Паротурбинная установка Советский патент 1984 года по МПК F01D7/02 F01D1/04 

Изобретение относится к турбиностроению и может-быть использовано ; в составе паротурбинных установок большой мощности различного типа .и назначения, в частности транспортных (судовых) энергетических установок , например пассажирских судов, отличающихся широким спектром .режи-г мов работы.

Известна паротурбинная установка со специальными ступенями малых ходов, расположенными в корпусе . высокого давления между регулировочным колесом и ступенями полного хода, обводи мыми на режиме полного хода (внутренний или внешний обвод), и включаемыми в работу лишь на малых ходах Cll.

Такое конструктивное исполнение паровой турбины, имеет существенные недостатки: увеличенная длина ротора, приводящая к заметному увеличению осевого габарита и веса агрегата; для обеспечения запаса по критическому числу оборотов ротора в . этом случае необходимо увеличивать ,диаметры шеек ротора, что приводит к большим протечкам через диафрагменные уплотнения и увеличенным утечкам через концевые уплотнения; необходимость сокращения числа ступеней в группах приводит к снижению экономичности, турбины на всех режимах; невозможность обеспечения большого набора режимов без дросселирования пара, которое является одним из наименее экономичнык способов регулирования5 потери мощности на трение и вентиляцию в обводных ступенях малых ходов дополнительно снижают экономичность полных ходов; низкая окружная скорость, уменьшенный диаметр облопатываняя ступеней малого хода снижают эффективность работы этих ступеней на режимах долевых нагрузок.

Известна также паротурбинная установка, в паровом турбоагрегате которой, содержащем корпуса высокого, и низкого давления, турбина высоКого давления выполнена двухпроточной, один из протоков которой образован ступенями малого хода, другой ступенями полного хода. I

Такое конструктивное исполнение

турбоагрегата обеспечивает некоторую гибкость системы управления, расширение набора режимов без дросселирования пара и работу обоих протоков на всех режимах одновременно (параллельно - на режиме полного хода или последрватель но -: на малых ходах). Тем самым исключаются потери мощности на трение и вентиляциЕО в ступенях малых ходов 21.

Недостатками этой паротурбинной Установки являются увеличенная длина ротора и вызванные этим указанные ранее конструктивные ограниче- НИН, ведущие к снижению экономичности работы турбины высокого давления и турбоагрегата; трудность обес5 печения равномерного теплового состояния турбины, приводящая к тепловым деформациям и соответственно к снижению .маневренности всего агрегата; дополнительные потери, обус0 ловленные перетечкой -пара через промежуточную диафрагму между протоками .

Известна паротурбинная установка, содержащая переключающий клапан,

5 трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной частью, на входе первого яруса которой размещена

0 улитка с патрубком подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара вто5 рого яруса подключен-к патрубку подвода пара Г31.

Такое техническое решение предназначено для использования в па-: .ротурбинных установках с промежуQ точным перегревом пара, поэтому отключение по пару одного.из ярусов при работе другого не предусматривается, а их работа параллельным потоком пара одинаковых параметров вообще невозможна. Без существенных изменений данная установка не может быть использована в составе парового турбоагрегата с широким спектром режимов работы.

0 Цель изобретения - уменьшение веса и габаритов, повышение экономичности и маневренности.

Указанная цель достигается тем, 4Td в паротурбинной установке, содер5 жащей переключающий клапан и трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной частью, на входе первого из ярусов которой размещена улитка с патрубком, подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной ; низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса подключен к патрубку подвода пара первого яруса, улитка снабжена запорным органом, а переключающий клапан установлен на трубопроводе-ресивере.

Установка снабжена дополнительным

0 трубопроводом-ресивером, вход второго яруса снабжен дополнительной улиткой с патрубком подвода пара и запорным органом, патрубок бтвода пара первого яруса подключен к пат5 рубку подвода пара дополнительной

улитки через переключающий клапан, дополнительно установленный на допонительном трубопроводе-ресивере, а последний подключен к турбине.низкого давления, при этом патрубок подвода пара основной улитки подключен к трубопроводу свежего пара, а патрубок подвода пара дополнительной улитки подключен к трубопроводу свежего пара.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки с одной улиткой ; на фи г. 2 то же, с двумя улитками; на фиг. 3 - сечение А-Л на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - пример вьтол нения запорного органа в идё поворотной диафрагмы/ на фиг. 6 - турбина высокого давления, продольный ра рез.

Паротурбинная установка (фиг. 1) содержит Трубопровод 1 свежего пара с установленным на нем маневровым устройством (главный стопорный клапан ) 2 и сопловыми клапанами 3 и подключенным к турбине 4 высокого давления (ТВД) с .регулирующей ступенью 5 и двухярусной проточной Частью, на входе первого (например, нижнего) яруса 6 которой размеще.на улитка 7 с патрубком 8 подвода пара, а патру бок 9 отвода пара этого яруса 6 ссюбщен тру.бопро во домресивером Юс турбиной 11 низкого давления (.ТНД). Патрубок 12 отвода пара второго яруса 13 (например, верхнего) подключен через переключающий клапан 14 трубопроводом 15 к патрубку 8 подвода пард, а последний трубопроводом 16 через обводной 17 сообщен с трубопроводом 1 свежего пара. Улитка 7имеет окно 18, в koTopOM установлен запорный орган (клапан) 19.

