СПОСОБ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2016 года по МПК F01K21/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к паровым турбинам, более конкретно к способу перенаправления уплотнительного пара в паровой турбине с обеспечением возможности более точного определения эффективности турбины.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Паровые турбины представляют собой установки, которые применяются для преобразования энергии давления пара в механическую энергию (вращательное перемещение). Таким образом, главными компонентами паровой турбины являются лопатки, выполненные с обеспечением создания максимальной вращательной энергии путем направления потока пара вдоль их поверхностей. Для получения максимальной эффективности турбины пар подвергается расширению (и, таким образом, снижается его давление) при прохождении через турбину с совершением работы в ряде ступеней турбины.

[0003] В некоторых паротурбинных конструкциях пар из торцевого уплотнения высокого давления направляется между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления указанной турбины. Некоторое количество этого уплотнительного пара может быть возвращено в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины. Указанный пар повторно поступает в основной поток до того, как могут быть измерены давление и температура основного потока. Это приводит к тому, что определенная эффективность паровой турбины оказывается ниже, чем в случае отсутствия уплотнительного пара, поступающего в основной поток пара.

[0004] Проблема, связанная с применяемой в настоящее время текущей проверкой эффективности паровой турбины, возникает, когда определенная эффективность паровой турбины оказывается ниже ожидаемого значения. Существуют две возможные причины для возникновения такой ситуации. Первая из них заключается в том, что поток внутренней протечки превышает проектное значение, что вызывает увеличение энтальпии на выходе турбины. Вторая причина заключается в том, что эффективность парового тракта ниже проектного значения. Существующий в настоящее время способ проверки не позволяет установить причину ухудшения эксплуатационных параметров.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В данном изобретении предложен способ временного перенаправления уплотнительного пара в паровой турбине с обеспечением возможности более точного определения эффективности паровой турбины.

[0006] Предложены способ и устройство для более точного определения эффективности паровой турбины, в которых обеспечивается перенаправление уплотнительного пара в паровой турбине с обеспечением возможности более точного определения эффективности паровой турбины. Некоторая часть пара, поступающего в турбину, проходит в торцевое уплотнение высокого давления указанной турбины и затем смешивается с проходящим через нее паром. От одного из паропроводов торцевых уплотнений к конденсатору проходит добавочный трубопровод. Указанный добавочный трубопровод содержит клапан и устройства измерения давления, температуры и расхода потока. При открытии клапана объем потока, проходящего к паропроводу торцевого уплотнения, возрастает, в результате чего происходит снижение объема пара в торцевом уплотнении, который смешивается с паром, проходящим через турбину. При уменьшении потока в указанном паропроводе измеренная температура на выходе турбины также снижается. Степень открытия клапана увеличивается до тех пор, пока либо температура на выходе не достигнет минимального значения, либо энтальпия в трубопроводе не станет отличной от исходной энтальпии.

[0007] В иллюстративном варианте выполнения изобретения предложен способ более точного определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляют между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращают в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры, причем указанный способ включает этап временного перенаправления уплотнительного пара к конденсатору пара с обеспечением возможности определения эффективности паровой турбины до повторного возвращения уплотнительного пара в основной поток пара.

[0008] В другом иллюстративном варианте выполнения изобретения предложен способ более точного определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляют между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращают в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры, при этом торцевое уплотнение высокого давления содержит первый паропровод, направляющий часть уплотнительного пара к месту, в котором ее смешивают с паром, проходящим через турбину, и второй паропровод, проходящий между торцевым уплотнением и конденсатором пара, причем указанный способ включает этап использования трубопровода, проходящего между вторым паропроводом и указанным конденсатором для регулирования объема уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, объема уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, с обеспечением тем самым перенаправления уплотнительного пара к конденсатору так, что уплотнительный пар по меньшей мере временно отделяют от основного потока пара, в результате чего получают возможность определения эффективности паровой турбины до повторного возвращения уплотнительного пара к основному потоку пара.

