СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТУРБИНЫ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕКЦИИ ТУРБИНЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2013 года по МПК F02C7/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, относится к паровым турбинам, а более конкретно, к паровым турбинам, использующим внутренний поток утечки в качестве охлаждающего потока промежуточного подогрева.

Уровень техники

Из уровня техники известна система охлаждения турбины (US 6443690), имеющая контроллер, выполненный с возможностью управления давлением охлаждающего пара, клапан управления охлаждающим паром, соединенный с трубой для охлаждающего пара и контроллером, первый датчик давления, находящийся в сообщении с контроллером, и расположенный вблизи впуска IP турбины и ниже по потоку от уравновешивающего поршня для измерения давления на впуске, и ближе ко второй IP турбине, и второй датчик давления, находящийся в сообщении с контроллером в трубе выше по потоку от первого датчика давления и уравновешивающего поршня и ниже по потоку от клапана управления охлаждающим паром, для измерения давления охлаждающего пара таким образом, что клапан управления охлаждающим потоком функционально открывается и закрывается для поддержания давления в трубе для охлаждающего пара на заданном уровне, который выше, чем давление на впуске второй IP турбины.

Паровые турбины часто размещаются последовательно с варьирующимися давлениями пара, так что секция высокого давления, секция промежуточного давления и секция низкого давления может быть размещена одна за другой. Пар, в общем, может извлекаться из парового тракта секции с высоким давлением и использоваться дальше в качестве охлаждающего потока. Поскольку теплосодержание пара, извлекаемого из парового тракта, может существенно варьироваться, точное теплосодержание извлекаемого пара может быть трудно предсказуемым.

В частности, величину переохлаждения, в общем, может быть необходимо обеспечивать, к примеру, чтобы температуры пространства колес промежуточной секции поддерживались в рамках конструкционных требований. Чтобы обеспечить это, с учетом неопределенности парового тракта может потребоваться некоторая величина переохлаждения. Тем не менее, переохлаждение может вызывать другие конструкционные проблемы, такие как деформация оболочки, вибрации, повреждение внешней оболочки и т.д. Эти проблемы могут быть обусловлены чрезмерными несовпадениями температур между температурой охлаждения пара и температурами металла в пространстве колес.

Имеется поток утечки, который выходит через зазор между внутренней и внешней оболочками турбины. Этот поток включает в себя поток через внутреннее торцевое уплотнительное кольцо и соответствующий поток утечки через сопло. Этот поток утечки, в общем, считается потерей энергии в системе. В случаях использования потока утечки он используется в качестве прямого охлаждающего потока из одного источника, т.е. температура потока может не регулироваться.

Следовательно, есть потребность в усовершенствованных системах и способах охлаждения. Предпочтительно, такие усовершенствованные системы и способы могут использовать поток утечки производительным и эффективным способом при повышении эффективности всей системы.

Сущность изобретения

Таким образом, настоящая заявка описывает систему охлаждения турбины с первой секцией и второй секцией. Первая секция может включать в себя первую линию для отведения первого потока с первой температурой из первой секции, вторую линию для отведения второго потока со второй температурой, меньшей первой температуры, из первой секции, и объединенную линию для направления объединенного потока из первого потока и второго потока во вторую секцию.

Заявка дополнительно описывает способ охлаждения секции турбины с промежуточным давлением с помощью потока утечки из секции турбины с высоким давлением. Способ включает в себя этапы направления потока утечки от секции турбины с высоким давлением, комбинирования потока утечки с потоком промежуточного подогрева из секции турбины с высоким давлением, чтобы сформировать комбинированный поток, и направления комбинированного потока в секцию турбины с промежуточным давлением.

Настоящая заявка дополнительно описывает систему охлаждения турбины с секцией с высоким давлением и секцией с промежуточным давлением. Система охлаждения может включать в себя первую линию для отведения потока утечки из секции с высоким давлением, вторую линию для отведения потока промежуточного подогрева из секции с высоким давлением, и объединенную линию для направления объединенного потока из потока утечки и потока промежуточного подогрева в секцию с промежуточным давлением. Дроссельный клапан может размещаться во второй линии, так чтобы варьировать скорость расхода холодного потока промежуточного подогрева.

