СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D25/12 

Изобретение относится к паротурбинной установке с паровой турбиной, включающей участок впуска пара, участок выпуска пара и размещенную в корпусе турбины аксиально между первыми двумя участками лопаточную решетку, а также вытяжное устройство для отведения охлаждающей текучей среды из корпуса турбины, причем впуск охлаждающей текучей среды выполнен с запирающим и открывающим запорным механизмом, установленным вверх по потоку участка выпуска пара относительно направления потока рабочего пара через паровую турбину при обычном режиме эксплуатации и активируемым охлаждающей текучей средой после отключения мощности в режим охлаждения ниже рабочей температуры в корпусе турбины¸ причем паротурбинная установка включает также клапан, пропускающий охлаждающую текучую среду, причем клапан включает осушительное устройство для осушения клапана, причем осушительное устройство включает дренажный трубопровод.

В паровой турбине, в частности в турбине высокого давления или в турбине среднего давления с предвключенным промежуточным перегревом, температура рабочего режима достигает более 500°C. При таком рабочем режиме, который может длиться несколько недель или месяцев, корпус турбины, а также ротор турбины и другие компоненты, например клапан свежего пара, быстродействующий отсечный клапан, лопатка турбины и т.д., нагреваются до высоких температур. После отключения всей паротурбинной установки ротор турбины продолжает на заданное время вращение с пониженным числом оборотов с помощью механизма вращения, а насыщенный паром воздух удаляют через редуктор. Чтобы можно было как можно раньше после отключения паровой турбины провести техническое обслуживание или осмотр, а также, при необходимости, дополнительные монтажные работы в определенных условиях, необходимо при сохранении заданных параметров перепада растяжения между ротором турбины и, например, корпусом турбины максимально быстро охладить паровую турбину.

Эксплуатация зарекомендовала т.н. принудительное (forced cooling) охлаждение. При этом через паровую турбину пропускают посредством вытяжного устройства и подачи воздуха охлаждающую текучую среду и тем самым обеспечивают принудительное охлаждение. Схема процесса при этом следующая: в случае принудительного охлаждения зону выпуска пара гидравлически соединяют с вытяжным устройством, а к клапану свежего пара через заглушку или небольшое отверстие в корпусе подают охлаждающую текучую среду. Снятие заглушки или выполнение небольшого отверстия в корпусе сравнительно трудоемкий процесс, требующий много времени. Кроме этого клапан свежего пара конструктивно должен иметь отверстие соответствующего малого размера. Для удаления заглушки или устройства небольшого отверстия в корпусе необходим также специальный инструмент.

Изобретение призвано предоставить вспомогательное средство и обеспечить возможность более простой подачи охлаждающей текучей среды для принудительного охлаждения.

Задачу решена посредством паротурбинной установки с паровой турбиной, включающей участок впуска пара, участок выпуска пара и размещенную в корпусе турбины аксиально между первыми двумя участками лопаточную решетку, а также с выполненным вытяжным устройством для отведения охлаждающей текучей среды из корпуса турбины, причем выполнен, по меньшей мере, перекрываемый и открываемый запирающим органом подвод охлаждающей текучей среды, размещенный вверх по потоку – относительно направления потока рабочего пара через корпус турбины при обычном рабочем режиме - участка отвода пара и выполненный с возможностью подачи через него в корпус турбины охлаждающей текучей среды для охлаждения после отключения питания до температуры ниже рабочей температуры, причем паротурбинная установка включает также клапан, пропускающий охлаждающую текучую среду, причем клапан выполнен с осушительным устройством для отлива воды из клапана, причем осушительное устройство включает дренажный трубопровод, причем осушительное устройство выполнено с ответвлением, гидравлически соединенным с подачей текучей среды.

Задача решена также посредством способа охлаждения паровой турбины с корпусом турбины, при котором после отключения питания подачу охлаждающей текучей среды гидравлически соединяют с корпусом турбины и пропускают через нее с поглощением тепла поступающую охлаждающую текучую среду, в частности воздух, посредством вытяжного устройства через корпус турбины в направлении прохождения рабочего пара через паровую турбину при обычном рабочем режиме, причем охлаждающая текучая среда проходит через клапан охлаждения, причем клапан включает осушительное устройство, через которое проходит охлаждающая текучая среда.

