ПОВОРОТНАЯ ПЛАСТИНА Российский патент 2016 года по МПК F01D25/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ В ОБЛАСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Предложенное изобретение относится к турбомашиностроению и, более конкретно, к поворотной пластине для выпускного патрубка паровой турбомашины.

[0002] Во многих системах генерирования электрической энергии используются паротурбинные установки, имеющие часть низкого давления (LP), присоединенную к части среднего давления (IP) и части высокого давления (HP) для приведения в действие генератора. В целом, пар расширяется в части низкого давления и направляется в выпускной патрубок. Выпускной патрубок отделяет пар в условиях разрежения относительно атмосферы, в то же время обеспечивая поддержку вращающимся и неподвижным частям турбомашины. Обычно неподвижные компоненты направляют пар к вращающимся компонентам, чтобы облегчить вращение ротора, который используется в генерировании электроэнергии. Также, выпускные патрубки обеспечивают восстановление статического давления, что предусматривает дополнительное расширение газов, проходящих к лопаткам последней ступени турбины.

[0003] Примерный выпускной патрубок образован из различных сложных металлических пластин, которые скомбинированы с образованием оболочечной конструкции. Оболочечная конструкция обработана для создания соединений для внутренних и внешних компонентов. Оболочечная конструкция включает верхнюю и нижнюю половины, которые направляют пар вниз по потоку к конденсатору. Выпускной патрубок содержит поворотную пластину, которая поворачивает верхний поток пара на 180° вниз к конденсатору. Существующие поворотные пластины имеют поперечное сечение как линейного, так и эллиптического профиля и выполнены с обеспечением поворота верхнего потока пара вертикально вниз.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно одному аспекту примерного варианта выполнения поворотная пластина для выпускного патрубка паровой турбины имеет поперечное сечение сложного криволинейного профиля, имеющее первую часть, которая проходит между первой концевой частью и средней частью, и вторую часть, которая проходит между указанной средней частью и второй концевой частью. Одна из первой и второй частей образована, по меньшей мере, двумя криволинейными сегментами, включающими по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий положительную кривизну, и по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий отрицательную кривизну.

[0005] Согласно второму аспекту примерного варианта выполнения выпускной патрубок паровой турбины содержит выпускную часть и поворотную пластину, расположенную в этой части. Поворотная пластина имеет поперечное сечение сложного криволинейного профиля, имеющее первую часть, которая проходит между первой концевой частью и средней частью, и вторую часть, которая проходит между указанной средней частью и второй концевой частью. Одна из первой и второй частей образована, по меньшей мере, двумя криволинейными сегментами, включающими по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий положительную кривизну, и по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий отрицательную кривизну.

[0006] Согласно еще одному аспекту примерного варианта выполнения паротурбинная установка содержит турбину, содержащую впускную секцию, выпускную секцию и выпускной патрубок, установленный вблизи выпускной секции. Выпускной патрубок содержит выпускную часть и поворотную пластину, расположенную в этой части. Поворотная пластина имеет поперечное сечение сложного криволинейного профиля, имеющее первую часть, которая проходит между первой концевой частью и средней частью, и вторую часть, которая проходит между указанной средней частью и второй концевой частью. Одна из первой и второй частей образована, по меньшей мере, двумя криволинейными сегментами, включающими по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий положительную кривизну, и по меньшей мере один криволинейный сегмент, имеющий отрицательную кривизну.

[0007] Эти и другие преимущества и свойства будут более понятны из следующего описания, рассмотренного совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Предмет, который рассматривается как изобретение, особенно четко определяется и заявляется в формуле изобретения, следующей за описанием. Вышеописанные и другие свойства и преимущества изобретения понятны из следующего подробного описания, рассмотренного совместно с сопровождающими чертежами, на которых:

[0009] Фиг.1 схематически изображает паротурбинную установку, содержащую паровую турбину низкого давления (LP), имеющую выпускной патрубок, снабженный предложенной поворотной пластиной;

[0010] Фиг.2 изображает вид сверху паровой турбины низкого давления и выпускного патрубка согласно примерному варианту выполнения;

[0011] Фиг.3 изображает продольный разрез паровой турбины низкого давления и выпускного патрубка, показанных на фиг.2;

[0012] Фиг.4 изображает график, иллюстрирующий частичный профиль поперечного сечения поворотной пластины согласно примерному варианту выполнения.