Согласно изобретению предлагается система охлаждения турбины с первой секцией и второй секцией, содержащая: первую линию для отведения первого потока из первой секции; при этом первый поток имеет первую температуру; вторую линию для отведения второго потока из первой секции; при этом второй поток имеет вторую температуру ниже первой температуры; и объединенную линию для направления объединенного потока, содержащего первый поток и второй поток во вторую секцию; и причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру.

Предпочтительно первая линия содержит первый клапан, чтобы не допустить обратного потока в первую секцию.

Предпочтительно вторая линия содержит дроссельный клапан (200).

Предпочтительно дроссельный клапан имеет переменную скорость расхода.

Предпочтительно объединенная линия содержит клапан объединенной линии.

Предпочтительно клапан объединенной линии открывается, когда турбина превышает заданную загрузку.

Предпочтительно клапан объединенной линии открывается, когда вторая секция превышает заданную температуру.

Предпочтительно клапан объединенной линии содержит гидравлический клапан.

Кроме того, согласно изобретению предлагается способ охлаждения секции турбины с промежуточным давлением с помощью потока утечки из секции турбины с высоким давлением, содержащий этапы, на которых: - направляют поток утечки от секции турбины с высоким давлением; - комбинируют поток утечки с потоком промежуточного подогрева из секции турбины с высоким давлением для сформирования комбинированного потока; и направляют комбинированный поток в секцию турбины с промежуточным давлением, причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру.

Эти и другие признаки настоящей заявки должны стать очевидными специалистам в данной области техники при рассмотрении совместно с чертежами и прилагаемой формулой изобретения.

Охлаждающая система заявленного изобретения обеспечивает первый и второй пути потока, которые объединяются и используются в секции с промежуточным давлением или низким давлением для того, чтобы уменьшить температуру пространства колес стадии подогрева. За счет объединения первого и второго путей потока, широкий диапазон температур может быть использован для уменьшения риска переохлаждения при увеличении надежности и эффективности турбины.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - это схематичное представление паровой турбины с системой охлаждения, описываемой в данном документе.

Фиг.2 - это схематичное представление паровой турбины с альтернативным вариантом осуществления системы охлаждения, описываемой в данном документе.

Подробное описание изобретения

Ссылаясь теперь на чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции ссылаются на аналогичные элементы, указанные на нескольких видах, фиг.1 иллюстрирует турбинную систему 100, описанную в данном документе. Турбинная система 100 может включать в себя секцию 110 с высоким давлением (HP) и промежуточную секцию (IP) 120. Секция с низким давлением (LP), в общем, также может быть использована. HP-секция 110 и IP-секция 120 может размещаться на валу 130. Турбинная система 100 также включает в себя ряд диафрагменных уплотнений 140 для различных каскадов. Уплотнения 140 могут иметь переменный радиальный зазор и переменное число уплотнительных зубцов. Холодная линия 150 промежуточного подогрева, в общем, может быть использована из более высоких каскадов HP-секции 110 ниже по потоку проходя мимо более низких каскадов. Другие конфигурации турбин могут быть использованы в данном документе.

Турбинная система 100 дополнительно может включать в себя систему 160 охлаждения IP. Система 160 охлаждения IP может включать в себя первую линию 170. Первая линия 170 может размещаться ниже по потоку HP-секции 110 и направляет поток утечки от утечки между внутренней и внешней оболочками, включающий поток через внутреннее торцевое уплотнительное кольцо и соответствующий поток утечки через сопло, от HP-секции 110.

Первая линия 170 имеет первый клапан 180, размещенный на ней. Первый клапан 180 может управляться вручную. Отверстие клапана может определяться посредством требуемого диапазона давления вокруг холодного давления промежуточного подогрева. Диапазон может составлять от порядка двух процентов (2%) до порядка пяти процентов (5%). Другие диапазоны могут быть использованы в данном документе. Первый клапан 180 может предотвращать протекание какого-либо отработанного пара из HP-секции 110 в обратном направлении между внутренней и внешней оболочкой и потенциальную причину деформации оболочки. Первый клапан 180 может регулироваться при настройке блоков, чтобы предоставлять поток с целевой температурой охлаждения. Клапан 180 далее может блокироваться или регулироваться впоследствии.