Таким образом, изобретение предлагает метод реализации подачи воздуха не через заглушку или небольшое отверстие в корпусе, а через запираемое дополнительное подключение на дренажном трубопроводе. Дренажные трубопроводы, как правило, расположены в геодезически нижней точке клапана, причем большинство клапанов оборудованы таким дренажным трубопроводом. Согласно изобретению предложено обеспечение отдельного ответвления в дренаже клапана и обеспечение подачи через него охлаждающего воздуха.

Таким образом, трудоемкое удаление заглушки или выполнение небольшого отверстия в корпусе полностью отпадает.

Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Так в первом предпочтительном варианте осуществления через ответвление подключают трубопровод охлаждающей текучей среды, по которому проходит охлаждающая текучая среда, а вытяжное устройство прокачивает ее через паровую турбину, что обеспечивает эффективное охлаждение.

Предпочтительно в трубопроводе охлаждающей текучей среды устанавливают запирающий орган, причем предпочтительна установка второго запирающего органа.

Между первым запирающим органом и вторым запирающим органом трубопровода охлаждающей текучей среды расположено второе ответвление, причем второе ответвление гидравлически соединено со вторым дренажным трубопроводом, а в этом втором дренажном трубопроводе установлено второе осушительное устройство или водоотводчик для осушения охлаждающей текучей среды.

Предпочтительно второй дренажный трубопровод гидравлически соединен с конденсатором. Таким образом, водоотводчик эффективно отводит образующуюся воду.

Вышеописанные свойства, особенности и предпочтительные варианты этого изобретения, а также методика их обеспечения более ясно и понятийно подробно описаны ниже на основе вариантов осуществления с привлечением чертежей.

Варианты осуществления изобретения описаны ниже на основе чертежей. Чертежи не предназначены для аутентичного отображения вариантов выполнения, а в большей степени для схематического и/или слегка искаженного для большего понимания их представления. Для дополнения непосредственно показанных на чертежах технических решений есть ссылки на существующий уровень техники.

На чертежах представлено следующее:

фиг. 1 – схема принудительного охлаждения;

фиг. 2 – паротурбинная установка;

фиг. 3 – поперечный разрез клапана.

На фиг. 1 схематично показана часть паротурбинной установки 1. Свежий пар поступает от парогенератора (не показано) в первый паропровод 2 через быстродействующий отсечный клапан 3 и сервоклапан 4. После сервоклапана 4 пар поступает по второму паропроводу 5 в паровую турбину 6. При этом пар поступает в участок впуска пара (не показано) и из участка выхода пара выходит через третий паропровод 7 из паровой турбины 6. Третий паропровод 7 гидравлически соединен с конденсатором 8, причем в третьем паропроводе 7 установлен дополнительный клапан 9. Конденсатор 8 гидравлически соединен посредством трубопровода 10 с осушительным устройством 11. Кроме этого трубопровод 12 охлаждающей текучей среды установлен на быстродействующем отсечном клапане 3 или серовоклапане 4. Запорный механизм 13 расположен в трубопроводе 12 охлаждающей текучей среды.

Во время принудительного охлаждения открывают запирающий орган 13 и по трубопроводу охлаждающей текучей среды средство охлаждения, например холодный воздух, поступает через быстродействующий отсечный клапан 3 или сервоклапан 4 во второй паропровод 5, а из него в лопаточную зону паровой турбины 6. Это принудительное течение возникает при открытии клапана 9 и за счет вытяжного устройства 11.

На фиг. 2 показана модифицированная паротурбинная установка 14. Парогенератор 15 производит свежий пар, который поступает по первому трубопроводу 45 свежего пара частичной турбины 16 высокого давления. В первом трубопроводе 45 свежего пара последовательно установлены первый клапан 17 и второй клапан 18. Произведенный парогенератором 15 свежий пар проходит по первому трубопроводу 45 свежего пара через первый клапан 17 и второй клапан 18 в частичную турбину 16 высокого давления, а из нее через участок вывода пара и первый пароотводной трубопровод 19 в промежуточный пароперегреватель парогенератора 15.

В парогенераторе 15 выходящий из частичной турбины 16 высокого давления пар промежуточно перегревают в промежуточном перегревателе 15b, т.е. доводят до более высокой температуры и по горячему трубопроводу 20 перегрева через клапан 21 среднего давления и второй клапан 22 среднего давления направляют в частичную турбину 23 среднего давления. Первый клапан 21 среднего давления выполнен в виде быстродействующего отсечного клапана. Второй клапан 22 среднего давления выполнен в виде регулирующего клапана.