Установка (фиг. 2) снабжена дополнительным трубопроводом-р.есивером 20, а на входе второго (верхнего) яруса 13 установлена дополнительная улитка 21 с патрубком 22 подвода пара в окне .23 которой установлен запорный орган (клапан) 24. Патрубок 9 отвода пара первого яруса 6 подключен к патрубку 22 подвода пара дополнительной улишки 21 через дополнительный переключающий клапан 25, котогадй трубопроводом 26 подключен к патрубку 22 подвода па.ра, а последний трубопроводом 27 через обводной клапан 28 сообщен с трубопроводом 1 свежего пара.

Из условий компоновки установку, в целом патрубки 8 и 22 подвода пара, окна 18 и 23 с запорными клапанами 19 и 24 .разнесены по окружности (фиг. 3 и 4). Этим достигдется также компактность сочетания улиток 7 и 21 для подвода пара в

двухярусную проточную часть. О той же целью число ступеней во втором (верхнем) ярусе 13 может выполнят.ься меньше, чем в первом (нижнем) ярусе б. Конструктивное исполнение запорных клапанов и их размещение в ТВД 4 осуществлено по примеру известных конструкций (фиг. 6). Здесь приведен пример исполнения ТВД 4 с одним патрубком 22 подвода пара в двухярусную проточную часть. В отличие от рассмотренной схемы (фиг. 1) патрубок 22 подвода пара с улиткой 21, окнами-23 и запорным клапаном 24 подключен к верхнему ярусу 13 двухярусной проточной части.

Запорный орган 19 улитки 7 может быть также выполнен в виде поворотно диафрагмы (фиг. 5) по примеру извесных диафрагм регулируемых отборов. В качестве переключающих клапанов 14 и 25 могут быть использованы известные конструктивные решения.

При проектировании проточных частей турбин данной установки не появ ляется никаких дополнительных ограничений по сравнению с условиями проектирования известных конструктивных решений. Основные принципы проектирования, предусматривающие возможность получения требуемых характеристик

турбоагрегата в целом и высоких значений его КПД на различных режимах, изЛа..гаются в литературе tl3 и С21. При этом следует заметить, что проточные части каждого из ярусов 6 и 13 на номинальном (базо-вом) режиме могут рассчитываться на различные расходы, т.е. выполняться с различной пропускной способностью, а также с различными начальными параметрами на входе.

Паротурбинная установка в зависимости от положения-клапанов, работает следуюпу1м образом.

При закрытых обводных клапанах 17 и 28 (или их отсутствии) свежий пар по трубопроводу 1 свежего пара от маневрового устройства 2 через сопловые клапаны 3 (или помимо них) поступает в регулирующую ступень 5 и далее через окна.18 и 23 при соответствующем открытии запорных клапанов 19 и 24 в ярусы б и 13 двухярусной проточной части ТВД 4. Из ТВД 4 через также соответственно открь1тые переключающие клапаны 14 и 25 и трубопроводы-ресиверы 10 и:20 пар подводится в ТНД 11. При этом в зависимости от положения запорных клапанов 19 и 24 и переключающих клапанов 14 и 25 осуществляются различные режимы работы установки в целом.

Режим А. Запорные клапаны 19 и 24 открыты, переключающие клапаны /f4 и 25 в положении Х. Пар одинако

вых параметров через окна 18 и 23 поступает в улитки 7 и 21, затем параллельным потоком - в нижний и верхний ярусы 6 и 13 двухярусной проточной части. После расширения в ТВД 4 по патрубкам 9 и 12 отвода пара, переключающим клапанам 14 и 25 и трубопроводам-ресиверам 10 и 20 пар подводится в ТНД 11.

Режим Б. Запорный клапан 24 открыт, запорный клапан 19 закрыт, дополнительный переключающий клапан 25 в положении О. , переключающий клатпан 14 в положении 5 . Пар через , окна 23 поступает вдополнительную улитку 21, з-атем расширяется во втором (верхнем) ярусе 13- и отводится по патрубку- 12, далее через переключающий-клапан 14, трубопровод 15 возвращается в ТВД 4. По патрубку 8 подвода пар через улитку 7 поступает в нижний ярус 6, где после расширения отводится по патрубку 9 из ТВД. 4 и через дополнительный переключающий клапан 25 по трубопровсдам-ресиверам 10 и 20 направляется для расширения в ТНД 11.