Система 160 охлаждения также включает в себя вторую линию 190. Вторая линия 190 может быть связана с холодной линией 150 промежуточного подогрева. Вторая линия 190 обеспечивает охлаждающий пар. Вторая линия 190 может включать в себя второй клапан 200, размещенный в ней. Второй клапан 200 может быть дроссельным клапаном. Второй клапан 200 открывается, когда температура охлаждающего пара выше, к примеру, порядка 925 градусов по Фаренгейту (порядка 496 градусов по Цельсию). Другие температуры могут быть использованы в данном документе. Открытие второго клапана 200 может быть определено посредством целевой температуры охлаждающего пара. Второй клапан 200 может предоставлять переменную скорость протекания через него. Второй клапан 200 не допускает чрезмерные температуры в IP-секции 120.

Первая линия 170 и вторая линия 190 могут объединяться в объединенную линию 210 посредством Т-образного соединения или другого типа соединителя. Объединенная линия 210 идет в IP-секцию 120. Объединенная линия 210 может иметь клапан 220 объединенной линии, размещенный в ней. Клапаном 220 объединенной линии может быть гидравлически управляемый клапан, который может полностью открываться и закрываться. Клапан 220 объединенной линии может закрываться с тем, чтобы не допускать протекания пара из HP-секции 110 в IP-секции 120 и способствовать созданию режима завышенной скорости. Клапан 220 объединенной линии может открываться, когда загрузка паровой турбины выше примерно пяти процентов (5%) и т.п., и температура горячей задней части выше примерно 1025 градусов по Фаренгейту (примерно 552 градуса по Цельсию). Другие температуры могут быть использованы в данном документе. Отверстие 230 регулирования расхода также может размещаться в объединенной линии 210. Отверстие 230 регулирования расхода может измерять скорость расхода охлаждающего пара. Может быть использована точность порядка +/- пяти процентов (5%). Могут быть использованы другие диапазоны в данном документе.

При использовании пар внутренней утечки протекает через первую линию 170, тогда как более холодный пар предоставляется через вторую линию 190 из холодной линии 150 промежуточного подогрева. Второй клапан 200, в основном, открывается, когда охлаждающий пар имеет достаточную температуру. Пары объединяются в объединенной линии 210, при этом клапан 220 объединенной линии открывается на основе заданного давления и температуры. Объединенные пары затем используются в IP-секции 120, с тем чтобы понижать температуру пространства колес первой стадии промежуточного подогрева, и в ином случае. Применение горячего пара и более холодного пара, таким образом, предоставляет более широкий диапазон температур охлаждения, с тем чтобы уменьшить риск переохлаждения при повышении общей надежности турбины.

Система 160 охлаждения проверялась в рамках ряда рабочих режимов. Эти режимы включают в себя корневую реакцию от нуля (0) до примерно двадцати процентов (20%), загрузку паровой турбины от примерно тридцати процентов (30%) до примерно полной загрузки (100%) (при условии температур полной загрузки и при работе при скользящем давлении), перепад давления промежуточного пароподогревателя от примерно пяти процентов (5%) до примерно восьми процентов (8%), зазор от сопла до торцевого уплотнения от примерно 0,01 до примерно 0,08 дюймов (примерно 0,25 до примерно двух (2) миллиметров), и перепады давления от местной вытяжки до HP-выпуска от примерно двух процентов (2%) до примерно пяти процентов (5%). Учитывались теплопроводность и воздействие поперечного потока. В общем, температура пространства колес поддерживалась в рамках примерно 925° по Фаренгейту (примерно 496° по Цельсию) с потоком охлаждающего пара от примерно в 20,000 фунтов массы/час (примерно 9,072 кг/час) для нормальных зазоров и примерно 30,000 фунтов массы/час (примерно 13,608 кг/час) для двойных зазоров при полной загрузке (100%) до между примерно 5,000 и 10,000 фунтов массы/час (примерно 2,268 и 4,536 кг/час) для нормальных зазоров и между примерно 10,000 и 15,000 фунтов массы/час (примерно 4,536 и 6,804 кг/час) для двойных зазоров при загрузке примерно в тридцать процентов (30%). В данном документе могут быть использованы другие температуры и скорости расхода. Следовательно, температура охлаждающего пара может регулироваться, как требуется, между горячим паром внутренней утечки и холодным паром промежуточного подогрева. Поскольку температура может контролироваться, текущее требование по подогреву может снижаться. Аналогично, использование потока парового тракта может быть исключено. Дополнительно, использование потока утечки может повышать общую эффективность системы примерно на 0,35 процента или около того. Дополнительные усовершенствования также могут быть возможны.