Выходящий из частичной турбины 23 среднего давления пар поступает через перепускной трубопровод 24 в частичную турбину 26 низкого давления. Частичная турбина 26 низкого давления получает дополнительный пар по дополнительному трубопроводу 27 через дополнительный клапан 28. Выходящий из частичной турбины 26 низкого давления пар подают в конденсатор 29 для конденсирования воды.

Между первым клапаном 17 и вторым клапаном 18 установлено ответвление 30. Первый клапан 17 выполнен в виде быстродействующего отсечного клапана. Второй клапан 18 выполнен в виде регулирующего клапана. На ответвлении 30 установлен отводной трубопровод 31, заведенный в дренажный трубопровод 32. Отводной трубопровод 31 включает также фланец 33. К этому фланцу 33 подсоединен трубопровод 34 охлаждающей текучей среды. В этом трубопроводе 34 охлаждающей текучей среды установлен запирающий орган, состоящий из первого запирающего органа 35 и второго запорного органа 36. Между первым запирающим органом 35 и вторым запирающим органом 36 установлено второе ответвление 37, причем второе ответвление 37 соединено с дополнительным отводным трубопроводом 38. В этом дополнительном отводном трубопроводе 38 установлен автомат-водоотводчик 39 для осушения находящегося во втором отводном трубопроводе 38 пара.

Горячий трубопровод 20 перегрева выполнен почти аналогично относительно ответвления 30. Поэтому отсутствует отдельное описание и для принудительного охлаждения использованы условные обозначения деталей горячего трубопровода 20 перегрева.

В обычном рабочем режиме пар поступает по трубопроводу 45 свежего пара в частичную турбину 16 высокого давления, причем осушение осуществляют через ответвление 30 и дренажный трубопровод 32. Первый запирающий орган 35 и второй запирающий орган 36 при этом закрыты.

В случае принудительного охлаждения первый запирающий орган 35 обеспечивает подачу охлаждающей текучей среды, причем первый запирающий орган 35 и второй запирающий орган 36 открывают. Охлаждающей текучей средой служит холодный воздух. Речь идет о сдвоенном затворе с промежуточным осушением в низшей точке. Сдвоенный затвор либо встроен в качестве автоматизированного элемента в систему управления и защиты турбины, либо им управляют вручную. Во втором случае в сдвоенный затвор устанавливают концевой выключатель. Это обеспечивает возможность запуска паровой турбины 6 только с закрытой арматурой. Для наглядности вытяжное устройство 11 не показано на фиг. 2. Вытяжное устройство 11 следовало бы подключить к первому запирающему органу.

Обеспечение охлаждающей средой частичной турбины 23 среднего давления выполнено почти аналогично. Охлаждающей текучей средой служит холодный воздух.

На фиг. 3 показан поперечный разрез клапана 40, выполненного, например, в виде второго клапана 18 или первого клапана 17. Клапан 40 включает корпус 41 клапана и не показанный подробно конусный затвор клапана.

Пар поступает через впускное отверстие 42 клапана в клапан 40 и далее через выпускное отверстие 43 клапана в частичную турбину 16 высокого давления или в частичную турбину 23 низкого давления. Осушительное устройство 44 установлено в геодезически выгодном месте. Это осушительное устройство 44 соединено с дренажным трубопроводом 46. В дренажном трубопроводе 46 установлен фланец, к которому подключен трубопровод 34 охлаждающей текучей среды.

Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано на основе предпочтительного варианта его осуществления, оно не ограничено раскрытыми примерами выполнения и специалист может сделать вывод о возможности других вариаций без потери объема правовой защиты изобретения.