[0013] Подробное описание объясняет варианты выполнения изобретения с их преимуществами и свойствами на примере и со ссылкой на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] На фиг.1 номером 2 позиции обозначена паротурбинная установка согласно примерному варианту выполнения. Паротурбинная установка 2 содержит паровую турбину 4 высокого давления (HP), функционально присоединенную к паровой турбине 6 среднего давления (IP), которая, в свою очередь, функционально присоединена к паровой турбине 8 низкого давления (LP). В показанном примерном варианте турбина 8 низкого давления содержит выпускной патрубок 11. Патрубок 11 имеет первую секцию 12, присоединенную ко второй секции 13 выпускного патрубка вокруг паровой турбины 8 низкого давления. Так как каждая секция 12, 13 выпускного патрубка по существу одинакова, подробное описание приведено только для первой секции 12, понимая, что вторая секция 13 имеет соответствующую конструкцию.

[0015] Как хорошо показано на фиг.2-3, первая секция 12 выпускного патрубка содержит основной корпус 14, образованный верхней оболочечной частью 15 и нижней оболочечной частью 16, которые соединены вдоль горизонтального разъема 18. Как показано на чертежах, верхняя оболочечная часть 15 имеет отверстие 20 для сброса давления (показано в открытом состоянии), которое ведет к внутреннему корпусу 24, который окружает паровую турбину 8 низкого давления (LP). Отверстие 20 обычно находится в нормально закрытом состоянии и открывается, чтобы понизить давление, которое может возникнуть во внутреннем корпусе 24. Турбина 8 низкого давления (LP) расположена во внутреннем корпусе 24.

[0016] В показанном примерном варианте выполнения турбина 8 низкого давления (LP) имеет внутренний кожух 30, который содержит первую секцию 33 паровой турбины и вторую секцию 35 паровой турбины. Первая секция 33 паровой турбины включает первый несущий конус 38, который поддерживается внутри корпуса 24 первой пластиной 40 Герцога. Первый несущий конус 38 ограничивает первую направляющую 41 для пара, имеющую выпускную секцию 42, которая позволяет пару проходить из первой секции 33 паровой турбины во внутренний корпус 24. Первая выпускная секция 42 включает первый направляющий элемент 44, который направляет пар из первой направляющей 41 во внутренний корпус 30. Подобным же образом, вторая секция 35 паровой турбины содержит второй несущий конус 47, который поддерживается во внутреннем корпусе 24 второй пластиной 49 Герцога. Второй несущий конус 47 ограничивает вторую направляющую 50 для пара, имеющую вторую выпускную секцию 51, которая позволяет пару проходить из второй секции 35 паровой турбины во внутренний корпус 24. Вторая выпускная секция 51 содержит второй направляющий элемент 53, который направляет пар из второй направляющей 50 во внутренний кожух 30. Как показано далее, выпускной патрубок 11 имеет впускное отверстие 58, которое направляет пар из турбины 6 среднего давления (IP) в первую и вторую секции 33 и 35 турбины 8 низкого давления (LP), и выпускное отверстие 61, которое пропускает пар из внутреннего корпуса 24 в конденсатор (не показан).

[0017] В соответствии с примерным вариантом выполнения, выпускной патрубок 11 содержит поворотную пластину 70, которая направляет пар из верхней оболочечной части 15 к выпускному отверстию 61. Более конкретно, пар, покидающий первую и вторую выпускные секции 42 и 51, над горизонтальным разъемом 18 должен сначала течь вверх во внутреннем корпусе 24. Пар поворачивается на 90° и течет к поворотной пластине 70. Поворотная пластина 70 отклоняет пар еще на 90° к выпускному отверстию 61. Чтобы уменьшить потери давления, связанные с вихрями, создаваемыми многочисленными изгибами в потоке пара, поворотная пластина 70 имеет поперечное сечение специального профиля.

[0018] В соответствии с примерным вариантом выполнения, поворотная пластина 70 имеет первую концевую часть 73, которая проходит ко второй концевой части 75 через среднюю часть 76. Первая секция 80 ограничена между первой концевой частью 73 и средней частью 76, а вторая секция 82 проходит между средней частью 76 и второй концевой частью 75. Так как первая и вторая секции 80 и 82 по существу аналогичны, при описании первой секции 80 ссылка делается на фиг.4, понимая, что вторая секция 82 является зеркальным отражением первой секции 80.

