ПАРОВАЯ ТУРБИНА С ПОВОРОТНЫМИ ЛОПАТКАМИ СТАТОРА Российский патент 2022 года по МПК F01D17/16 F01D9/04 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Описанный в настоящем документе объект изобретения относится к паровым турбинам, в частности к механическим приводным турбинам и турбинам для выработки электроэнергии, которые требуют управления потоком пара и/или выходной мощностью.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Паровые турбины представляют собой турбомашины, причем их промышленное применение превышает сто лет, а проверенные конструктивные решения внедрялись всеми производителями на протяжении десятилетий.

[0003] Управление потоком и мощностью паровой турбины является критическим требованием для механических приводных паровых турбин (т.е. паровых турбин, используемых для приведения в действие компрессоров или насосов).

[0004] Кроме того, в случае паровых турбин для выработки электроэнергии часто требуется управление нагрузкой.

[0005] Управление потоком и мощностью паровой турбины, как правило, осуществляют путем размещения дроссельных клапанов перед турбиной или «ступени управления с парциальными дугами» внутри самой турбины.

[0006] Эти устройства обеспечивают управление путем ограничения количества и/или давления пара в турбине. Однако в этом случае могут возникать значительные перепады давления, которые приводят к нежелательному рассеиванию энергии.

[0007] С учетом повышенного спроса на эффективность промышленных паровых турбин в проектных и внепроектных условиях было бы желательно найти альтернативные решения по управлению потоком и/или мощностью паровой турбины, которые уменьшают рассеивание энергии.

[0008] Известны паровые турбины, работой которых управляют за счет изменения угловых положений некоторых лопаток статора.

[0009] При использовании вышеупомянутого решения для паровых турбин высокого давления возникает значительная утечка пара через отверстия в их корпусе, которые необходимы для управления лопатками статора.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] В соответствии с одним аспектом описанный в настоящем документе объект изобретения относится к паровой турбине с множеством ступеней расширения; паровая турбина имеет ряд лопаток статора перед по меньшей мере одной из ступеней расширения; лопатки статора ряда имеют угловые положения, управляемые исполнительным узлом во время работы паровой турбины. Исполнительный узел включает в себя управляющий стержень, исполнительный механизм, механически сопряженный с управляющим стержнем, и множество передаточных устройств, механически сопряженных с исполнительным механизмом и лопатками статора. Лопатки статора, которые находятся внутри внутреннего корпуса паровой турбины, можно вращать путем воздействия на управляющий стержень, который по меньшей мере частично расположен за пределами наружного корпуса паровой турбины.

[0011] В соответствии с другим аспектом описанный в настоящем документе объект изобретения относится к способу управления потоком пара и выходной мощностью паровой турбины, причем способ включает этап изменения угловых положений по меньшей мере одного ряда лопаток статора во время работы паровой турбины посредством управляющего стержня, выступающего из наружного корпуса паровой турбины. Поворотное кольцо, которое находится внутри наружного корпуса паровой турбины, используют для передачи перемещения от управляющего стержня к лопаткам статора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0012] Описанные варианты осуществления изобретения и многие сопутствующие ему преимущества можно более полно оценить и понять в ходе изучения следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, причем:

на Фиг. 1 представлен схематический вид в продольном сечении известной паровой турбины;

на Фиг. 2 представлен частичный схематический вид в продольном сечении варианта осуществления паровой турбины;

на Фиг. 3 представлен частичный схематический вид в продольном сечении первого варианта осуществления исполнительного узла турбины, показанной на Фиг. 2;

на Фиг. 4 представлен частичный схематический вид в продольном сечении первого возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 5 представлен частичный схематический вид сверху первого возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 6 представлен частичный схематический вид в продольном сечении второго возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 7 представлен частичный схематический вид сверху второго возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 8 представлен частичный схематический вид сверху третьего возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 9 представлен частичный схематический вид в продольном сечении четвертого возможного варианта реализации исполнительного узла, показанного на Фиг. 3;

на Фиг. 10 представлен частичный схематический вид спереди в разрезе управляющего стержня турбины, показанной на Фиг. 2; и

на Фиг. 11 представлена блок-схема варианта осуществления способа регулирования потока пара в паровой турбине.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0013] Паровые турбины, используемые либо для механического привода, либо для выработки электроэнергии, должны регулировать массовый расход и/или выходную мощность для заданного коэффициента сжатия пара и условий на входе (давление и температура).

[0014] Управление массовым расходом и мощностью, как правило, осуществляют с помощью дроссельного клапана или решений на основе ступени управления с парциальными дугами, в которых используют присущую им функцию изменения давления перед осевыми ступенями турбины и в конечном счете изменения коэффициента сжатия на ступенях турбины. Эти способы, хотя и широко применяются в промышленности паровых турбин, характеризуются низкой изоэнтропической эффективностью за пределами их проектных условий, поскольку дросселирование (которое применяют в обоих способах) представляет собой чисто механическое рассеивание энергии, а ступень с парциальными дугами характеризуется высокими аэродинамическими потерями из-за собственной неоднородности потока и сопротивления воздуха.

