ПАРОВАЯ ТУРБИНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2015 года по МПК F01D19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение в целом относится к паровым турбинам и устройству для запуска паровой турбины. Более конкретно, данное изобретение относится к созданию возможности поступления пара в паровой тракт паровой турбины у входного отверстия для упрощения запуска паровой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В патенте США №968839 описана турбина, содержащая группу ступеней, через которую проходит тракт для текучей среды. Указанная турбина также содержит впускное отверстие для введения текучей среды в тракт, выпускное отверстие, расположенное у последней ступени и предназначенное для выхода отработанной текучей среды из турбины, и входное отверстие, предназначенное для поступления текучей среды в тракт в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия. При такой конфигурации текучая среда проходит через турбину в виде прямого потока от впускного и/или входного отверстий к выпускному отверстию, при этом температура текучей среды постепенно повышается по мере прохождения тракта, что требует использования дорогостоящих материалов, способных выдерживать чрезмерные температуры, возникающие в последней ступени турбины при запуске.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается паровая турбина и устройство для ее запуска, причем турбина содержит группу ступеней, паровой тракт, проходящий через указанную группу ступеней, впускное отверстие для подведения пара в первую ступень, выпускное отверстие, расположенное у последней ступени и предназначенное для обеспечения выхода отработанного пара из паровой турбины, входное отверстие, предназначенное для обеспечения поступления пара в паровой тракт в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия, и выходное отверстие, предназначенное для обеспечения выхода пара из парового тракта и расположенное выше по потоку от входного отверстия с обеспечением создания обратного потока пара к выходному отверстию из входного отверстия.

В первом аспекте данного изобретения предложена паровая турбина, содержащая группу ступеней, паровой тракт, проходящий через указанную группу ступеней, впускное отверстие, предназначенное для подведения пара в первую ступень, выпускное отверстие, расположенное у последней ступени и предназначенное для обеспечения выхода отработанного пара из паровой турбины, входное отверстие, предназначенное для обеспечения поступления пара в паровой тракт в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия, и выходное отверстие, предназначенное для обеспечения выхода пара из парового тракта и расположенное выше по потоку от входного отверстия с обеспечением создания обратного потока пара к выходному отверстию из входного отверстия.

Во втором аспекте данного изобретения предложено устройство для запуска паровой турбины, имеющей группу ступеней и паровой тракт, проходящий через указанную группу ступеней, причем устройство для запуска содержит впускное отверстие для подведения пара к первой ступени, выпускное отверстие, расположенное у последней ступени и предназначенное для обеспечения выхода отработанного пара из паровой турбины, входное отверстие, предназначенное для обеспечения поступления пара в паровой тракт в месте, распложенном ниже по потоку от впускного отверстия, и выходное отверстие, предназначенное для обеспечения выхода пара из парового тракта и расположенное выше по потоку от входного отверстия с обеспечением создания обратного потока пара к выходному отверстию из входного отверстия.

Наличие выходного отверстия, расположенного выше по потоку от входного отверстия и обеспечивающего создание обратного потока более холодного пара из входного отверстия к выходному отверстию, обеспечивает поддержание температуры и давления пара в группе ступеней для сохранения предпочтительной температуры во время запуска.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие свойства данного изобретения будут более понятны из последующего подробного описания различных аспектов данного изобретения совместно с сопроводительным чертежом, изображающим различные аспекты данного изобретения, на котором

Фиг. 1 показывает паровую турбину в одном варианте выполнения данного изобретения, включая прохождение пара.

Отметим, что указанный чертеж выполнен не в масштабе. Данный чертеж предназначен для изображения только типичных аспектов данного изобретения и поэтому не должен рассматриваться как ограничивающий объем правовой охраны данного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как указано выше, аспекты данного изобретения относятся к паровой турбине и устройству для запуска паровой турбин. Кроме того, данное изобретение относится к способу запуска паровой турбины, который более эффективно использует пар и обеспечивает улучшенный запуск и возможность загрузки. При работе паровой турбины предпочтительно избегать чрезмерной температуры у ее последней ступени во время запуска и, соответственно, использования дорогостоящих материалов. Возможность использовать пар, поступающий в паровую турбину и паровой тракт в месте, отличном от впускного отверстия в первой ступени, приведет к большему потоку пара, необходимому для устранения потерь при запуске, и, соответственно, к более низкой температуре в последней ступени.

