ТЕПЛОВОЙ ЭКРАН ДЛЯ ТРУБЫ ВПУСКА ПАРА ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F01D9/06 F01D25/08 F16L59/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к тепловому экрану для улучшения изоляции трубы впуска пара, подающей пар к турбине низкого давления (называемой «LP турбиной»), в частности, в электростанции.

Предпосылки создания изобретения

Традиционно в установке на электростанции турбина низкого давления питается посредством трубы паром под давлением 3-6 бар и с температурой порядка 150°C, и пар должен быть настолько сухим, насколько это возможно, и она выпускает этот пар на выпускной стороне под давлением 40-150 миллибар и с температурой порядка 25°C. Под «сухим паром» понимается то, что пар находится в газообразной форме и не содержит (или практически не содержит) капель в жидкой форме. Теоретически поток пара, входящий в LP турбину, не содержит влаги (или, иначе говоря, должен быть сухим, чтобы не содержать пара в жидком состоянии), тогда как поток пара, покидающий турбину, содержит от 8 до 16% влаги.

Конструкция такой турбины означает, что труба впуска пара частично содержится внутри кожуха турбины и, таким образом, погружена внутри турбины в поток выходящего пара.

В результате этого существуют тепловые взаимодействия между трубой впуска пара и потоком пара, покидающего турбину, и это вызывает охлаждение пара, прибывающего в турбину, таким образом увеличивая его содержание влаги.

Теперь для того, чтобы иметь наилучшую из возможных эффективность, необходимо иметь самый сухой пар из возможных в подающей трубе, что предпочтительно означает «пар с содержанием влаги 0%».

Следовательно, требуется ограничить тепловые взаимодействия между трубой впуска пара и потоком пара, покидающим турбину.

Из уровня техники известен RU 2010125912, содержащий узел, содержащий: трубу и по меньшей мере один сегмент, образованный из по меньшей мере двух жестких оболочек, причем каждая оболочка содержит по меньшей мере одно крепежное отверстие для прикрепления к трубе и по меньшей мере один крепежный элемент, причем: труба содержит по меньшей мере одну бобышку на оболочку, причем эта бобышка прикреплена к трубе.

Техническим результатом заявленного изобретения является ограничение теплового взаимодействия между трубой впуска пара и потоком пара, покидающим турбину и тем самым уменьшения влаги в турбине и, соответственно, увеличение эффективности турбины.

Краткое изложение сущности изобретения

Следовательно, предложен узел, содержащий:

- трубу

- и по меньшей мере один сегмент, образованный из по меньшей мере двух жестких оболочек, причем каждая оболочка содержит по меньшей мере одно крепежное отверстие для прикрепления к трубе и по меньшей мере один крепежный элемент, причем:

труба содержит по меньшей мере одну бобышку на оболочке, причем эта бобышка прикреплена к трубе, и на эту бобышку опирается оболочка, по меньшей мере одно отверстие и одна бобышка обращены друг к другу, и крепежный элемент проходит через отверстие, обращенное к бобышке, и крепежный элемент прикреплен к бобышке.

Таким образом, сегмент образует тепловой экран, сводящий к минимуму какой-либо обмен (тепла) со средой, окружающей трубу, в этом примере с выходящим паром.

Преимущественно сегмент имеет форму, подобную форме трубы. Поскольку труба обычно имеет круглое поперечное сечение, следовательно, сегмент также имеет круглое поперечное сечение.

К тому же узел согласно изобретению обеспечивает возможность добавления сегмента, определенного выше в этом документе, например, к уже существующим трубам.

Также возможно помещать бок о бок несколько сегментов друг за другом, чтобы закрыть всю трубу.

В частности, труба или по меньшей мере часть трубы, расположенная в зоне, в которой необходимо свести к минимуму или даже исключить теплообмен, может быть закрыт/закрыта одним сегментом или несколькими расположенными бок о бок сегментами.

Это значит, что сегменты проще транспортировать и/или перемещать согласно размерам трубы, которая должна быть закрыта, или если труба имеет неправильную форму: например, если труба имеет колено или в некоторых местах шире, и так далее.

«Бобышка» означает трубчатый цилиндрический элемент, который преимущественно имеет внутреннюю резьбу.