[0015] Заявители разработали другое решение, в котором массовым расходом управляют путем изменения углового положения по меньшей мере первого ряда лопаток статора.

[0016] Изменение углового положения лопаток статора ряда осевой ступени паровой турбины позволяет изменять рабочую кривую (расход в зависимости от давления) ступени. В частности, рабочая кривая изменяется в результате изменения площади горловины между поворотными лопатками статора.

[0017] Это решение обеспечивает гораздо более высокую эффективность за пределами проектных рабочих условий турбины, поскольку позволяет избежать рассеивания энергии, связанного с использованием либо дросселирования, либо парциальной дуги. В частности, эффективность паровой турбины остается близкой к проектному уровню даже за пределами проектных рабочих условий.

[0018] Более подробно, заявителем подразумевается изменение угловых положений лопаток статора с помощью блока управления, расположенного снаружи по отношению к турбине, во время работы паровой турбины.

[0019] Преимуществом является то, что управление одним или более другими рядами лопаток статора зависит от изменения потока и требуемого уровня эффективности.

[0020] С учетом конкретной архитектуры паровых турбин, в частности турбин для механического привода или выработки электроэнергии, заявитель разработал конкретные и преимущественные решения для приведения в действие лопаток статора.

[0021] Ниже будут даны подробные ссылки на варианты осуществления описания, причем один или более примеров проиллюстрированы на чертежах. Каждый из примеров приводится для пояснения описания, а не ограничения настоящего описания. В сущности, специалистам в данной области должно быть очевидно, что в рамках настоящего описания можно создавать различные модификации и вариации без отступления от объема или сущности описания. Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления», или «вариант осуществления», или «некоторые варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» в различных местах во всем данном описании не обязательно относится к одному (-им) и тому (тем) же варианту (-ам) осуществления изобретения. Конкретные признаки, структуры или характеристики можно дополнительно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления.

[0022] При представлении элементов различных вариантов осуществления формы единственного числа и слово «указанный» предназначены для обозначения того, что существуют один или более элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» предназначены для указания включения и означают, что помимо перечисленных элементов могут существовать дополнительные элементы.

[0023] На Фиг. 1 представлен вид известной паровой турбины 100, а на Фиг. 2 представлен (частичный) вид варианта осуществления новой паровой турбины 200, модифицированной по сравнению с турбиной, показанной на Фиг. 1; компоненты паровой турбины 200 и соответствующие компоненты турбины 100 обозначены ссылочными номерами, отличающимися на сто.

[0024] Паровая турбина 200, показанная на Фиг. 2, по существу отличается от паровой турбины 100, показанной на Фиг. 1, тем, что лопатки по меньшей мере одного ряда лопаток, в частности, лопатки трех рядов лопаток (а именно лопатки 221, 222 и 231), могут перемещаться во время работы паровой турбины; в частности, угловые положения относительно оси этих лопаток могут изменяться во время работы паровой турбины; эта ось ориентирована радиально. В частности, секция высокого давления паровой турбины 200 содержит по меньшей мере секцию 260 ступеней первых лопаток ротора, первую секцию 220 внутреннего корпуса, лопатки 221, лопатки 261, лопатки 222, лопатки 262. Секция низкого давления паровой турбины 200 содержит по меньшей мере секцию 270 ступеней вторых лопаток ротора, вторую секцию 230 внутреннего корпуса, лопатки 231 и лопатки 271.

[0025] Как правило, все лопатки ряда могут перемещаться, однако не следует исключать, что в соответствии с некоторыми вариантами осуществления могут перемещаться только некоторые лопатки ряда.

[0026] Необходимо уточнить, что не следует рассматривать Фиг. 2 и его взаимосвязь с Фиг. 1 в качестве ограничений. Возможны многие другие варианты осуществления, например, с различным количеством рядов лопаток и/или различным количеством секций турбины.

[0027] На Фиг. 2 концептуально показаны возможности перемещения и устройства, обеспечивающие такие возможности перемещения.

[0028] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, предусмотрен первый исполнительный узел 280 (см. также Фиг. 3), выполненный с возможностью вращения лопаток 221 и 222 статора, и второй исполнительный узел 290 (см. также Фиг. 6), выполненный с возможностью вращения лопаток 231 статора. Первый исполнительный узел содержит исполнительный механизм и два множества передаточных устройств, и он приводится в действие управляющим стержнем; исполнительный механизм концептуально показан кругом 281, обозначенным пунктирной линией; первое множество передаточных устройств (для лопаток 221) концептуально показано стрелкой 285; второе множество передаточных устройств (для лопаток 222) концептуально показано стрелкой 286; управляющий стержень, функционально соединенный с исполнительным механизмом, концептуально показан полосой 289. Второй исполнительный узел содержит исполнительный механизм и множество передаточных устройств, и он приводится в действие управляющим стержнем; исполнительный механизм концептуально показан кругом 291, обозначенным пунктирной линией; передаточные устройства (для лопаток 231) концептуально показаны стрелкой 295; управляющий стержень, функционально соединенный с исполнительным механизмом, концептуально показан полосой 299.