Обратимся к чертежу, где на фиг. 1 схематически показана паровая турбина 100. Фиг. 1 также иллюстрирует прохождение потока пара внутри паровой турбины 100. Турбина 100 может быть конденсационной турбиной или турбиной с противодавлением. Паровая турбина 100 содержит группу ступеней 102, которые обеспечивают вращение вала для выработки электроэнергии по мере прохождения через них пара. Паровой тракт 108 может проходить через группу ступеней 102.

Паровая турбина 100 содержит впускное отверстие 104, соединенное с первой ступенью 101 для подведения к ней пара. От первой ступени 101 пар перемещается через тракт 108 в группу ступеней 102. Пар, который поступает в тракт 108 от первой ступени 101, обеспечивает работу паровой турбины 100 с созданием электроэнергии. Пар, поступающий через впускное отверстие 104, проходит через первую ступень 101, а затем через группу ступеней 102 в прямом потоке 114. Под прямым потоком понимается направление пара, поступающего в паровую турбину 100 через впускное отверстие 104 и проходящего к выпускному отверстию 106 по тракту 108. Другими словами, под прямым потоком 114 понимается перемещение пара от верхней по потоку области 120 к нижней по потоку области 122.

У последней ступени 103 паровая турбина 100 содержит выпускное отверстие 106, из которого, после выработки электроэнергии в турбине 100, отработанный пар под давлением выходит из тракта 108 после прохождения через группу ступеней 102 и последнюю ступень 103.

Паровая турбина 100 также может иметь входное отверстие 110, которое может быть расположено ниже по потоку от впускного отверстия 104 и которое обеспечивает поступление пара в тракт 108. Поступающий в тракт 108 через входное отверстие 110 пар может перемещаться к верхней по потоку области 120 и/или к нижней по потоку области 122 турбины 100.

Паровая турбина 100 также может иметь выходное отверстие 112, которое может использоваться для обеспечения выхода пара из тракта 108. Выходное отверстие 112 может быть расположено выше по потоку от входного отверстия 110 и может быть расположено у места расположения впускного отверстия 104. Выходное отверстие 112 может использоваться для создания обратного потока пара к выходному отверстию из входного отверстия 110. Паровая турбина 100 также может содержать выпускной клапан 113, который может быть присоединен к выходному отверстию 112 и может обеспечивать регулирование температуры и давления пара в паровом тракте 108 выше по потоку от входного отверстия 110. Кроме того, паровая турбина 100 может содержать регулирующий клапан 118, который может быть введен в паровой тракт 108. Как выпускной клапан 113, так и регулирующий клапан 118 могут быть введены в паровой тракт в одном и том же месте. Регулирующий клапан 118 может использоваться для регулирования потока пара и давления в паровом тракте 108. Кроме того, регулирующий клапан 118 также может использоваться для остановки работы паровой турбины 100.

Как изложено в этом описании, пар, поступающий во впускное отверстие 104, может использоваться для выработки электроэнергии в паровой турбине 100. То есть пар по мере его поступления во впускное отверстие 104 вводится в первую ступень 101, от которой проходит через тракт 108, проходя к группе ступеней 102. От группы ступеней 102 пар через тракт 108 поступает в последнюю ступень 103, а затем выходит из турбины 100 через выпускное отверстие 106.

Запуск паровой турбины 10 может обеспечиваться посредством пара, входящего во впускное отверстие 104 или входное отверстие 110. Как изложено в данном описании, пар, поступающий во входное отверстие 110, может обеспечивать улучшенный запуск паровой турбины 100, так как она требует большего потока для компенсации обусловленных запуском потерь, и, соответственно, результатом этого будет более низкая температура последней ступени 103.

По мере поступления пара из входного отверстия 110 в тракт 108 часть пара 115 проходит к нижней по потоку области 122 турбины 100. По мере прохождения части пара 115 от входного отверстия 110 через группу ступеней 102 в прямом потоке 114 ниже по потоку от входного отверстия 110 часть пара 115 может вырабатывать достаточно электроэнергии для компенсации обусловленных запуском потерь. Часть пара 115, проходящая от входного отверстия 110, может вырабатывать электроэнергию по мере перемещения пара через группу ступеней 102 ниже по потоку от входного отверстия 110 в прямом потоке 114.