Согласно одному преимущественному варианту осуществления бобышки прикреплены, например, посредством сварки, к трубе под прямыми углами к поверхности трубы.

Затем оболочки, которые составляют сегмент, устанавливаются таким образом, чтобы крепежный элемент мог быть пропущен через отверстие в оболочке и прикреплен к бобышке. Например, крепежный элемент является болтовым соединением (то есть винтом и гайкой), что значит, что винт ввинчен в бобышку посредством винтовой резьбы и удерживает оболочку на месте посредством простого соприкосновения поверхностей.

Оболочки сегмента также просто упираются в бобышки вокруг трубы.

Таким образом, бобышки сохраняют пространство между сегментом, который образует тепловой экран, и поверхностью трубы.

К тому же согласно преимущественному варианту осуществления первая из оболочек имеет обод на одном боковом крае для частичного закрывания бокового края другой из оболочек, и предпочтительно первая из оболочек имеет два боковых края, каждый с ободом.

Таким образом, оболочки, которые составляют сегмент, опираются друг на друга. Такое соединение как гарантирует герметизацию между оболочками, так и сохраняет возможность перемещения.

Обод может образовывать неотъемлемую часть оболочки или может быть отдельным элементом, приваренным к боковому краю оболочки.

Оболочки выполнены, например, из стали. Если они являются литыми, предпочтительно, чтобы обод образовывал неотъемлемую часть оболочки во время литья, чтобы упростить процесс производства. Оболочки также могут быть преимущественно изогнутыми. Тогда обод может быть образован загибанием или даже прессованием.

Если обод является добавленным элементом, он имеет преимущество, заключающееся в том, что может быть компенсирован зазор и отрегулировано соприкосновение с ободом другой оболочки, чтобы обеспечить уплотнение.

Таким образом, оболочки, посредством упирания в бобышки и друг в друга, испытывают минимальный уровень нагрузки при использовании.

К тому же преимущественно, чтобы обод принадлежал к оболочке, расположенной дальше вверх по потоку в потоке выходящего пара, чем другая оболочка или оболочки, чтобы не создавать зазор, через который может проникнуть пар. К тому же ободы предпочтительно расположены вдоль всей длины трубы, образуя непрерывность.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере одна бобышка и предпочтительно каждая бобышка закрыта колпачком.

Наличие колпачка позволяет исключать тепловую перемычку у бобышек, которые соединяют тепловой экран с трубой. Если используется болтовое соединение, то колпачок накрывает головку винта.

Предпочтительно узел содержит по меньшей мере одну перегородку между первой и второй бобышкой, причем перегородка приварена по меньшей мере к первой бобышке и имеет высоту меньше, чем высота первой бобышки.

Такая перегородка создает препятствие потоку текучей среды между тепловым экраном и трубой, если тепловой экран не обеспечивает должную герметизацию и, следовательно, ограничивает тепловые взаимодействия с трубой и паром, который она содержит.

Тогда возможно расположить перегородки между всеми бобышками или только между некоторыми из них согласно тому, какие зоны сегмента имеют больший или меньший риск утечки.

Согласно одному варианту осуществления, в котором тепловой экран составлен по меньшей мере из двух расположенных бок о бок сегментов, узел предпочтительно содержит перекрывающий элемент, присоединенный по меньшей мере к одной оболочке первого сегмента узла и частично перекрывающий один конец оболочки второго сегмента, для обеспечения герметизации между двумя последовательными сегментами. Перекрывающий элемент также преимущественно опирается на оболочку второго сегмента, расположенного бок о бок с первым. Это также гарантирует свободу перемещения оболочек для сведения к минимуму нагрузки в тепловом экране, в это же время обеспечивая должную герметизацию узла.

Соединение значит, что перекрывающий элемент может образовывать часть оболочки, к которой он прикреплен, например, может представлять собой обод, продлевающий один конец оболочки также как обод, продлевающий боковой край для частичного перекрывания края другой оболочки этого же сегмента, когда оболочки изготовляются посредством литья, например, которое обеспечивает упрощение способа изготовления узла. Боковой край также может быть создан посредством загибания или прессования в зависимости от способа, выбранного для создания оболочек.

