая теплофикационная турбина для парогазовой установки с петлевой схемой движения пара в цилиндре, подводом пара высокого давления, подводом пара низкого давления и двумя регулируемыми отопительными отборами пара. Пар низкого давления подводится с давлением, повышенным до давления производственного отбора пара в камеру межкорпусного пространства. В ту же камеру после разворота потока на 180° поступает пар, прошедший ступени части высокого давления, расположенные во внутреннем корпусе. Тем самым организована петлевая схема движения пара в цилиндре, подвод и производственный отбор пара из камеры межкорпусного пространства одноцилиндровой турбины для парогазовой установки мощностью от 60 до 120 МВт. Достигается обеспечение прочностной надежности конструкции, компактности, улучшение маневренности турбины. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Одноцилиндровая теплофикационная турбина для парогазовой установки с петлевой схемой движения пара в цилиндре, подводом пара высокого давления, подводом пара низкого давления и двумя регулируемыми отопительными отборами пара, отличающаяся тем, что пар низкого давления подводится с давлением, повышенным до давления производственного отбора пара, в камеру межкорпусного пространства, в которую после разворота потока на 180° поступает пар прошедший ступени части высокого давления, расположенные во внутреннем корпусе, тем самым организовывая петлевую схему движения пара в цилиндре, подвод и производственный отбор пара из камеры межкорпусного пространства с обеспечением прочностной надежности конструкции одноцилиндровой турбины для парогазовой установки мощностью от 60 до 120 МВт.

2. Одноцилиндровая теплофикационная турбина для парогазовой установки по п.1, отличающаяся тем, что за камерой межкорпусного пространства содержится цилиндрическая регулирующая диафрагма производственного отбора, выполненная конструктивно заодно с обоймой ступеней отсека, следующего за камерой межкорпусного пространства для организации из нее производственного отбора пара с регулируемым давлением.