Фиг.2 иллюстрирует альтернативную систему 250 охлаждения. Вместо или помимо холодной линии 150 промежуточного подогрева данный вариант осуществления может включать в себя линию 260 утечки через торцевое уплотнение с высоким давлением. Линия 260 утечки через торцевое уплотнение с высоким давлением может направлять пар утечки через торцевое уплотнение во вторую линию 190 и/или объединенную линию 210. Пар утечки через торцевое уплотнение с высоким давлением также может выступать в качестве "холодного" источника пара в системе 100, полностью. Другие источники могут быть использованы в данном документе.

Должно быть очевидным, что вышеописанное относится только к предпочтительным вариантам осуществления настоящей заявки, и что множество изменений и модификаций могут быть выполнены в данном документе специалистами в данной области техники без отступления от общей сущности и объема изобретения, определяемой прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентов.

100 - турбинная система

110 - секция с высоким давлением (HP)

120 - промежуточная секция (IP)

130 - вал

140 - диафрагменные уплотнения

150 - холодная линия промежуточного подогрева

160 - система охлаждения IP

170 - первая линия

180 - первый клапан

190 - вторая линия

200 - второй клапан

210 - объединенная линия

220 - клапан объединенной линии

230 - отверстие регулирования расхода

Система охлаждения турбины с первой секцией и второй секцией содержит первую линию для отведения первого потока из первой секции, имеющий первую температуру, вторую линию для отведения второго потока из первой секции, имеющий вторую температуру ниже первой температуры; и объединенную линию для направления объединенного потока, содержащего первый поток и второй поток во вторую секцию. Объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру. Способ охлаждения секции турбины с промежуточным давлением с помощью потока утечки из секции турбины с высоким давлением содержит этапы, на которых: направляют поток утечки от секции турбины с высоким давлением. Далее комбинируют поток утечки с потоком промежуточного подогрева из секции турбины с высоким давлением для сформирования комбинированного потока; и направляют комбинированный поток в секцию турбины с промежуточным давлением, причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру. Изобретение направлено на повышение эффективности системы охлаждения турбины. 2 н. и 7 з.п ф-лы, 2 ил.

1. Система (160) охлаждения турбины (100) с первой секцией (110) и второй секцией (120), содержащая:
- первую линию (170) для отведения первого потока из первой секции (110);
- при этом первый поток имеет первую температуру;
- вторую линию (190) для отведения второго потока из первой секции (110);
- при этом второй поток имеет вторую температуру ниже первой температуры; и
- объединенную линию (210) для направления объединенного потока, содержащего первый поток и второй поток во вторую секцию (120); и
причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру.

2. Система (160) охлаждения по п.1, в которой первая линия (170) содержит первый клапан (180), чтобы не допустить обратного потока в первую секцию.

3. Система (160) охлаждения по п.1, в которой вторая линия (190) содержит дроссельный клапан (200), который открывается, когда второй поток превышает пороговую температуру.

4. Система (160) охлаждения по п.3, в которой дроссельный клапан (200) имеет переменную скорость расхода.

5. Система (160) охлаждения по п.1, в которой объединенная линия (210) содержит клапан (220) объединенной линии.

6. Система (160) охлаждения по п.5, в которой клапан (220) объединенной линии открывается, когда турбина (100) превышает заданную загрузку.

7. Система (160) охлаждения по п.5, в которой клапан (220) объединенной линии открывается, когда вторая секция (120) превышает заданную температуру.

8. Система (160) охлаждения по п.5, в которой клапан (220) объединенной линии содержит гидравлический клапан.

9. Способ охлаждения секции (120) турбины с промежуточным давлением с помощью потока утечки из секции (110) турбины (100) с высоким давлением, содержащий этапы, на которых:
- направляют поток утечки от секции (110) турбины с высоким давлением;
- комбинируют поток утечки с потоком промежуточного подогрева из секции (110) турбины с высоким давлением для сформирования комбинированного потока; и
- направляют комбинированный поток в секцию (120) турбины с промежуточным давлением, причем объединенный поток образуется, когда второй поток превышает заданную температуру.