Пар 117, проходящий из входного отверстия 110, может также поступать в паровой тракт 108 и перемещаться к верхней по потоку области 120 турбины 100. Пар 117 по мере его прохождения из входного отверстия 110 через группу ступеней 102 и выше по потоку от входного отверстия 110 может быть более холодным, чем пар, поступающий через впускное отверстие 104. Температура более холодного пара у впускного отверстия 110 обеспечивает улучшенную нагрузку в группе ступеней 102 выше по потоку от входного отверстия 110. Другими словами, пар 117 по мере его перемещения из входного отверстия 110 выше по потоку может обеспечивать обратный поток 116 пара 117 для поддержания температуры и давления пара в группе ступеней 102 для сохранения предпочтительной температуры во время запуска.

В другом варианте выполнения к выходному отверстию 112 присоединен выпускной клапан 113, который регулирует объем пара 117, выходящий из тракта 108 через выходное отверстие 112. Более конкретно, выпускной клапан 113 будет регулировать объем, температуру и давление пара 117 в паровом тракте 108, который выходит из входного отверстия 110 и обеспечивает обратный поток 116 к группе ступеней 102 выше по потоку от входного отверстия 110. С помощью клапана 113, регулирующего объем пара 117, который выходит из тракта 108 (т.е. через выходное отверстие 112) и который поступает из входного отверстия 110, могут поддерживаться предпочтительные давление и температура в паровом тракте 108.

В одном варианте выполнения выпускной клапан 113 может быть откалиброван исходя из нескольких параметров с целью поддержания заданных давления и температуры в паровом тракте 108. Например, к параметрам, которые могут быть учтены при калибровке клапана 113, относятся максимальная рекомендованная температура пара у впускного отверстия 104, максимальная рекомендованная температура пара у выпускного отверстия 106, рекомендованное рабочее давление пара турбины 100 и известное падение температуры и давления пара по мере его прохождения от впускного отверстия 104 к выпускному отверстию 106 через группу ступеней в прямом потоке 114. Выпускной клапан 113 может способствовать регулированию температуры и давления пара 117 в паровом тракте 108 путем регулирования обратного потока 116 пара из входного отверстия 110 к выходному отверстию 112. Например, выпускной клапан 113 может быть откалиброван для большего высвобождения пара, если температура в паровом тракте 108 превышает пороговое значение. С другой стороны, выпускной клапан 113 может быть откалиброван для меньшего высвобождения пара, если давление в тракте 108 падает ниже порогового значения.

В другом варианте выполнения в паровой турбине 100 входное отверстие 110 может включать несколько входных отверстий (не показаны). Кроме того, в паровой турбине 100 выпускное отверстие 106 может включать несколько выпускных отверстий (не показаны). В этом варианте выполнения каждое из не менее одного входного отверстия и/или выпускного отверстия будет работать, по существу, аналогично вышеизложенному.

В дополнительном варианте выполнения может быть выполнено устройство для запуска паровой турбины 100. Это устройство может работать по существу аналогично вышеуказанной паровой турбине 100. Кроме того, устройство запуска может содержать средства модернизации, которые могут использоваться в любой существующей паровой турбине.

Несмотря на то что в данном документе приведено описание различных вариантов выполнения, специалистам в данной области техники следует понимать, что возможно внесение различных сочетаний элементов, изменений или улучшений в данное изобретение, которые подпадают под объем правовой охраны данного изобретения. Кроме того, возможно выполнение различных модификаций, приспосабливающих конкретную ситуацию или материал к идеям и принципам данного изобретения без отклонения от его сущности. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение не ограничивается конкретным вариантом выполнения, приведенным в качестве его предпочтительного варианта выполнения, а распространяется на все варианты, подпадающие под объем правовой охраны, определенный в прилагаемой формуле изобретения.