[0009] В еще одном иллюстративном варианте выполнения изобретения предложено устройство для более точного определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляется между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращается в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры основного потока пара, причем указанное устройство содержит первый паропровод, присоединенный к торцевому уплотнению и направляющий часть уплотнительного пара к месту, в котором она смешивается с паром, проходящим через турбину, второй паропровод, проходящий между торцевым уплотнением и конденсатором пара, и трубопровод, проходящий между вторым паропроводом и указанным конденсатором и регулирующий объем уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, объем уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, с обеспечением тем самым перенаправления уплотнительного пара к конденсатору так, что уплотнительный пар по меньшей мере временно отделен от основного потока пара, в результате чего имеется возможность определения эффективности паровой турбины до повторного возвращения уплотнительного пара в основной поток пара.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг.1 изображает упрощенную схему турбины с устройством для перенаправления уплотнительного пара, обеспечивающим возможность более точного определения эффективности паровой турбины.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Фиг.1 изображает упрощенную схему, на которой показано устройство 10 для перенаправления уплотнительного пара 11 в паровой турбине 12 с обеспечением возможности более точного определения эффективности указанной турбины.

[0012] Как показано на фиг.1, нагретый пар 13 высокого давления из камеры высокого давления или парового котла 20 поступает в паровую турбину 12 на основном впуске 14 для пара. Большая часть пара 13 высокого давления (поток 15), подаваемого в турбину 12, проходит вдоль оси турбины через ряды чередующихся неподвижных и подвижных лопаток (не показаны). Лопатки в турбине 12 используются для извлечения энергии из потока 15 пара высокого давления с приведением лопаток во вращение под действием потока 15. В торцевое уплотнение 16 низкого давления поступает протечка 24 пара из торцевого уплотнения высокого давления. Часть этого потока проходит через первый перепускной паропровод 17. Вторая часть этого потока проходит через второй перепускной паропровод 42. Оставшаяся часть потока смешивается с основным потоком 15 пара с образованием отработанного пара 21.

[0013] Часть пара (пар 13), называемая уплотнительным паром 11, направляется в торцевое уплотнение 22, которое содержит паропроводы 24, 28 и 30. Уплотнительный пар обеспечивает уплотнение для турбин, которые выпускают пар в вакуумный конденсатор с созданием, таким образом, лучшего разрежения и с предотвращением поступления в систему неконденсируемых сред.

[0014] Часть 19 уплотнительного пара 11, направленного в торцевое уплотнение 22, проводится через паропровод 24, который является внутренним для паровой турбины 12, к месту, где происходит его смешивание с проходящим через турбину 12 паровым потоком 15 с образованием смешанного отработанного пара 21. Указанный отработанный пар 21 затем может быть направлен в перегреватель, другую паровую турбину, место выполнения другого технологического процесса (не показано) или к конденсатору 18 пара.

[0015] В соответствии с данным изобретением от второго паропровода 28 отходит добавочный трубопровод 32, проходящий между торцевым уплотнением 22 и указанным конденсатором. Этот трубопровод 32 содержит клапан 34, устройство или прибор 38 для измерения давления, устройство или прибор 36 для измерения температуры и устройство или прибор 40 для измерения расхода пара. При открытии клапана 34 объем потока части 19 пара, проходящей к паропроводу 24, уменьшается, при этом температура, измеренная на выходе 26 турбины, также уменьшается. Эта температура понижается вследствие уменьшения объема части 19 горячего пара торцевого уплотнения, смешивающейся с более холодным основным потоком 15 пара, что приводит к более низкой температуре после смешивания. Степень открытия клапана 34 увеличивается до тех пор, пока либо температура на выходе 26 турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в трубопроводе 32 не станет отличной от исходной энтальпии.

[0016] Как изложено выше, в некоторых паротурбинных конструкциях пар из торцевого уплотнения высокого давления направляется между внутренним и наружным кожухами турбины 12 для обеспечения уплотнения торцевого уплотнения 16 турбины 12. Некоторая часть этого уплотнительного пара (пар 11) повторно вводится в основной поток 15 пара за последней ступенью паровой турбины 12. Этот пар повторно поступает в основной паровой поток до того, как могут быть измерены давление и температура основного потока 15. Этот пар является частью 19 уплотнительного пара 11, проводимого через паропровод 24 к выходу 26 турбины, где указанная часть 19 пара 11 смешивается с паровым потоком 15, проходящим через турбину 12. Указанное смешивание приводит к тому, что определенная эффективность паровой турбины 12 оказывается ниже, чем в случае отсутствия части 19 уплотнительного пара, поступающей в основной поток пара.

