Цилиндр низкого давления теплофикационной паровой турбины Советский патент 1984 года по МПК F01D25/08 F01D25/24 

11зобрстс1 :(е относиться к энергетике, а именно к конструкции цилиндров низкого дав.гония (ЦНД) тенлофикационны.х нароиых турбнн, и может быть нен(;льзоваио для иовьпиен.ия их надежности и экокомнчиости. Известен ИНД иаровой турбииы, соде;.) жаи1ий устройство для охлаждения в малорасходных и теилофнкацнонных режимах, расио.;оженное в ресивере между иилиидрами среднего (ЦСД) и низкого давления 1|. Недостатком известного ЦНД является возможность ионадаиия из выходной зоны сепаратора крунных капель влаги в ироточ-ную часть турбины и, как следствие, эрозионный износ лонаток, а наличие сепаратора, рассчит анного на полный расход охлаждающего иара, предопределяет необходпмост1 повышенного давления охлаждающего иара, при этом невозможность поддержания оптимального расхода иара на охлаждение ЦНД при пзмепении давления иара за ЦСД также снижает экономичность и надежноеть турбоустановки. Известен также ЦНД теплофикапиониой иаровой т/рбииы, содержаи ий охлаждаюпк-е устройство с паровой и водяной камерами, регулируюи1,ий орган на входе з виде поворотного кольца с пароподводящими каналами и диафрагмы с внутренним и наружным обода ми 2. Недостатки тако1о ЦНД заключаются в том, что охлаждающий поток, вследствие сеиараипи капель на направляющих лопатках 1ервой ступепи ЦНД, образует развитое и.пеночиое течение, которое в кромочных следах лоиаток формирует крупные капли, вызывающие эрозионный износ входных кромок рабочих лоиаток, а поскольку подвод охлаждаюп1ей емееи к рабочим лопаткам оеуп1сствляется по всей длине входной кромки, наиболее еильному износу подвергаются периферийные сеченпя, как имеющие больщую окружную скорость, следовательно, и большую скорость соударения с кзплямк. Кроме того, иодвод охлаждающей емеси по всей выеотс лопаток при малых, ио сравнению с поминальными, расходах пара предопределяет течение преимуществеппо в периферийной зоне, что обуславливает нерав номерность охлаждения проточной части ЦНД. Целью изобретения является иовыщение эффективности охлаждения и снижение эрозионного износа рабочих лоиаток. Указанная цель достигается тем, что в ЦНД теплофикационной паровой турбины, содержащем охлаждаюпдее устройство с паровой и водяной камерами, регулирующий орган на якоре в виде юворотного кольца с пароподводящими каналами и диафрагмы е внутренним и наружным ободами, паровая и водяная камеры выиолиены во виутреинем ободе диафрагмы, в мпсле.чм с(; гторопы корневой зопь рабочих .опаток допо.тнптельпо ч:тановлеи1)1 га ;:11,:р йиые акустические излучатели Гартмана i: зыиплнс:;а камера, сообплеипая И1елевыми каналами и соплами излучателей с водяно11 и паоовой каме1:)ами соответственно, а в Г101,о)отном кольце выполнены дополиителыиме пароиодводящие каналы, ири этом излучатели coo6uieiibi общей резонанено11 камерой, а в coH.ic излучателя размеитен стержень, закрепленный в резонаторе излучателя. На фиг. 1 предетавлен ЦНД, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение ио подводу охлаждаюгцего пара; на фи1 3 - выиолиекие внутренней диафрагмы с излучателями Гартмана; на фиг. 4 - то же, ео етержневыми излучателями; иа (|}иг. 5 -- то же, с плоским радиальным каналом. ЦНД содержит иа входе регулирующий орган в виде поворотного кольца, имеющего наружный обод 1, дроссели 2, внутренний обод 3 и пароподводяц.1ие каналы (не показаны), и диа(}:|рагмы с наружным ободо.м 4, направ. л.оггатками 5 и внутренним ободом 6. В корневой части дросселей 2 выполнены доиолните.тьные пароподводящие каналы (окиа) 7 с шириной, равной входной ии-1риие меж,1оиаточног() каиала иаправляю пих лопаток 5. Выполнение внутреннего обода 6 диафрагмы .может быть реализовано ио трем вари ант а.vi. В иервом : арианте (см. фиг. 3) в ободе размеишется кольцевая паровая камера 8, сообщенная каналами 9 с паровой камерой К), расположенной во входном обтекателе И. Паровая камера 10 соединена с лпиией 12 подвода о.члаждаюи его пара, размеи1,ениой со стороны, лротивоиоложиой ио.чводу рабочего иара в ЦНД. В иаровой камере 8 установлены паровые сопла 13, 11аир01ив ко орых расположен кольцевой секционированный резонатор 14. Паровые сопла 13 в.месте с кольцевым резонатором 14 образуют газоструйный акустический (ультразвуковой) излучатель Гартмана. Кольцевая водяпая камера 15 с одной стороны сообщаетея с линией подвода конденсата (ке показана), а с другой - по щелевому каналу 16 с выходиы.ми кромками паровых сопел 13. Коническая иоверхность 17 во внутреннем ободе 6 выполняет функции ультразвукового рефлектора и согласована с кориевыми еечениями межлоиаточных каналов рабочих лоиаток 18. Конструктивное исполнение виутреннего обода 6 диафрагмы по второму варианту (фи1-. 4) отличается наличием центрального стерж 1я 19, размещенного в еоиле 13, закрепленного в резонаторе 14 излучателя и образуюгцего вместе с паровым соплом 13 и резонатором 14 газоструйиый стержневой излучатель Гартмана.