.Режим В. Запорный клапан 24, закрыт,, запорный клапан 19 открыт, .клапан 25 в положении 5 , переклго- . чающий клапан 14 в положении А- . Ра бота установки осуществляется аналогично режиму Б с последовательным расширением-пара в ярусах 6 и 13 двудвухярусной проточйой части. Отличие состоит в том, что сначала.расширение осуществляется в нижнем ярусе б , а затем - в верхнем ярусе 13. . , Рехшм Г. Запорный .клад1ан 24 открыт, запорный клапан 19 закрыт, переключающие клапаны. 14 и 25 в положении А . Пар через окно 23 поступает в дополнительную улитку 21., зазатем расширяе.тся в верхнем ярусе 13 и отводится по патрубку 12 .далее через переключающий клайан 14, трубопровод-ресивер 10 направляется в ТНД 11. Нижний ярус б практически не участвует в выработке полезной механической энергии.

Режим Д. Запорный клапан 24 закрыт, запорный клапан 19 открыт, переключающие клапаны 14 и 25, в положении а. . Работа агрегата осуществляется аналогично режиму Г. Отличие состоит в перемене ролей верхнего и нижнего ярусов 13 и б в выработке полезной механической энергии ..

Работа турбоагрегата в группе режимов Л, Б и В идентична известным схемам регулирования с параллельнопоследовательным током пара. Группа режимов Гид идентична схемам регулирования с внутренним обводом |ступеней (турбин) малых ходов.

При открытых обводных клапанах 17 и 28 работа турб.оагрегата осуществляется аналогично рассмотренной группе режимов Л, Б, В, Г и Д. Здесь дополнительно используются свойства схем регулирования с внешним обводом. .

Е сочетании с сопловыми клапана-ми 3 для установки обеспечивается принципиально неограниченный набор возможных комбинаций регулирования, включающий известные способы увеличения экономичности переменных .режимов работы. Выбранный спектр режимов устанавливается целесообразнотью в конкретных условиях проектирования.

Использование внешнего обв.ода (т.е. обводного клапана 17) .позволяет дополнительно осуществлять параллельную работу ярусов б и 13 с различными параметрами на входе (открыты сопловой и обводной клапаны 3 и 17, запорный клапан 19 - закрыт) И режим Д с внешним обводом регулирующей ступени .5 (сопловой клпан 3 закрыт), I

Паротурбинная установка, ТВД 4 которой имеет один патрубок 8 или 2 подвоДапара к двухярусной проточно части помимо регулирующей ступени 5 и один переключающий клапан 14 или 25, имеет более узкий спектр .режимо работы. Однако следует учитывать, чт(3 сокращение количества патрубков 9 и 22 подвода и переключающих клапанов 14 и 25 упрощает конструкцию и регулирование турбины, повышает е надежность.

Выполнение паровой турбины с обводными клапанами 17 и 28, соединяющими патрубки подвода пара в двухярусную проточную часть помимо регулирующей ступени непосредственно с маневровым устройством, дополнительно позволяет использовать свойства схем с внешним обводом.

Применение в ТВД двухярусной прточной части позволяет выполнить турбину со сниженными массо-габариными показателями и улучшенными маневренными качествами, применять развитые -проточные части, что приводит к повышению экономичности работы на всех режимах, снизить диаметры шеек ротора корпуса высокого давления и Teivi самым уменьшить протечки через диафрагменные и концевые уплотнения. Снабжение улиток патрубков подвода пара к двухярусной проточной части помимо регулирующей ступени окнами с запорными органами и подсоединение патрубков отвода -пара к переключающим клапанам, соединенным трубопроводами с патрубками подвода пара в двухярусную проточную часть и турбину

низкого давления, обеспечивает возможность работы турбоагрегата с , отключением по пару одного из ярусов при работе другого, с последовательным потоком пара в ярусах и с параллельным потоком пара одигнаковых параметров. Подключение патрубков подвода пара к двухярусМой проточной части через обводные клапаны к маневровому устройству позволяет дополнительно использовать свойства схем регулирования

с внешним обводом. В целом в сочетании с сопловыми клапанами обес.печиваются практически все необхо- . димые режимы работы турбины без дросселирования пара и, таким образом, значительно повышается его экономичность, особенно на долевых нагрузках. При этом на режимах . с параллельно-последовательным током пара ликвидируются значительные

0 по величине потери на трение и вентиляцию.

1. ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, содержащая переключающий клапан. и трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной 1астью, на входе первого из ярусов которой размещена улитка с патрубком подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса подключен к патрубку подвода пара первого яруса, отличающаяс я тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов, повышения экономичности и маневренности, улитка снабжена запорным органом, а переключающий клапан установлен на трубопроводе-ресивере. 2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным трубопроводомресивером, вход второго яруса снабжен дополнительной улиткой с патрубком подвода пара, и запорным органом, патрубок отвода пара первого яруса подключен к патрубку подвода пара дополнительной улитки через а переключающий клапан, дополнительно сл установленный на дополнительном трубопроводе-ресивере, а последний подключен к турбине низкого давления. 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок подвода пара основной улитки- подключен к трубопроводу свежего пара. 4.Установка по пп. 2 и 3, о ту л и чающая с я тем, что патрубок подвода пара дополнительной vj улитки подключен к трубопроводу P свежего пара. S5 х

шт

7ff

,:

14 М п {4/г ММ 15 iO

cpus.Z

фигЗ

б-S

/

/3

срие.