Согласно другому способу перекрывающий элемент может быть отдельным элементом, и тогда соединение означает, что он прикреплен, зафиксирован, например, посредством сварки, к концу оболочки. Таким образом, соприкосновение или компенсация зазора могут быть отрегулированы при сборке узла.

Согласно предпочтительному варианту осуществления перекрывающий элемент является Т-образным. Такая форма облегчает прикрепление к оболочке первого сегмента, в это же время гарантируя, что перекрывающий элемент будет упираться в оболочку второго сегмента. К тому же перекрывающий элемент также действует как перегородка у соединения между двумя расположенными бок о бок сегментами для того, чтобы также способствовать ограничению любого потока в случае утечки, возникающей из-за дефектной герметизации теплового экрана.

Преимущественно каждый сегмент и труба между ними образуют пространство постоянной высоты, и предпочтительно каждый сегмент и труба между ними образуют пространство, наполненное воздухом.

Для этого все бобышки предпочтительно имеют одинаковую высоту, например, тридцать миллиметров.

Таким образом, возможно использовать преимущества изолирующих свойств воздуха, в это же время упрощая осуществление узла.

Наконец, второй особенностью также является турбина, содержащая наружный кожух, внутренний кожух, и труба впуска пара, содержащаяся между наружным кожухом и внутренним кожухом, чтобы передавать пар к внутреннему кожуху, причем турбина содержит узел, определенный ранее, и труба узла является впускной трубой, подающей пар к турбине.

Дополнительные преимущества могут быть понятны специалисту в данной области техники из прочтения примеров ниже в этом документе со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые даны в качестве полностью неограничивающего примера.

Краткое описание чертежей

- На фиг. 1 изображен поперечный разрез турбины согласно изобретению.

- На фиг. 2 изображен узел согласно изобретению.

- На фиг. 3 изображен тепловой экран согласно изобретению.

- На фиг. 4a показан вид с торца сегмента, и на фиг. 4b показано соединение между двумя оболочками сегмента.

- Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе соединения между двумя оболочками двух последовательных сегментов.

- Фиг. 6 представляет собой поперечный разрез бобышки с колпачком.

- Фиг. 7 представляет собой поперечный разрез Т-образного перекрывающего элемента.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

Одинаковые элементы, изображенные на фиг. 1-7, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Турбина 1 содержит наружный кожух 11 и внутренний кожух 12, закрывающий лопатки (не изображены).

В нее подается пар посредством по меньшей мере одной трубы 2 впуска пара, содержащейся между наружным кожухом 11 и внутренним кожухом 12.

Пар течет в направлении стрелок, изображенных на фиг. 1.

Пар, входящий в турбину 1, обычно имеет температуру 150°C (градусов Цельсия) и давление 3,5 бар, и пар, выпускаемый у выхода, то есть вытекающий, на фиг. 1, между наружным 11 и внутренним 12 кожухами, имеет давление и температуру, которые гораздо ниже (порядка 46 миллибар и 25°C).

По этой причине существуют проблемы с теплообменом между трубой 2 впуска пара, расположенной между наружным 11 и внутренним 12 кожухами.

В примере, изображенном на фиг. 1 и 2, труба 2, содержащаяся между наружным 11 и внутренним 12 кожухами, полностью накрыта тепловым экраном (теплозащитой) 3, состоящим из нескольких сегментов 31, 32.

В настоящем примере труба 2 имеет круглое поперечное сечение, как и тепловой экран 3.

Каждый сегмент 31, 32 состоит из двух оболочек 311 и 312 или 321 и 322, которые являются жесткими.

Оболочки 311, 312, 321, 322 предпочтительно изогнуты и выполнены из стали.

Оболочки 311, 312 имеют геометрические размеры, которые подобны, так что сегмент 31 частично закрывает прямую цилиндрическую часть трубы 2, тогда как оболочки 321, 322 имеют разные геометрические размеры, так что сегмент 32 частично закрывает изогнутую часть трубы 2.

Каждая оболочка 311, 312, 321, 322 имеет по меньшей мере одно крепежное отверстие 4 (фиг. 6).

Каждая оболочка 311, 312, 321, 322 опирается на по меньшей мере одну бобышку 5, приваренную к трубе 2.

