ПОСЛЕОТБОРНАЯ СТУПЕНЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2017 года по МПК F01D25/30 F01D25/24 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при конструировании и изготовлении паровых турбин для тепловых и атомных электростанций.

Известна ступень паровой турбины [Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1990], содержащая сопловой аппарат, тело диафрагмы, внешний обвод диафрагмы и рабочее колесо.

Основной недостаток данного технического решения состоит в низкой эффективности ступени и вибрационной надежности ротора турбины в случае установки ступени после места организации отбора пара из проточной части турбины на регенеративный подогрев. Вызвано это большой окружной неравномерностью параметров потока и поля скоростей при входе пара в сопловой аппарат послеотборной ступени в связи с организацией отбора из проточной части турбины под углом 90° относительно направления движения основной части потока.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является ступень паровой турбины [авторское свидетельство PL №276424, опубл. 14.12.1988, МПК F01D 11/00, F01D], содержащая рабочее колесо предотборной ступени, сопловую диафрагму, криволинейный козырек, расположенный перед диафрагмой послеотборной ступени.

Основной недостаток данного технического решения заключается в низком коэффициенте полезного действия послеотборной ступени в связи со срывом потока пара и «затемнением» козырьком соплового аппарата послеотборной ступени.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении потерь энергии в послеотборной ступени, вызванных окружной неравномерностью параметров потока в ней. Техническая результат, заключающийся в повышении эффективности послеотборной ступени, вибрационной надежности ротора паровой турбины, а также уменьшении гидравлического сопротивления тракта проточная часть-отборный патрубок, достигается тем, что в известной послеотборной ступени паровой турбины, содержащей лопатки соплового аппарата, тело диафрагмы, внешний обвод соплового аппарата, рабочие лопатки и диск рабочего колеса, согласно изобретению внешний обвод диафрагмы смещен в направлении корневого диаметра послеотборной ступени на величину Δ относительно внутреннего диаметра корпуса цилиндра паровой турбины в области расположения рабочих лопаток предотборной ступени, величину смещения Δ для необандаженных предотборных ступеней выбирают равной:

а для предотборных ступеней с бандажом рабочих лопаток:

,

где ΔG_от - абсолютная величина расхода пара в регенеративный подогреватель, G_z - расход пара через предотборную ступень, - длина рабочих лопаток предотборной ступени, Δδ - толщина бандажа рабочих лопаток предотборной ступени, K₁=1,1÷1,15 - коэффициент, учитывающий сопротивление линии регенеративного отбора.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, представленным на фиг.1, где изображен продольный разрез послеотборной ступени паровой турбины в совокупности с предотборной ступенью и камерой отбора, и фиг. 2, где представлено распределение относительного полного давления на входе в послеотборную ступень.

Послеотборная ступень паровой турбины (фиг. 1) содержит лопатки соплового аппарата 1, тело диафрагмы 2, внешний обвод соплового аппарата послеотборной ступени 3, рабочие лопатки 4 и диск рабочего колеса 5. Послеотборная ступень паровой турбины располагается после рабочего колеса преодотборной ступени 6, осерадиальной отборной щели 7, сообщенной с камерой отбора 8.

Внешний обвод диафрагмы смещен в направлении корневого диаметра послеотборной ступени на величину Δ относительно внутреннего диаметра корпуса цилиндра паровой турбины в области расположения рабочих лопаток преодтборной ступени. Величина смещения внешнего обвода соплового аппарата Δ зависит от величины относительного расхода пара в линию регенеративного отбора и высоты рабочей лопатки предотборной ступени и определяется следующим соотношением, вытекающим из уравнения расхода:

Соответственно для обандаженных ступеней:

где ΔG_от - абсолютное значение пара, идущего в регенеративный подогреватель конденсата или питательной воды, G_z - расход пара через предотборную ступень, - длина рабочих лопаток предотборной ступени и Δδ - толщина бандажа рабочих лопаток предотборной ступени. Введенный в формулы (1) и (2) коэффициент K₁, равный K₁=1,1÷1,15, учитывает сопротивление линии регенеративного отбора.

Послеотборная ступень паровой турбины работает следующим образом.

В рабочем процессе пар выходит из рабочих лопаток предотборной ступени 6 и разделяется: часть потока (А), покидающая периферийную область предотборной ступени, направляется через осерадиальную щель 7, образованную периферийным обводом соплового аппарата послеотборной ступени, в камеру отбора 8, остальная часть потока (Б) направляется для расширения в сопловой и рабочий аппарат послеотборной ступени 1, 4 (фиг. 1).

Степень выравнивания поля скоростей в случае использования предлагаемой послеотборной ступени иллюстрируется кривыми на фиг. 2, где приведено распределение относительного полного давления за сопловой решеткой на ее среднем диаметре, как при установке после места отбора традиционной ступени паровой турбины [Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1990] и при установке новой послеотборной ступени со смещенным внешним обводом диафрагмы в направлении корневого диаметра послеотборной ступени на величину Δ. Как видно, установка предлагаемой послеотборной ступени обеспечивает почти равномерное поле скоростей на ее входе.

Использование предложенной послеотборной ступени в паровых турбинах в местах организации отбора пара на регенеративный подогрев приведет к уменьшению неравномерности расходов пара в линии отбора, а также к уменьшению окружной неравномерности поля скоростей при входе пара в сопловой аппарат послеотборной ступени, что приводит к увеличению экономичности на 1,5% в результате уменьшения асимметрии параметров потока перед ней, что подтверждается распределением относительного полного давления на среднем диаметре перед послеотборной ступенью (Фиг. 2), полученного в результате численного моделирования.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при конструировании и изготовлении паровых турбин для тепловых и атомных электростанций. Послеотборная ступень паровой турбины содержит лопатки соплового аппарата, тело диафрагмы, внешний обвод соплового аппарата, рабочие лопатки и диск рабочего колеса. Внешний обвод диафрагмы смещен в направлении корневого диаметра послеотборной ступени на величину Δ относительно внутреннего диаметра корпуса цилиндра паровой турбины в области расположения рабочих лопаток предотборной ступени, величину смещения Δ для необандаженных предотборных ступеней выбирают равной: а для предотборных ступеней с бандажом рабочих лопаток:

, где ΔG_от - абсолютная величина расхода пара в регенеративный подогреватель, G_z - расход пара через предотборную ступень, - длина рабочих лопаток предотборной ступени, Δδ - толщина бандажа рабочих лопаток предотборной ступени, K₁=1,1÷1,15 - коэффициент, учитывающий сопротивление линии регенеративного отбора. Достигается повышение эффективности послеотборной ступени, вибрационной надежности ротора паровой турбины, а также уменьшение гидравлического сопротивления тракта проточная часть-отборный патрубок. 2 ил.

Послеотборная ступень паровой турбины, содержащая лопатки соплового аппарата, тело диафрагмы, внешний обвод соплового аппарата, рабочие лопатки и диск рабочего колеса, отличающаяся тем, что внешний обвод диафрагмы смещен в направлении корневого диаметра послеотборной ступени на величину Δ относительно внутреннего диаметра корпуса цилиндра паровой турбины в области расположения рабочих лопаток предотборной ступени, величину смещения Δ для необандаженных предотборных ступеней выбирают равной:

а для предотборных ступеней с бандажом рабочих лопаток:

где ΔG_от - абсолютная величина расхода пара в регенеративный подогреватель, G_z - расход пара через предотборную ступень, - длина рабочих лопаток предотборной ступени, Δδ - толщина бандажа рабочих лопаток предотборной ступени, K₁=1,1÷1,15 - коэффициент, учитывающий сопротивление линии регенеративного отбора.