[0019] Первая секция 80 имеет поперечное сечение специального профиля 82, имеющее первый, по существу линейный сегмент 84, который ведет к первому криволинейному сегменту 85, который, в свою очередь, ведет ко второму по существу линейному сегменту 88. Второй, по существу линейный сегмент 88 ведет ко второму криволинейному сегменту 90, который проходит через среднюю часть 76. Первый криволинейный сегмент 85 имеет отрицательную кривизну, а второй криволинейный сегмент 90 имеет положительную кривизну. Термины "отрицательная" и "положительная" просто используются, чтобы описать, что первый криволинейный сегмент 85 имеет кривизну, которая противоположна кривизне второго криволинейного сегмента 90. Специфическая геометрия первой секции 80 может быть описана формулой: Y=0,94Θ⁶-1,86Θ⁵-0,86Θ⁴+2,9Θ³-0,75Θ²+0,5Θ+0,6, где Θ является углом от верхней мертвой точки выпускного патрубка 11, измеренным в радианах, и 0≤Θ≤1,3. Y является безразмерным расстоянием от внешнего конца (не обозначен отдельно) первой направляющей 41 для пара, с ограничением 0<Y<0,15 для средней части 76. Формула определяет особые точки, которые определяют форму поворотной пластины 70. Реальное безразмерное расстояние сложного криволинейного профиля 82 поперечного сечения может лежать в пределах ±0,15 от Y.

[0020] Промежуток между средней частью 76 и внешним концом (отдельно не обозначен) первой направляющей 41 для пара, а также общая форма поворотной пластины 70 дают вклад в уменьшение вихрей в потоке пара, выходящего из турбины 8 над горизонтальным разъемом 18 в направлении выпускного отверстия 61. Уменьшение вихрей в потоке пара ведет к меньшим потерям давления и увеличению восстановления давления в выпускном патрубке. Здесь следует понимать, что примерные варианты выполнения обеспечивают приспособление для направления потока пара из верхней части в выпускном патрубке к конденсатору. Поворотная пластина имеет такие размеры и форму, что уменьшается создание вихрей в потоке пара, чтобы избежать потерь в турбоустановке.

[0021] Хотя изобретение описано подробно в связи с ограниченным количеством вариантов выполнения, следует понимать, что оно не ограничивается этими описанными вариантами. Скорее изобретение может быть модифицировано, чтобы включить любое количество вариантов, изменений, замен или эквивалентных элементов, не описанных ранее, но которые соответствуют объему и сути изобретения. Кроме того, хотя описаны различные варианты выполнения изобретения, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать только некоторые из описанных вариантов. Соответственно, изобретение не следует рассматривать, как ограниченное вышеприведенным описанием, так как оно ограничено только формулой изобретения.

Выпускной патрубок (11) паровой турбины содержит выпускную секцию (12, 13) и поворотную пластину (70), расположенную в этой секции (12, 13). Поворотная пластина (70) имеет поперечное сечение сложного криволинейного профиля, имеющее первую секцию (80), которая проходит между первой концевой частью (73) и средней частью (76), и вторую секцию (82), которая проходит между указанной средней частью (76) и второй концевой частью (75). Одна из первой и второй секций (80, 82) образована, по меньшей мере, двумя криволинейными сегментами (85, 90), включающими по меньшей мере один криволинейный сегмент (85), имеющий положительную кривизну, и по меньшей мере один криволинейный сегмент (85), имеющий отрицательную кривизну. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Поворотная пластина (70), имеющая поперечное сечение сложного криволинейного профиля, имеющее первую секцию (80), которая проходит между первой концевой частью (73) и средней частью (76), и вторую секцию (82), которая проходит между указанной средней частью (76) и второй концевой частью (75), причем одна из первой и второй секций (80, 82) образована, по меньшей мере, двумя криволинейными сегментами (85, 90), включающими по меньшей мере один криволинейный сегмент (90), имеющий положительную кривизну, и по меньшей мере один криволинейный сегмент (85), имеющий отрицательную кривизну.

2. Поворотная пластина (70) по п.1, которая выполнена и расположена с обеспечением установки в выпускном патрубке (11) паровой турбины, при этом указанная одна из первой и второй секций (80, 82) имеет по меньшей мере один по существу линейный сегмент (84).

3. Поворотная пластина (70) по п.2, в которой указанный по меньшей мере один по существу линейный сегмент (84) проходит между указанным по меньшей мере одним криволинейным сегментом (90), имеющим положительную кривизну, и указанным по меньшей мере одним криволинейным сегментом (85), имеющим отрицательную кривизну.

4. Поворотная пластина (70) по п.2, в которой указанная одна из первой и второй секций (80, 82) содержит два по существу линейных сегмента (84, 88).

5. Поворотная пластина (70) по п.2, в которой указанная одна из первой и второй секций (80, 82) имеет криволинейную форму, определяемую формулой Y=0,94Θ⁶-1,86Θ⁵-0,86Θ⁴+2,9Θ³-0,75Θ²+0,5Θ+0,6.

6. Поворотная пластина (70) по п.2, в которой первая секция (80) является зеркальным отражением второй секции (82).