Перечень элементов

Паровая турбина 100 Первая ступень 101 Группа ступеней 102 Последняя ступень 103 Впускное отверстие 104 Выпускное отверстие 106 Паровой тракт 108 Входное отверстие 110 Выходное отверстие 112 Выпускной клапан 113 Прямой поток 114 Часть пара 115 Обратный поток 116 Пар 117 Регулирующий клапан 118 Верхняя по потоку область 120 Нижняя по потоку область 122

Предложены паровая турбина и устройство для ее запуска. Паровая турбина (100) содержит группу ступеней, паровой тракт (108), впускное отверстие (104), выпускное отверстие (106), входное отверстие (110), выходное отверстие (112). Паровой тракт (108) проходит через указанную группу ступеней (102). Впускное отверстие (104) подводит пар (117) к первой ступени (101), от которой он поступает в паровой тракт (108). Выпускное отверстие (106) расположено у последней ступени (103) и предназначено для обеспечения выхода отработанного пара из парового тракта (108) паровой турбины (100). Входное отверстие (110) предназначено для обеспечения поступления пара (117) в паровой тракт (108) в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия (104). Выходное отверстие (112) предназначено для обеспечения выхода пара (117) из парового тракта (108) и расположено выше по потоку от входного отверстия (110) с обеспечением создания обратного потока (116) пара (117) к выходному отверстию (112) из входного отверстия (110). Наличие выходного отверстия, расположенного выше по потоку от входного отверстия и обеспечивающего создание обратного потока более холодного пара из входного отверстия к выходному отверстию, обеспечивает поддержание температуры и давления пара в группе ступеней для сохранения предпочтительной температуры во время запуска. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Паровая турбина (100), содержащая
группу ступеней,
паровой тракт (108), проходящий через указанную группу ступеней (102),
впускное отверстие (104) для подведения пара (117) к первой ступени (101), от которой он поступает в паровой тракт (108),
выпускное отверстие (106), расположенное у последней ступени (103) и предназначенное для обеспечения выхода отработанного пара из парового тракта (108) паровой турбины (100),
входное отверстие (110), предназначенное для обеспечения поступления пара (117) в паровой тракт (108) в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия (104), и
выходное отверстие (112), предназначенное для обеспечения выхода пара (117) из парового тракта (108) и расположенное выше по потоку от входного отверстия (110) с обеспечением создания обратного потока (116) пара (117) к выходному отверстию (112) из входного отверстия (110).

2. Паровая турбина по п. 1, в которой пар (117), проходящий во входное отверстие (110), обеспечивает запуск турбины и выработку электроэнергии в указанной группе ступеней (102) ниже по потоку от входного отверстия (110).

3. Паровая турбина по п. 1, в которой пар (117), проходящий из впускного отверстия (104), обеспечивает выработку электроэнергии в указанной группе ступеней (102) ниже по потоку от впускного отверстия (104).

4. Паровая турбина по п. 1, в которой пар (117), поступающий в паровой тракт (108) через входное отверстие (110), является более холодным, чем пар (117), поступающий через впускное отверстие (104).

5. Паровая турбина по п. 1, дополнительно содержащая выпускной клапан (113), присоединенный к выходному отверстию (112) и предназначенный для регулирования температуры и давления пара (117) в паровом тракте (108) выше по потоку от входного отверстия (110), причем выпускной клапан (113) обеспечивает регулирование обратного потока (116) пара из входного отверстия (110) к выходному отверстию (112).

6. Паровая турбина по п. 1, включающая группу входных отверстий (110).

7. Паровая турбина по п. 1, включающая группу выпускных отверстий (106).

8. Паровая турбина по п. 1, которая является конденсационной паровой турбиной (100) или паровой турбиной (100) с противодавлением.

9. Устройство для запуска паровой турбины (100), имеющей группу ступеней (102) и паровой тракт (108), проходящий через группу ступеней (102), причем указанное устройство содержит
впускное отверстие (104) для подведения пара (117) к первой ступени (101), от которой он поступает в паровой тракт (108),
выпускное отверстие (106), расположенное у последней ступени и предназначенное для обеспечения выхода отработанного пара из паровой турбины (100),
входное отверстие (110), предназначенное для обеспечения поступления пара (117) в паровой тракт (108) в месте, расположенном ниже по потоку от впускного отверстия (104), и
выходное отверстие (112), предназначенное для обеспечения выхода пара (117) из парового тракта (108) и расположенное выше по потоку от входного отверстия (110) с обеспечением создания обратного потока (116) пара (117) к выходному отверстию (112) из входного отверстия (110).

10. Устройство по п. 9, в котором пар из входного отверстия (110) обеспечивает выработку электроэнергии в указанной группе ступеней (102) ниже по потоку от входного отверстия (110) и которое дополнительно содержит выпускной клапан (113) для регулирования температуры и давления пара (117), выходящего из входного отверстия (110).