Бобышка 5 образована из полого цилиндрического элемента, содержащего резьбовую внутреннюю поверхность 51 (изображенную штриховой линией на фиг. 6).

Крепежный элемент 6 представляет собой, например, винт 61.

Винт 61 проходит через крепежное отверстие 4 и завинчивается в бобышку 5.

К тому же крепежный элемент 6 накрыт колпачком 62, чтобы избежать существования каких-либо тепловых перемычек у бобышек 5.

Колпачок 62 представляет собой, например, независимый компонент, приваренный к оболочке 311, 312, 321, 322 после того, как крепежный элемент 6 был установлен, и так, чтобы колпачок 62 не соприкасался с крепежным элементом 6.

В изображенном примере все бобышки 5 являются идентичными и, в частности, все имеют одинаковую высоту.

Таким образом, они образуют пространство постоянной высоты между тепловым экраном 3 и трубой 2, так как последний в этом случае является цилиндрическим и правильным (даже несмотря на то, что он имеет колено).

Тем не менее, в других применениях, если труба имеет неправильную форму (такую как, например, изменяемое поперечное сечение), может быть преимущественным, чтобы бобышки имели разные высоты для упрощения образования теплового экрана, который предназначен для покрывания трубы.

По меньшей мере некоторые бобышки 5 имеют перегородку 63, прикрепленную, например, посредством сварки к одной бобышке 5 и проходящую в направлении другой бобышки.

Следовательно, перегородка 63 расположена между двумя бобышками 5 и прикреплена по меньшей мере к одной из двух бобышек, между которыми она расположена, и предпочтительно к двум из них.

Если имеется дефектная герметизация теплового экрана, перегородки 63, таким образом, образуют лабиринт, создающий препятствие для любого потока, чтобы ограничить теплообмен с трубой 2.

Перегородка 63 к тому же имеет высоту меньше, чем высота бобышек 5, между которыми она расположена.

Наконец, оболочки 311, 312, 321, 322 имеют разные соединительные элементы для обеспечения герметизации между двумя оболочками 311, 312, 321, 322 одного и того же сегмента 31, 32 и между двумя последовательными сегментами 31, 32, если тепловой экран 3 содержит несколько сегментов.

Между двумя оболочками 311 и 312, 321 и 322 одного и того же сегмента 31, 32 соединительный элемент представляет собой обод 7, расположенный вдоль бокового (поперечного) края 33 первой оболочки 311, 321. Обод 7 получен посредством загибания. Следовательно, он находится в соприкосновении с краем 34 второй оболочки 312, 322 этого же сегмента, так что соединение между оболочками является соединением, непроницаемым для текучей среды.

В изображенном варианте осуществления, в котором каждый сегмент 31, 32 содержит две оболочки 311, 312, 321, 322, первые оболочки 311, 321 подразумеваются как оболочки, расположенные дальше всего вверх по потоку в потоке выходящего пара, и, следовательно, эти первые оболочки 311, 321 содержат обод 7 вдоль каждого из их двух боковых (поперечных) краев 33.

Расположение ободов 7 на оболочках 311, 321, самых дальних вверх по потоку, улучшает герметизацию соединения между оболочками одного и того же сегмента посредством образования зазора, открытого к прибывающему потоку, который может поддерживать проникновение пара.

Между двумя последовательными сегментами 31, 32 соединительный элемент представляет собой перекрывающий элемент 8.

Перекрывающий элемент 8 в этом примере является компонентом, отдельным от оболочек и прикрепленным, посредством сварки, к одному концу 35 первой оболочки (311, 312, 321, 322) первого сегмента (31, 32), причем этот сегмент, предпочтительно и при возможности, представляет собой сегмент, расположенный дальше всего вверх по потоку в потоке выходящего пара, для того, чтобы также обеспечивать лучшую герметизацию; к тому же он частично накрывает конец 36 оболочки (311, 312, 321, 322) второго сегмента (31, 32), который, следовательно, расположен дальше вниз по потоку в этом потоке.

Таким образом, какой бы соединительный элемент 7, 8 ни подразумевался, он предпочтительно прикреплен к оболочке 311, 312, 321, 322, которая расположена дальше всего вверх по потоку в потоке выходящего пара и частично накрывает оболочку 311, 312, 321, 322 дальше вниз по потоку в этом потоке. Тем не менее, если поток ортогонален оболочке, то есть если невозможно определить, какая оболочка является самой дальней вверх по потоку, соединительный элемент 7, 8 может быть расположен на одной или на другой оболочке, причем ни одна из этих альтернатив не является предпочтительной относительно другой.