[0029] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 2, существует по меньшей мере один ряд лопаток статора непосредственно перед по меньшей мере одной ступенью расширения; это относится, например, к лопаткам 221 относительно лопаток 261 ротора, лопаткам 222 статора относительно лопаток 261 ротора и лопаткам 231 относительно лопаток 271 ротора. Эти лопатки представляют собой лопатки с регулируемым положением, в частности, их угловыми положениями можно управлять во время работы паровой турбины.

[0030] Как и в варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, предпочтительно существует ряд лопаток с регулируемым положением непосредственно перед первой ступенью расширения паровой турбины, т. е. лопатки 261 турбины 200. Лопатки 261 относятся к первой ступени расширения паровой турбины, которая также является первой ступенью расширения секции паровой турбины высокого давления. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, ряд лопаток с регулируемым положением также расположен непосредственно перед первой ступенью расширения секции паровой турбины низкого давления, т. е. лопатки 271 турбины 200.

[0031] В дополнение к ряду лопаток с регулируемым положением непосредственно перед первой ступенью расширения паровой турбины возможна установка других рядов лопаток с регулируемым положением. Например, в варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, ряд лопаток с регулируемым положением расположен непосредственно перед второй ступенью расширения паровой турбины, т. е. лопатки 262 турбины 200.

[0032] Как уже ожидалось, вариант осуществления, изображенный на Фиг. 2, содержит два исполнительных узла; однако альтернативные варианты осуществления могут содержать только один исполнительный узел или более двух исполнительных узлов. Как показано на Фиг. 2, в соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления присутствует только первый исполнительный узел, т. е. исполнительный узел, выполненный с возможностью перемещения первого ряда лопаток (221 на Фиг. 2) статора и, возможно, одного или более следующих рядов лопаток статора (например, 222 на Фиг. 2).

[0033] Паровая турбина 200 включает в себя секцию 220 внутреннего корпуса, в которой размещены ступени расширения (т. е. лопатки 261, 262, 263), и наружный корпус 210, окружающий секцию 220 внутреннего корпуса; следует отметить, что секция 220 внутреннего корпуса представляет собой внутренний корпус. Кроме того, она содержит исполнительный узел 280, т. е. первый исполнительный узел (см. также Фиг. 3), выполненный с возможностью вращения лопаток 221 и 222 статора. В более простом случае, пример представлен на Фиг. 3, исполнительный узел 280 выполнен с возможностью вращения только лопаток 221 статора.

[0034] Данный исполнительный узел содержит исполнительный механизм 281 и множество передаточных устройств 285 и 286; передаточные устройства 285 и 286 выполнены с возможностью передачи вращательных движений от исполнительного механизма 281 лопаткам 221 и 222 статора соответственно; исполнительный механизм 281 преимущественно расположен между наружным корпусом 210 и внутренним корпусом 220, а точнее - во внутреннем пространстве между наружным корпусом 210 и внутренним корпусом 220.

[0035] Паровая турбина 200 дополнительно содержит управляющий стержень 289 для управления исполнительным механизмом 281; также управляющий стержень 289 можно рассматривать как компонент первого исполнительного узла. Преимуществом является то, что в этом случае наружный корпус 210 имеет сквозное отверстие, частично вмещающее управляющий стержень 289; при этом фактически исполнительным механизмом (а также лопатками статора с регулируемым положением) можно управлять снаружи паровой турбины, а утечка пара ограничивается единственным отверстием для стержня между внешней средой и средой промежуточного пространства (при относительно низком давлении, т. е. при давлении ниже давления в канале потока паровой турбины); как правило, с управляющим стержнем связаны одно или более уплотнений. Предпочтительно в этом случае управляющий стержень 289 выполнен с возможностью совершения движений в виде поступательного перемещения и/или вращения.

[0036] Предпочтительно управляющий стержень 289 содержит одно или более шарнирных сочленений для компенсации деформаций, обусловленных тепловыми расширениями паровой турбины 200 и управляющего стержня 289, которые являются более сильными ближе к оси R турбины паровой турбины 200.

[0037] Предпочтительно исполнительный механизм 281 исполнительного узла 280 содержит поворотное кольцо 310, выполненное с возможностью поворота вокруг оси R паровой турбины 200, а управляющий стержень 289 выполнен с возможностью инициирования вращений поворотного кольца 310.