В третьем варианте (фиг. 5) паровая камера 8 сообщается плоским радиальным каналом 20 с кольцевой резонансной полостью 21, секционированной поперечными перегородками (не показаны). Водяна я камера 15 соединена щелевым каналом 16 с рефлекторным конусом 22. Коническая поверхность 17 и рефлекторный конус 22 образуют кольцевой канал 23, сопряженный с корневой областью рабочих лопаток 18.

Аналогичным образом может быть выполнен однопоточный ЦНД, имеющий регулирующий орган на входе.

Цилиндр низкого давления работает следующим образом.

При малорасходных или теплофикационных режимах, когда диафрагма полностью закрыта, включается система охлаждения ЦНД. От внещнего источника, например от одного из отборов турбины (не показаны), пар по линии 12 подвода поступает в паровую камеру 10 и далее, через каналы 9 - в кольцевую паровую камеру 8. При сверхкритических перепадах давления на соплах 13 в струях за ними устанавливается сверхзвуковое истечение, которое, будучи заторможенным резонатором 14, входит в режим автоколебаний и приобретает ячеистую структуру.

В кольцевом пространстве, ограниченном корпусом кольцевого резонатора 14 и конической поверхностью (рефлектором) 17, возникает область мощных ультразвуковых колебаний. Одновременно с подачей пара в паровую камеру 10 включается подача конденсата в кольцевую водяную камеру 15. Жидкость, истекая из водяной камеры 15 по щелевому каналу 16, образует на срезе сопел 13 тонкую жидкостную пленку. Последняя оказывается в поле действия ультразвуковых колебаний, дробится ими на капли и перемещается паровым потоком в корневую область рабочих лопаток 18.

Пар из входа в ЦНД проходит по дополнительным пароподводящим каналам 7 и формируется направляющими лопатками 5 в кольцевой поток, согласованный по направлению с вращением рабочих лопаток 18. Этот кольцевой поток выполняет две функции: во-первых, он ограничивает радиальное перемещение пароводяной струи, движущейся от газоструйного акустического излучателя Гартмана, а во-вторых, направляет ее

в межлопаточпыо капа.пы рабочих лопаток 18. Образовавшаяся в результате слияния двух потоков пароводяная смесь pea;niзует теплосъем в первой и последующих ступенях ЦНД.

При увеличенных расходах конденсата эффективность ультразвукового дробления конструкцией ЦНД по первому варианту (фиг. 3) может оказаться недостаточной для обеспечения мелкодисперсной капельной

0 структуры. В этом случае целесообразна конструкция ЦНД по второму варианту (фнг. 4). Этот ЦНД работает аналогично .предыдущему, но наличие твердой границы (т. е. центрального стержня 19) приводит к изменению структуры косых скачков уплотнения и разрежения, благодаря чему почти при неизменных расходе пара и акустической мощности излучателя Гартмана повьипается частота генерации, что, в свою очередь, влечет уменьшение размеров об0 разующихся из пленки жидкости капель.

В конструкции ЦНД по третьему варианту (фиг. 5) на истекающую из плоского радиального канала 20 сверхзвуковую струю воздействует кольцевая резонансная полость 21, в результате чего возникает система скачков уплотнений, создающая сильные ультразвуковые колебания скорости и давления пара. Жидкость, истекающая из водяной камеры 15 по щелевому каналу 16, образует на рефлекторном конусе 22 тонкую

Q нленку. которая подвергается интенсивному воздействию пульсирующего парового потока и у выходных кромок рефлекторного конуса 22 дробится на капли. Образованный таким образом пароводяной поток формируется конической поверхностью 17 и рефлекторным конусом 22 в кольцевую струю и направляется в корневую область рабочих лопаток 18.

Таким образом, использование данной конструкции ЦНД повыщает надежность

турбины при работе на теплофикационных режимах, а также режимах холостого хода и пуска за счет устранения эрозионной опасности рабочим лопаткам со стороны охлаждающего пароводяного потока и более эф5 фективного охлаждения проточной части турбины, поскольку охлаждающий поток однороден по структуре и не содержит капель опасных для рабочих лопаток размеров.

:;х

1. ЦИЛИНДР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий охлаждающее устройство с паровой и водяной камерами, регулирующий орган на входе в виде поворотного кольца с пароподводящими каналами и диафрагмы с внутренним и наружным ободами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и снижения эрозионного износа рабочих лопаток, паровая и водяная камеры выполнены во внутреннем ободе диафрагмы, в последнем со стороны корневой зоны рабочих лопаток дополнительно установлены газоструйные акустические излучатели Гартмана и выполнена камера, сообщенная щелевыми каналами и соплами излучателей с водяной и паровой камерами соответственно, а в поворотном кольце выполнены дополнительные паропроводящие каналы. 2.Цилиндр по п. 1, отличающийся тем, что излучатели сообщены общей разонансной камерой. i 3.Цилиндр по пп. 1 и 2, отличающийся (Л тем, что в сопле излучателя размещен стержень, закрепленный в резонаторе излучателя о со ts:) 00 СХ)

18

Фиг.З

fS

8