К тому же перекрывающий элемент 8 является Т-образным, чтобы он также образовывал перегородку таким же образом, как перегородки 63, расположенные между двумя бобышками 5.

Наконец, уплотнение 71, например, в форме накрывающей пластины, преимущественно расположено у соединений между соединительными элементами 7 и 8, чтобы закрывать любой зазор, который может оставаться в этой точке.

Турбина содержит наружный кожух, внутренний кожух и трубу впуска пара, содержащуюся между наружным кожухом и внутренним кожухом, чтобы передавать пар к внутреннему кожуху. Турбина содержит узел турбины, содержащий трубу и по меньшей мере один сегмент. Сегмент образован из по меньшей мере двух жестких оболочек. Каждая оболочка содержит по меньшей мере одно крепежное отверстие для прикрепления к трубе и по меньшей мере один крепежный элемент. Труба содержит по меньшей мере одну бобышку с внутренней резьбой на оболочку. Бобышка приварена к трубе, и на эту бобышку опирается оболочка. По меньшей мере одно отверстие и одна бобышка обращены друг к другу. Крепежный элемент проходит через отверстие, обращенное к бобышке, и крепежный элемент прикреплен к бобышке. Упомянутая труба узла является упомянутой впускной трубой, подающей пар к турбине. Достигается ограничение теплового взаимодействия между трубой впуска пара и потоком пара, покидающим турбину, и тем самым уменьшение влаги в турбине и, соответственно, увеличение эффективности турбины. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Узел турбины, содержащий:
- трубу (2)
- и по меньшей мере один сегмент (31, 32), образованный из по меньшей мере двух жестких оболочек (311, 312, 321, 322), причем каждая оболочка (311, 312, 321, 322) содержит по меньшей мере одно крепежное отверстие (4) для прикрепления к трубе (2) и по меньшей мере один крепежный элемент (6), причем
труба (2) содержит по меньшей мере одну бобышку (5) с внутренней резьбой на оболочку (311, 312, 321, 322), причем эта бобышка приварена к трубе (2), и на эту бобышку опирается оболочка (311, 312, 321, 322), причем
по меньшей мере одно отверстие (4) и одна бобышка (5) обращены друг к другу, и
крепежный элемент (6) проходит через отверстие (4), обращенное к бобышке (5), и
крепежный элемент (6) прикреплен к бобышке (5).

2. Узел по п. 1, в котором первая из оболочек (311, 312, 321, 322) имеет обод (7) на одном боковом крае (33) для частичного перекрывания бокового края (34) другой из оболочек (311, 312, 321, 322).

3. Узел по любому из пп. 1 и 2, в котором каждая бобышка (5) закрыта колпачком (62).

4. Узел по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере одну перегородку (63) между первой и второй бобышкой (5), причем перегородка (63) приварена к по меньшей мере первой бобышке (5) и имеет высоту меньше, чем высота первой бобышки (5).

5. Узел по п. 1, содержащий перекрывающий элемент (8), присоединенный по меньшей мере к одной оболочке (311, 312, 321, 322) первого сегмента (31, 32) узла и перекрывающий один конец (36) оболочки (311, 312, 321, 322) второго сегмента (31, 32).

6. Узел по п. 1, в котором каждый сегмент (31, 32) и труба (2) между ними образуют пространство постоянной высоты.

7. Узел по п. 1, в котором каждый сегмент (31, 32) и труба (2) между ними образуют пространство, заполненное воздухом.

8. Узел по п. 5, в котором перекрывающий элемент (8) является Т-образным.

9. Турбина (1), содержащая наружный кожух (11), внутренний кожух (12) и трубу (2) впуска пара, содержащуюся между наружным кожухом (11) и внутренним кожухом (12), чтобы передавать пар к внутреннему кожуху (12), причем
турбина (1) содержит узел по любому из пп. 1-7, и
упомянутая труба (2) узла является упомянутой впускной трубой (2), подающей пар к турбине (1).