[0038] В первом варианте осуществления, показанном на Фиг. 10, управляющий стержень 289 расположен тангенциально относительно поворотного кольца 310 и соединен с поворотным кольцом 310, в частности, посредством шарнирной петли. В этом первом варианте осуществления управляющий стержень 289 выполнен с возможностью совершения движений в форме поступательного перемещения для инициирования вращений поворотного кольца 310 вокруг оси R турбины.

[0039] Во втором варианте осуществления управляющий стержень 289 расположен тангенциально относительно поворотного кольца 310 и соединен с поворотным кольцом 310, в частности, посредством червячной шестерни. В этом втором варианте осуществления управляющий стержень 289 выполнен с возможностью совершения движений в форме вращения для инициирования вращений поворотного кольца 310 вокруг оси R турбины.

[0040] В третьем варианте осуществления управляющий стержень 289 расположен радиально относительно поворотного кольца 310 и связан с поворотным кольцом 310, в частности, посредством шестерни под углом 90°. В этом третьем варианте осуществления управляющий стержень 289 выполнен с возможностью совершения движений в форме вращения для инициирования вращений поворотного кольца 310 вокруг оси R турбины.

[0041] Паровая турбина 200 содержит другую секцию 230 внутреннего корпуса, в которой размещены ступени расширения (т. е. лопатки 271, 272, 273), и наружный корпус 210, окружающий секцию 230 внутреннего корпуса; следует отметить, что секция 230 внутреннего корпуса представляет собой внутренний корпус. Кроме того, паровая турбина содержит другой исполнительный узел 290, т. е. второй исполнительный узел (см. также Фиг. 9), выполненный с возможностью поворота лопаток 231 статора. В соответствии с более сложным случаем исполнительный узел 290 может быть выполнен с возможностью поворота других лопаток статора.

[0042] Этот исполнительный узел содержит исполнительный механизм 291 и множество передаточных устройств 295; передаточные устройства 295 выполнены с возможностью передачи вращательных движений от исполнительного механизма 291 к лопаткам 231 статора и могут быть частично встроены в исполнительный механизм 291 и частично в лопатки 231 статора; исполнительный механизм 291 преимущественно расположен внутри внутреннего корпуса 230, а точнее - в посадочном углублении на внутренней стороне внутреннего корпуса 230.

[0043] Паровая турбина 200 дополнительно содержит другой управляющий стержень 299 для управления исполнительным механизмом 291; также управляющий стержень 299 можно рассматривать как компонент второго исполнительного узла. Преимуществом является то, что в этом случае наружный корпус 210 имеет сквозное отверстие, частично вмещающее управляющий стержень 299; при этом фактически исполнительным механизмом (а также лопатками статора с регулируемым положением) можно управлять снаружи паровой турбины, а утечка пара ограничивается единственным отверстием для стержня между внешней средой и средой промежуточного пространства (при относительно низком давлении, т. е. при давлении ниже давления в канале потока паровой турбины); как правило, с управляющим стержнем связаны одно или более уплотнений. Предпочтительно в этом случае управляющий стержень 299 выполнен с возможностью совершения движений в виде поступательного перемещения или по существу поступательного перемещения. Предпочтительно, чтобы управляющий стержень 299 был расположен в соответствии с описанными выше вариантами осуществления относительно управляющего стержня 289.

[0044] В случае исполнительного узла 290 преимуществом является то, что внутренний корпус 230 имеет сквозное отверстие, частично вмещающее управляющий стержень 299, при этом фактически потери пара ограничиваются единственным отверстием для стержня между средой промежуточного пространства и средой пути потока.

[0045] Первый вариант осуществления первого исполнительного узла 280 будет описан ниже со ссылкой на Фиг. 3.

[0046] Множество передаточных устройств 285 исполнительного узла 280 содержит множество приводных стержней 320, расположенных с возможностью соответствующего поворота множества лопаток 340 статора (соответствующих лопаткам 221 на Фиг. 2); лопатки 340 статора могут вращаться вокруг соответствующего направления вдоль лопатки, поперечно направлению потока пара, в частности, ориентированного радиально. Предпочтительно каждый приводной стержень 320 жестко соединен с соответствующей лопаткой 340 статора и проходит параллельно ей в направлении вдоль лопатки.

[0047] Предпочтительно передаточные устройства 285 выполнены с возможностью передачи вращательного движения от кольца 310 к каждому из приводных стержней 320. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 4 и Фиг. 5, такие передаточные устройства 285 содержат множество рычагов 330, соединенных с кольцом 310, и множество приводных стержней 320. Следует отметить, что рычаги 330 также можно рассматривать как компоненты исполнительного механизма 281.