[0017] Как изложено выше, определенная эффективность паровой турбины 12 может быть меньше ожидаемого значения вследствие того, что внутренний поток протечки в турбине 12 превышает проектное значение, что приводит к повышению энтальпии на выходе турбины, или вследствие того, что эффективность парового тракта ниже проектного значения. Данное изобретение обеспечивает возможность разделения указанных двух потоков для выполнения определения эффективности турбины.

[0018] Устройство, показанное на фиг.1, обеспечивает способ временного перенаправления уплотнительного пара с обеспечением возможности более точного определения эффективности паровой турбины. Как объяснено выше, при открытии клапана 34 объем части 19 потока пара, проходящей к паропроводу 24, уменьшается. При уменьшении объема указанной части 19 в паропроводе 24 температура, измеренная на выходе 16 турбины, также уменьшается. Степень открытия клапана 34 увеличивается до тех пор, пока либо температура на выходе 26 турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в трубопроводе 32 не станет отличной от исходной энтальпии. Смешанный отработанный пар 21 имеет давление и температуру, значения которых могут использоваться наряду с параметрами пара для определения энтальпии.

[0019] Массовый расход смешанного пара 21=Массовый расход основного потока 15 пара+Сепарированный массовый расход. (Уравнение 1)

[0020] Сепарированный массовый расход=Массовый расход части 19 уплотнительного пара - Массовый расход в первом перепускном паропроводе 17 - Массовый расход во втором перепускном паропроводе 42. (Уравнение 2)

[0021] Энтальпия смешанного выпускного пара 21=(Сепарированный массовый расход * Энтальпия впускного пара 13 высокого давления+Массовый расход основного потока 15 пара * Энтальпия основного потока 15 пара)/Массовый расход смешанного пара 21. (Уравнение 3)

[0022] Поскольку турбина 12 забирает энергию от потока 15, то энтальпия впускного пара 13 превышает энтальпию основного потока 15. При открытии клапана 34 массовый расход части 19 уплотнительного пара уменьшается. Массовый расход в первом перепускном паропроводе 17 и массовый расход во втором перепускном паропроводе 42 измерены и не должны изменяться, поэтому уменьшается сепарированный массовый расход. Это приводит к снижению энтальпии смешанного выпускного пара 21. Поскольку сепарированный массовый расход гораздо меньше массового расхода основного потока 15 пара, то измеренное давление смешанного отработанного пара 21 не подвергается значительному изменению. Таким образом, изменение энтальпии пара 21 проявляется в виде изменения его измеренной температуры.

[0023] Клапан 34 используется для перенаправления потока пара торцевого уплотнения высокого давления к конденсатору 18 через паропровод 28 и трубопровод 32. Трубопровод 32 снабжен клапаном 34, так как направление пара от торцевого уплотнения высокого давления к конденсатору 18 приводит к потере общей эффективности цикла.

[0024] Устройства измерения давления, температуры и расхода, расположенные в паропроводе 28 и трубопроводе 32, требуются для определения расхода потока 23 пара и энтальпии в трубопроводе 32. В большинстве случаев измеренные значения давления и температуры приводят к получению энтальпии, равной энтальпии впускного пара 13. Однако поток 23, проходящий через паропровод 28 и трубопровод 32, может быть достаточно большим для разворота потока пара в паропроводе 19 в противоположном направлении. В этом случае энтальпия в трубопроводе 32 будет равна энтальпии основного потока 15 пара.

[0025] Энтальпия является термодинамической функцией системы. Непосредственное измерение полной энтальпии системы невозможно. Таким образом, наиболее подходящей величиной является изменение энтальпии, которое равно сумме изменения внутренней энергии системы и работы, которую совершила система в окружающей ее среде. Как правило, эта величина измеряется в Джоулях. Энтальпия рассчитывается на основании измеренных давления и температуры и формул для параметров пара. Любое изменение давления или температуры приводит к изменению энтальпии.

[0026] Для паровых турбин стандартным определением эффективности турбины является величина, полученная в результате деления использованной энергии на доступную энергию. Использованная энергия определяется как разность энтальпии впускного пара 13 высокого давления и энтальпии основного потока 15 пара. Доступная энергия определяется как разность энтальпии впускного пара 13 высокого давления и изоэнтропийной энтальпии на выходе. Изоэнтропийная энтальпия на выходе определяется путем вычисления энтропии впускного пара 13 на входе 14 турбины и последующего вычисления энтальпии на выходе 26 турбины исходя из измеренного давления в смешанном отработанном паре 21 и энтропии пара 13 на входе 14 турбины.