Изобретение относится к паротурбинной установке (1) с паровой турбиной (6) и к возможности охлаждения паровой турбины путем принудительного охлаждения. Паротурбинная установка с паровой турбиной, включающей участок впуска пара, участок выпуска пара и размещенную в корпусе турбины аксиально между первыми двумя участками лопаточную решетку, а также с вытяжным устройством для отведения охлаждающей текучей среды из корпуса турбины. Предусмотрен впуск охлаждающей жидкости с запирающим и открывающим запорным органом. Запорный орган установлен вверх по потоку участка выпуска пара относительно направления потока рабочего пара через паровую турбину при обычном режиме эксплуатации. Запорный орган активируется охлаждающей текучей средой после отключения мощности в режим охлаждения ниже рабочей температуры в корпусе турбины. Паротурбинная установка содержит клапан, через который проходит охлаждающая среда. Клапан содержит осушающее устройство для осушения клапана. Это устройство содержит дренажный трубопровод и ответвление, соединенное гидравлически с впускным отверстием для охлаждающей среды. Способ охлаждения паровой турбины с корпусом турбины, при котором после отключения мощности впускное отверстие для охлаждающей текучей среды гидравлически соединяют с корпусом турбины и пропускают с поглощением теплоты через впускное отверстие для охлаждающей среды, поступающую охлаждающую среду, в частности воздух, с помощью вытяжного устройства сквозь корпус турбины в направлении потока рабочего пара через паровую турбину в обычном рабочем режиме. Охлаждающую рабочую среду пропускают через клапан. Клапан содержит осушающее устройство, через которое пропускают охлаждающую текучую среду. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Паротурбинная установка (1) с паровой турбиной (6), включающей участок впуска пара, участок выпуска пара и размещенную в корпусе турбины аксиально между первыми двумя участками лопаточную решетку, а также с вытяжным устройством (11) для отведения охлаждающей текучей среды из корпуса турбины,

причем предусмотрен впуск охлаждающей жидкости с, по меньшей мере, запирающим и открывающим запорным органом (35, 36), установленным вверх по потоку участка выпуска пара относительно направления потока рабочего пара через паровую турбину при обычном режиме эксплуатации и активируемым охлаждающей текучей средой после отключения мощности в режим охлаждения ниже рабочей температуры в корпусе турбины,

причем паротурбинная установка (1) содержит также клапан (3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40), через который проходит охлаждающая среда,

причем клапан (3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40) содержит осушающее устройство для осушения клапана (3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40),

причем осушающее устройство содержит дренажный трубопровод (32, 46),

отличающаяся тем, что

осушающее устройство содержит ответвление (30, 37), соединенное гидравлически с впускным отверстием для охлаждающей текучей среды.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ответвление (30, 37) содержит трубопровод (34) охлаждающей текучей среды, через который проходит охлаждающая текучая среда.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что в трубопроводе (34) охлаждающей текучей среды установлен запирающий орган (35, 36).

4. Установка по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что второй запирающий орган (36) установлен в трубопроводе (34) охлаждающей текучей среды.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что между запирающим органом (35) и вторым запирающим органом (36) в трубопроводе (34) охлаждающей среды установлено второе ответвление (37).

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что второе ответвление (37) гидравлически соединено со вторым дренажным трубопроводом (46), а во втором дренажном трубопроводе (46) установлено второе осушающее устройство или автомат-водоотводчик (39) для осушения трубопровода (34) охлаждающей текучей среды.

7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что второй дренажный трубопровод (44) гидравлически соединен с конденсатором (29).

8. Способ охлаждения паровой турбины (6) с корпусом турбины, при котором после отключения мощности впускное отверстие для охлаждающей текучей среды гидравлически соединяют с корпусом турбины и пропускают с поглощением теплоты через впускное отверстие для охлаждающей текучей среды поступающую охлаждающую среду, в частности воздух, с помощью вытяжного устройства (11) сквозь корпус турбины в направлении потока рабочего пара через паровую турбину (6) в обычном рабочем режиме,

причем охлаждающую текучую среду пропускают через клапан (3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40),

отличающийся тем, что клапан (3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40) содержит осушающее устройство, через которое пропускают охлаждающую текучую среду.

9. Способ по п. 8, при котором охлаждающую текучую среду пропускают через запирающий орган (35, 36) по дренажному трубопроводу (32).

10. Способ по п. 9, при котором в дренажном трубопроводе (32) устанавливают второй запирающий орган (26) и в дренажном трубопроводе (32, 44) между запирающим органом (35) и вторым запирающим органом (36) устанавливают второе ответвление (37), причем во втором дренажном трубопроводе (44) устанавливают второе осушающее устройство или автомат-водоотводчик (39), гидравлически соединенный со вторым ответвлением (37).

11. Способ по п. 10, при котором запирающий орган и второй запирающий орган (36) выполняют с концевым выключателем и пуск паровой турбины (6) возможен только при закрытом положении запирающего органа (35) и закрытом положении второго запирающего органа (36).