[0048] В частности, в соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 4 и Фиг. 5, каждый рычаг 330 проходит поперечно относительно размера в направлении вдоль соответствующей лопатки 340 статора и имеет первый конец, жестко соединенный с соответствующим приводным стержнем 320, и второй конец, шарнирно соединенный с исполнительным механизмом 281, в частности с кольцом 310. Предпочтительно каждый рычаг шарнирно соединен с исполнительным механизмом 281, в частности с кольцом 310, посредством простой цилиндрической шарнирной петли. Это подразумевает небольшое осевое перемещение кольца 310 во время вращения кольца 310.

[0049] Второй вариант осуществления первого исполнительного узла 280 будет описан ниже со ссылкой на Фиг. 6 и Фиг. 7.

[0050] Множество передаточных устройств 285 исполнительного узла 280 в соответствии со вторым вариантом осуществления содержит множество приводных стержней 320, расположенных таким же образом, что и приводные стержни 320, описанные в первом варианте осуществления. Передаточные устройства 285 также содержат множество рычагов 330. Каждый рычаг 330 проходит поперечно относительно размера в направлении вдоль соответствующей лопатки 340 статора и имеет первый конец и второй конец, причем первый конец жестко соединен с соответствующим приводным стержнем 320. Следует отметить, что рычаги 330 также можно рассматривать как компоненты исполнительного механизма 281.

[0051] Множество передаточных устройств 285 исполнительного узла 280 в соответствии со вторым вариантом осуществления также содержит множество соединительных стержней 325, имеющих первый конец и второй конец, причем первый конец каждого соединительного стержня 325 шарнирно соединен со вторым концом соответствующего рычага 330, а второй конец каждого соединительного стержня 325 шарнирно соединен с исполнительным механизмом 281, в частности с кольцом 310. Предпочтительно каждый соединительный стержень 325 шарнирно соединен с соответствующим рычагом 330 и исполнительным механизмом, в частности с кольцом 310, посредством сферических сочленений. Преимуществом является то, что это предотвращает осевые перемещения кольца 310. Следует отметить, что соединительные стержни 325 также можно рассматривать как компоненты исполнительного механизма 281.

[0052] Третий вариант осуществления первого исполнительного узла 280 будет описан ниже со ссылкой на Фиг. 8.

[0053] Множество передаточных устройств 285 исполнительного узла 280 в соответствии с третьим вариантом осуществления содержит множество приводных стержней 320, расположенных таким же образом, что и приводные стержни 320, описанные в первом варианте осуществления. Передаточные устройства 285 также содержат множество передаточных элементов 335. Каждый передаточный элемент 335 жестко соединен с соответствующим приводным стержнем 320 и имеет первую дугообразную поверхность с центром в направлении вдоль соответствующей лопатки 340 статора. Следует отметить, что передаточные элементы 335 также можно рассматривать как компоненты исполнительного механизма 281.

[0054] Исполнительный механизм 281 в соответствии с третьим вариантом осуществления, в частности кольцо 310, имеет множество вторых дугообразных поверхностей. Каждая вторая дугообразная поверхность исполнительного механизма 281 дополняет соответствующую первую дугообразную поверхность передаточного элемента и расположена так, чтобы упираться в нее. Преимуществом является то, что каждая пара из первой и второй дугообразных поверхностей выполнена с возможностью скольжения относительно друг друга во время поворота кольца 310 для инициирования вращения приводных стержней 320 и лопаток 340 статора, соединенных с приводными стержнями 320. Преимуществом является то, что это предотвращает осевые перемещения кольца 310.

[0055] В первом, втором и третьем вариантах осуществления приводной стержень 320 и лопатка 340 статора образуют единое целое или жестко соединены друг с другом, а их оси совпадают, как показано на Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7 и Фиг. 8.

[0056] Предпочтительно, чтобы внутренний корпус 220 имел множество сквозных отверстий 225, частично вмещающих множество приводных стержней 320. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 3, ось лопатки 340, ось приводного стержня 320 и ось отверстия 225 совпадают. В вариантах осуществления, показанных на Фиг. 4 и Фиг. 6, в отверстиях, вмещающих приводные стержни, может происходить некоторая утечка пара, однако такая утечка происходит внутри паровой турбины и, следовательно, фактически не оказывает негативного влияния на работу машины и ограничена из-за относительно небольшой разности давлений между промежуточным пространством и каналом потока; кроме того, с управляющими стержнями связаны одно или более уплотнений.

[0057] В соответствии с вариантами осуществления, показанными на Фиг. 4 и Фиг. 6, каждый приводной стержень 320 имеет осевое сквозное отверстие 323 для стержня, через которое первый конец 321 стержня и второй конец 322 стержня соединены по текучей среде, каждая из лопаток 340 статора имеет сквозное отверстие 343 лопатки, через которое первый конец 341 лопатки и второй конец 342 лопатки соединены по текучей среде, а отверстие 323 для стержня соединено по текучей среде с отверстием 343 лопатки. В этом случае между первым концом 321 стержня и вторым концом 322 стержня и между первым концом 341 лопатки и вторым концом 342 лопатки существует относительно низкая разность давлений, так что компонентам исполнительного узла 280 должны противодействовать относительно слабые силы давления.