[0027] Промышленное преимущество данного изобретения заключается в выполнении поиска и устранения неисправностей в паровых турбинах, не соответствующих производственным показателям, без вскрытия установки. Техническое преимущество заключается в получении лучших данных для стандартизации средств проектирования.

[0028] Несмотря на то что изобретение описано применительно к наиболее целесообразному и предпочтительному в настоящее время варианту выполнения, следует понимать, что оно не ограничено описанным вариантом выполнения, а напротив, охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, находящиеся в рамках сущности и объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к энергетике. Предложен способ более точного определения эффективности паровой турбины, в котором уплотнительный пар в паровой турбине перенаправляют с обеспечением возможности более точного определения эффективности паровой турбины. Некоторая часть пара, поступающего в турбину, проходит в торцевое уплотнение высокого давления указанной турбины и затем смешивается с проходящим через нее паром. От одного из паропроводов торцевых уплотнений к конденсатору проходит добавочный трубопровод. Указанный добавочный трубопровод содержит клапан и устройства измерения давления, температуры и расхода потока. При открытии клапана объем потока, проходящего к паропроводу торцевого уплотнения с обеспечением возможности смешивания пара торцевого уплотнения с паром, проходящим через турбину, уменьшается. При уменьшении потока в указанном паропроводе также уменьшается температура, измеряемая на выходе турбины. Степень открытия клапана увеличивают до тех пор, пока либо температура на выходе турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в трубопроводе не станет отличной от исходной энтальпии. Изобретение позволяет повысить эффективности работы паровой турбины. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляют между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращают в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры, причем указанный способ включает этап временного перенаправления уплотнительного пара к конденсатору пара с обеспечением возможности определения эффективности паровой турбины до повторного возвращения уплотнительного пара к основному потоку пара, при этом эффективность паровой турбины определяют путем деления использованной энергии на доступную энергию.

2. Способ по п.1, в котором торцевое уплотнение высокого давления содержит первый паропровод, направляющий часть уплотнительного пара к месту, в котором ее смешивают с основным паром, проходящим через турбину, и второй паропровод, проходящий между торцевым уплотнением и указанным конденсатором, причем в указанном способе дополнительно выполняют добавочный трубопровод, расположенный между вторым паропроводом и конденсатором и содержащий устройство для регулирования потока уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод к конденсатору, для обеспечения тем самым перенаправления части уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, ко второму паропроводу и конденсатору с обеспечением возможности определения эффективности паровой турбины до возвращения уплотнительного пара к основному потоку пара.

3. Способ по п.2, в котором добавочный трубопровод содержит клапан регулирования расхода, устройство измерения давления, устройство измерения температуры и устройство измерения расхода пара, причем на этапе использования добавочного трубопровода для регулирования количества уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, количества уплотнительного пара, перенаправленного от первого паропровода, указанный клапан открывают с обеспечением уменьшения количества пара, проходящего через первый паропровод, так, что измеряемая на выходе турбины температура также уменьшается.

4. Способ по п.3, в котором открытие клапана с обеспечением уменьшения количества пара, проходящего через первый паропровод, продолжают до тех пор, пока либо температура на выходе турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в добавочном трубопроводе не станет отличной от его исходной энтальпии.

5. Способ по п.4, в котором клапан обеспечивает регулирование величины расхода пара во втором паропроводе, а устройство измерения расхода пара обеспечивает измерение величины расхода пара во втором паропроводе.

6. Способ по п.4, в котором устройство измерения давления и устройство измерения температуры обеспечивают определение изменения энтальпии в добавочном трубопроводе.

7. Способ по п.4, в котором клапан открывают до такой степени, при которой поток пара, проходящий через второй паропровод, является достаточно большим для разворота потока пара, проходящего через первый паропровод, в противоположном направлении с обеспечением изменения энтальпии во втором паропроводе до значения, равного энтальпии основного потока пара.

8. Способ по п.4, в котором открытие клапана обеспечивает перенаправление потока пара торцевого уплотнения высокого давления к указанному конденсатору пара.

9. Способ по п.1, в котором эффективность паровой турбины определяют путем деления использованной энергии на доступную энергию.