[0058] В соответствии с вариантами осуществления, показанными на Фиг. 4 и Фиг. 6, первый конец 341 лопатки шарнирно соединен с внутренней стороной внутреннего корпуса 220; преимуществом является то, что второй конец 342 лопатки шарнирно соединен с элементом 240 статора паровой турбины 200, который может представлять собой, например, впускную улитку паровой турбины 200 или ее расширение. Следует отметить, что в соответствии с альтернативными вариантами осуществления лопатка 340 может быть шарнирно закреплена только с одного конца.

[0059] Как правило, исполнительный механизм в соответствии с описанными выше вариантами осуществления можно рассматривать как узел всех компонентов исполнительного узла, кроме управляющего стержня и приводных стержней. Типичный компонент исполнительного механизма представляет собой приводное поворотное кольцо. Иными словами, исполнительный механизм представляет собой узел компонентов, который передает движение от управляющего стержня к приводным стержням.

[0060] Вариант осуществления второго исполнительного узла 290 будет описан ниже со ссылкой на Фиг. 9.

[0061] Исполнительный механизм 291 исполнительного узла 290 содержит поворотное кольцо 610, выполненное с возможностью вращения вокруг оси паровой турбины 200; предпочтительно поворотное кольцо 610 расположено в кольцевом посадочном месте 234 внутреннего корпуса 230; более предпочтительно кольцевое посадочное место 234 представляет собой углубление на внутренней стороне внутреннего корпуса 230; таким образом, кольцо 610 по существу не препятствует потоку пара. В частности, кольцо 610 соединено с кольцевым посадочным местом 234 посредством подшипников, расположенных внутри посадочного места 234, чтобы обеспечивать вращения кольца 610.

[0062] В соответствии с вариантом осуществления, изображенным на Фиг. 9, передаточные устройства 295 исполнительного узла 290 размещены с возможностью передачи вращательного движения от кольца 610 к каждой из лопаток 640 статора (соответствующих лопаткам 231 на Фиг. 2). В этом варианте осуществления лопатки 640 статора могут вращаться вокруг оси, проходящей поперечно к направлению потока пара, в частности, ориентированной радиально. В данном варианте осуществления передаточные устройства 295 частично встроены в приводное кольцо 610 и частично в лопатки 640 статора; например, кольцо 610 имеет множество зубцов, взаимодействующих с множеством зубцов 645 лопаток 640 статора. Каждая лопатка 640 статора может иметь только один зубец 645 или предпочтительно множество зубцов 645. Предпочтительно, чтобы множество зубцов 645 располагалось за пределами пути потока и перемещалось внутри углубления 236 на внутренней стороне внутреннего корпуса 230.

[0063] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 9, первый конец 641 лопатки шарнирно прикреплен к внутренней стороне внутреннего корпуса 230; для этого лопатка 640 статора имеет шарнир 643, вставленный в глухое отверстие 237. Следует отметить, что в соответствии с альтернативными вариантами осуществления второй конец 642 лопатки может быть шарнирным.

[0064] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 9, внутренний корпус 230 имеет одно сквозное отверстие 235, заканчивающееся в углублении 234, причем управляющий стержень 299 может скользить для управления вращением кольца 610 (см. стрелку на Фиг. 6).

[0065] Следует отметить, что механические решения, показанные на Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8 и Фиг. 9, можно использовать в других местах в паровой турбине для перемещения лопаток статора.

[0066] Приводное поворотное кольцо может быть расположено A) между наружным корпусом паровой турбины и внутренним корпусом паровой турбины или B) внутри внутреннего корпуса паровой турбины.

[0067] В только что описанных паровых турбинах и других аналогичных вариантах осуществления можно реализовать способы регулирования потока пара.

[0068] Варианты осуществления этих способов включают этап, на котором:

- изменяют угловые положения по меньшей мере одного ряда лопаток статора во время работы паровой турбины;

этот этап соответствует блокам 720, 730 и 740 на блок-схеме, изображенной на Фиг. 7.

[0069] Угловые положения можно изменять один раз или, более типично, несколько раз во время работы паровой турбины. Внешний блок управления может принимать решение о выполнении такого изменения и передавать команды соответствующим исполнительным механизмам, например электрическим двигателям.

[0070] Подвижные лопатки статора предпочтительно расположены непосредственно перед первой ступенью расширения паровой турбины.

[0071] Преимуществом является то, что можно перемещать один или более других рядов лопаток статора, например, второй и/или третий ряды лопаток статора.

[0072] Подвижные лопатки статора могут представлять собой лопатки, расположенные непосредственно перед первой ступенью расширения любой секции расширения паровой турбины.

[0073] На Фиг. 7 представлена блок-схема варианта осуществления способа регулирования потока пара в паровой турбине. Этот способ включает начальный этап 710 и конечный этап 790, которые могут соответствовать запуску паровой турбины и остановке паровой турбины соответственно.

[0074] В соответствии с этим вариантом осуществления угловое положение лопатки статора изменяют в ходе этапов, на которых:

- осуществляют поворот (блок 720) управляющего стержня, выступающего из наружного корпуса паровой турбины,

- осуществляют передачу (блок 730) вращательного движения от управляющего стержня к приводному поворотному кольцу, причем приводное поворотное кольцо расположено внутри наружного корпуса паровой турбины, и

- осуществляют передачу (блок 740) вращательного движения от приводного поворотного кольца к лопатке статора.

[0075] Вышеупомянутые три этапа повторяют для каждой из подвижных лопаток статора; как правило, перемещения всех подвижных лопаток статора происходят одновременно. Следует отметить, что поворотное кольцо может воздействовать на один или более рядов подвижных лопаток статора.

[0076] Хотя вышеупомянутые три этапа являются логически последовательными, разница во времени между ними может быть очень короткой или даже нулевой.

[0077] Как правило, вышеупомянутые три этапа повторяют много раз во время работы паровой турбины для всех подвижных лопаток статора; это проиллюстрировано контуром L на Фиг. 7.

Паровая турбина (200) имеет множество ступеней (261, 262, 271) расширения и лопаток (221, 222, 231) статора перед по меньшей мере одной из ступеней (261, 262, 271) расширения; во время работы паровой турбины (200) для регулирования потока пара внутри паровой турбины (200) и максимального повышения эффективности турбины управляют угловыми положениями лопаток (221, 222, 231) статора, например, с помощью внешнего блока управления посредством, например, управляющего стержня (289, 299). Это решение обеспечивает гораздо более высокую эффективность за пределами проектных рабочих условий турбины, поскольку позволяет избежать рассеивания энергии, связанного с использованием либо дросселирования, либо парциальной дуги. В частности, эффективность паровой турбины остается близкой к проектному уровню даже за пределами проектных рабочих условий. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Паровая турбина (200) с множеством ступеней расширения, включающих лопатки ротора, установленного с возможностью вращения вокруг оси (R) турбины, содержащая:

- внутренний корпус (220), вмещающий по меньшей мере одну ступень (261, 262) расширения,

- наружный корпус (210), окружающий указанный внутренний корпус (220),

- ряд лопаток (221, 222) статора перед лопатками (261, 262) ротора по меньшей мере одной ступени расширения, причем лопатки (221, 222) статора ряда имеют угловые положения, выполненные с возможностью управления ими во время работы паровой турбины (200), и

- исполнительный узел (280), выполненный с возможностью вращения лопаток (221, 222) статора указанного ряда, причем исполнительный узел (280, 290) содержит исполнительный механизм (281), множество передаточных устройств (285, 286) и управляющий стержень (289),

причем управляющий стержень (289) выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом (281),

при этом передаточные устройства (285, 286) расположены с возможностью передачи вращательных движений от исполнительного механизма (281) к лопаткам (221, 222) статора указанного ряда,

причем исполнительный механизм (281) расположен между наружным корпусом (210) и внутренним корпусом (220), а наружный корпус (210) имеет сквозное отверстие, частично вмещающее указанный управляющий стержень (289).

2. Паровая турбина (200) по п. 1, в которой указанный ряд лопаток (221) статора расположен перед всеми ступенями (261) расширения указанной паровой турбины (200).

3. Паровая турбина (200) по п. 1 или 2, в которой указанный исполнительный механизм (281) содержит кольцо (310), проходящее вокруг указанной оси (R) турбины, при этом указанное кольцо (310) выполнено с возможностью вращения вокруг указанной оси (R) турбины.

4. Паровая турбина (200) по п. 1, или 2, или 3,

в которой множество передаточных устройств (285) содержит множество приводных стержней (320),

причем каждая из указанных лопаток (340) статора имеет направление вдоль лопатки, и

при этом каждый приводной стержень (320) жестко соединен с соответствующей лопаткой (340) статора и проходит параллельно указанному направлению вдоль лопатки.

5. Паровая турбина (200) по п. 4, в которой множество передаточных устройств (285) содержит множество рычагов (330), причем каждый рычаг (330) имеет первый конец и второй конец, при этом каждый рычаг (330) жестко соединен с соответствующим приводным стержнем (320) на первом конце (330) и проходит поперечно относительно размера вдоль указанного приводного стержня (320), причем каждый рычаг (330) шарнирно соединен с указанным исполнительным механизмом (281) на втором конце.