10. Способ по п.9, в котором использованную энергию определяют как разность энтальпии впускного пара высокого давления и энтальпии основного потока пара, а доступную энергию определяют как разность энтальпии впускного пара высокого давления и изоэнтропийной энтальпии на выходе.

11. Способ более точного определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляют между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращают в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры, при этом торцевое уплотнение высокого давления содержит первый паропровод, направляющий часть уплотнительного пара к месту, в котором ее смешивают с паром, проходящим через турбину, и второй паропровод, проходящий между торцевым уплотнением и конденсатором пара, причем указанный способ включает
этап использования трубопровода, проходящего между вторым паропроводом и указанным конденсатором и содержащего устройство регулирования расхода, предназначенное для регулирования количества уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, количества уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, с обеспечением тем самым перенаправления уплотнительного пара к конденсатору так, что уплотнительный пар по меньшей мере временно отделяют от основного потока пара,
при этом до возвращения уплотнительного пара к основному потоку пара определяют эффективность паровой турбины путем деления использованной энергии на доступную энергию.

12. Способ по п.11, в котором трубопровод содержит клапан, при этом на этапе использования трубопровода для регулирования количества уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, количества уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, указанный клапан открывают с обеспечением уменьшения количества пара, проходящего к первому паропроводу, так, что измеряемая на выходе турбины температура также уменьшается.

13. Способ по п.12, в котором открытие клапана с обеспечением уменьшения количества пара, проходящего через первый паропровод, продолжают до тех пор, пока либо температура на выходе турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в добавочном трубопроводе не станет отличной от его исходной энтальпии.

14. Способ по п.13, в котором трубопровод дополнительно содержит устройство измерения расхода пара, обеспечивающее измерение величины расхода пара во втором паропроводе.

15. Способ по п.14, в котором трубопровод дополнительно содержит устройство измерения давления и устройство измерения температуры, совместно обеспечивающие определение изменения энтальпии в указанном трубопроводе.

16. Устройство для более точного определения эффективности паровой турбины, в котором пар из торцевого уплотнения высокого давления указанной турбины направляется между внутренним и наружным кожухами турбины с обеспечением подачи уплотнительного пара к торцевому уплотнению низкого давления турбины, а затем возвращается в основной поток пара за последней ступенью паровой турбины перед измерением давления и температуры основного потока пара, причем указанное устройство содержит
первый паропровод, присоединенный к торцевому уплотнению и направляющий часть уплотнительного пара к месту, в котором она смешивается с паром, проходящим через турбину,
второй паропровод, проходящий между торцевым уплотнением и конденсатором пара, и
трубопровод, проходящий между вторым паропроводом и указанным конденсатором и регулирующий, с помощью устройства регулирования расхода, количество уплотнительного пара, проходящего через второй паропровод, и, соответственно, количество уплотнительного пара, проходящего через первый паропровод, с обеспечением тем самым перенаправления уплотнительного пара к конденсатору так, что уплотнительный пар по меньшей мере временно отделен от основного потока пара,
при этом эффективность паровой турбины может быть определена до повторного возвращения уплотнительного пара к основному потоку пара,
причем уменьшение величины потока пара, проходящего к первому паропроводу, продолжается до тех пор, пока либо температура на выходе турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в добавочном трубопроводе не станет отличной от его исходной энтальпии.

17. Устройство по п.16, в котором эффективность паровой турбины определяется до возвращения уплотнительного пара в основной поток пара путем деления использованной энергии на доступную энергию.

18. Устройство по п.16, в котором трубопровод содержит клапан, открывающийся с обеспечением уменьшения величины потока пара, проходящего к первому паропроводу, и, соответственно, уменьшения температуры, измеренной на выходе турбины.

19. Устройство по п.18, в котором клапан открыт до такой степени, при которой величина потока пара, проходящего к первому паропроводу, уменьшается, и продолжает открываться до тех пор, пока либо температура на выходе турбины не достигнет минимального значения, либо энтальпия в добавочном трубопроводе не станет отличной от его исходной энтальпии.

20. Устройство по п.18, в котором трубопровод дополнительно содержит устройство измерения расхода пара, обеспечивающее измерение величины расхода пара во втором паропроводе.

21. Устройство по п.18, в котором трубопровод дополнительно содержит устройство измерения давления и устройство измерения температуры, совместно обеспечивающие определение изменения энтальпии в указанном трубопроводе.