6. Паровая турбина (200) по п. 4,

в которой множество передаточных устройств (285) содержит множество рычагов (330), причем каждый рычаг (330) имеет первый конец и второй конец, при этом каждый рычаг (330) жестко соединен с соответствующим приводным стержнем (320) на первом конце и проходит поперечно относительно размера вдоль указанного приводного стержня (320),

и при этом множество передаточных устройств (285) содержит множество соединительных стержней (325), при этом каждый соединительный стержень (325) имеет первый конец и второй конец, причем первый конец каждого соединительного стержня (325) шарнирно соединен со вторым концом соответствующего рычага (330), а второй конец каждого соединительного стержня (325) шарнирно соединен с исполнительным механизмом (281).

7. Паровая турбина (200) по п. 4,

в которой множество передаточных устройств (285) содержит множество передаточных элементов, причем каждый передаточный элемент (335) жестко соединен с соответствующим приводным стержнем (320) и имеет первую дугообразную поверхность с центром на оси лопатки, проходящей в указанном направлении вдоль,

и при этом указанный исполнительный механизм (281) имеет множество вторых дугообразных поверхностей, причем каждая вторая дугообразная поверхность дополняет соответствующую первую дугообразную поверхность и упирается в указанную соответствующую первую дугообразную поверхность.

8. Паровая турбина (200) по любому из пп. 4–7,

в которой каждый из приводных стержней (320) указанного множества имеет осевое отверстие (323) для стержня, через которое первый конец (321) стержня и второй конец (322) стержня соединены по текучей среде,

причем каждая из лопаток (340) статора указанного ряда имеет отверстие (343) лопатки, через которое первый конец (341) лопатки и второй конец (342) лопатки соединены по текучей среде, и

при этом указанное отверстие (323) для стержня соединено по текучей среде с указанным отверстием (343) лопатки.

9. Паровая турбина (200) по любому из пп. 1–8, в которой множество передаточных устройств (285) содержит множество приводных стержней (320), и при этом внутренний корпус (220) имеет множество отверстий (225), вмещающих множество приводных стержней (320).

10. Паровая турбина (200) по любому из пп. 1–9, в которой указанный управляющий стержень (289) предпочтительно содержит одно или более шарнирных сочленений.

11. Паровая турбина (200) с множеством ступеней расширения, включающих лопатки ротора, установленного с возможностью вращения вокруг оси (R) турбины, содержащая:

- внутренний корпус (230), вмещающий по меньшей мере одну ступень (271) расширения,

- наружный корпус (210), окружающий указанный внутренний корпус (220),

- ряд лопаток (231) статора перед лопатками (271) ротора указанной по меньшей мере одной ступени расширения, причем лопатки (231) статора ряда имеют угловые положения, выполненные с возможностью управления ими во время работы паровой турбины (200), и

- исполнительный узел (290), выполненный с возможностью вращения лопаток (231) статора указанного ряда, причем исполнительный узел (290) содержит исполнительный механизм (291), множество передаточных устройств (295) и управляющий стержень (299),

при этом управляющий стержень (299) выполнен с возможностью управления исполнительным механизмом (291),

причем передаточные устройства (295) выполнены с возможностью передачи вращательных движений от исполнительного механизма (291) к лопаткам (231) статора указанного ряда,

при этом исполнительный механизм (291) расположен внутри внутреннего корпуса (230), а внутренний корпус (230) имеет сквозное отверстие, частично вмещающее указанный управляющий стержень (299), и наружный корпус (210) имеет сквозное отверстие, частично вмещающее указанный управляющий стержень (299).

12. Паровая турбина (200) по п. 11, в которой каждая из лопаток (640) статора указанного ряда шарнирно соединена с внутренним корпусом и имеет зубец (645) для вращения.

13. Паровая турбина по п. 11 или 12,

в которой управляющий стержень (299) содержит одно или более шарнирных сочленений.

14. Способ регулирования потока пара в паровой турбине (200), включающий этап, на котором:

- изменяют угловые положения по меньшей мере одного ряда лопаток (221, 222, 231) статора во время работы паровой турбины;

причем угловое положение лопатки (221, 222, 231) статора изменяют в ходе этапов, на которых:

- осуществляют поворот (720) управляющего стержня (289, 299), выступающего из наружного корпуса (210) паровой турбины (200),

- осуществляют передачу (730) вращательного движения от управляющего стержня (289, 299) к приводному поворотному кольцу, причем приводное поворотное кольцо (310, 610) расположено внутри наружного корпуса (210) паровой турбины (200), окружающего внутренний корпус (220), и

- осуществляют передачу (740) вращательного движения от приводного поворотного кольца (310, 610) к лопатке (221, 222, 231) статора, размещенной во внутреннем корпусе (220) паровой турбины (200).

15. Способ по п. 14, в котором приводное поворотное кольцо (310) расположено между наружным корпусом (210) паровой турбины (200) и внутренним корпусом (220) паровой турбины (200) или внутри внутреннего корпуса (230) паровой турбины (200).