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

У

со

w

2, Цилиндр по п. 1, о т л и ч а ищ ий с я тем,что входные KpONtKH рас-пылителя расположены равномерно по

окружности, а выходные - у входных кромок рабочих лопаток со стороны их вогнутой поверхности;

1. ЦИЛИНДР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий регулирующий орган на входе в виде поворотного кольца с основныьад и дополнительными пароподводящими каналами и диафрагмы, во внутреннем ободе которой размещена кольцевая водяная камера, сообщенная каналом с межвенцевым зазором в корневой зоне рабочих лопаток, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, цилиндр снабжен лопаточным радиальным распылителем, установленным в межвенцевом зазоре на диске рабочего колеса, а кольцевая водяная камера сообщена с входом распылителя.S

Изобретение относится к энергетике, более конкретно к конструкции цилиндров низкого давления (ЦНД) теп лофикационных паровых турбин и может быть использовано для повышения их надежности, Известен ЦНД паровой теплофикацио ной турбины с устройством для подготовки охлаждающего пара вынесенным за пределы парового тракта турбины С Однако в турбинах с этим устройст вом при охлаждении ЦНД пароводяной (как наиболее эффективной) смесью охлаждающий поток вследствие сепарации капель на направляющих лопатка; первой ступени ЦНД образует развитое пленочное течение, которое в кромочных следах лопаток формирует крупные капли, вызывающие эрозионный износ входных кромок рабочих лопаток, а поскольку подвод охлаждающей смеси к рабочим лопаткам осуществляется по всей длине входной кромки, наиболее сильному износу подвергаются периферийные сечения как имеющие большую окружную скорость, cлe : oвaтeльнo и большую скорость соударения с каплями. Кроме того, подвод охлаждающей смеси по всей высоте лопаток при малых по сравнению с нoминaльны ш расходах пара предопределяет течение преимущественно в периферийной зоне, что обуславливает неравномерность ох лаждения проточной части ЦНД, Известен также ЦНД теплофикационной паровой турбины, содержащий регу лирующий орган на входе в виде поворотного кольца с основными и дополни тельными пароподводяЕцими каналагути и цифрограммы, во внутреннем ободе которой размещена кольцевая водяная камера, сообщенная каналом с межвеицевым зазором в корневой зоне рабочи лопаток с 2 . Недостаток известного ЦНД - низка эффективность охлаждения проточной части ЦНД, Цель изобретения - повьш.е.ние эффективности охлаждения. Указанная цель достигается тем, что ЦНД теплофикационной паровой тур бины, содержащий регулирующий орган на входе в виде поворотного кольца с основными и дополнительными пареподводящими каналами и диафрагмы, во внутреннем ободе которой размещена кольцевая водяная , сообщенная каналом с межвенцевым зазором в корневой , зоне рс1бочих лопаток, снабжен лопаточным радиальным распылителем, установленным в межвенцевом зазоре на диске рабочего колеса, а кольцевая водяная камера сообщена с входом распылителя. При этом входные кромки распылителя расположены равномерно по окружности, а выходные у входных кромок рабочих лопаток со стороны их вогнутой поверхности, На фиг, 1 прещставлена паровпускная часть ЦНД и первых ступеней, продольный разрез; на фиг, 2 - узел 1 нафиг. 1; на фиг, 3 - вид по стрелке А на фиг, 2; на фиг, 4 - сечение Б-Б на фиг. 2, ЦНД теплофикационной паровой турбины содержит регулирующий орган на входе в виде поворотного кольца, состоящего из наружного обода 1, дросселей 2 и внутреннего обода 3 и диафрагмы, В корневой части дросселей 2 выполнены дополнительные пароподводящие кана.Ы 4 прямоугольной или круглой Диафрагма включает наружный обод 5 г направляющие лопатки 6 и внутренний обод 7, в котором выполнена кольцевая водяная камера 8, сообщенная линией 9 подвода с трубопроводом 10 подачи конденсата. Водяная камера 8 сообщается с межвенцевым зазором наклонными водяными соплами (каналами) 11, На диске 12, несущем рабочие лопатки 13, в межвенцевом зазоре размещен лопаточный раД1 альный распылитель 14, содержащий входную камеру 15, лопатки 16 с радиальной выходной кромкой 17 и покрывающий диск 18. входные кромки 19 лопаток 16 расположены равномерно по окружности,, а вЕлходные размещены непосредственно у входных кромок 20 рабочик лопаток 13 со стороны их вогнутой поверхнос€и 21, Кольцевая водяная камера 8 сообщена через сопла 11 с 13ХОДОМ 22 лопаточногО радиального распылителя 14, Аналогичным образом выполнен и однопоточный ЦНД паровой турбины. Количество лопаток 16 определяется с одной стороны расходом конденсата на охлаждение ЦВД, а с другой - возможностям - компоновки распылителя .14 в межвенцевом зазоре. При центробежном дроблении (распылении) жидкости размер капель является функцией толщины жидкой пленки в зоне ев разрушения (т.е. вблизи выходных кромок 17 лопаток 16) . Но при постоявных расходе и температуре конденсата, частоте вращения ротора и наружном диаметре распылителя 14 (а он не может быть больше диаметра корневых сечений рабочих лопаток 13) толщина пленки зависит только от длины периметра отрыва, т.е. - от суммарной длины вы-ходных кромок 17 лопаток 16, С учетом этого обстоятельства и известных функциональных связей удельного расхода (расхода жидкости на единицу периметра отрыва) и размеров, образующихся при центробежном дроблении капель, выбирается ко личество и ширина лопаток 16 распылителя 14 , Положение канала 4 в дросселе 2 и его размер л (фиг. 2) зависят не только от расхода и параметров пода ваемого на охлаждение пара но .и от структурно-кинематических характери тик капельного потока, выходящего и распылителя 14. ЦНД теплофикационной паровой турбины работает следующим образом. При малорасходных или теплофикационных режимах, когда регулирующий орган на входе в ЦНД закрыт от конденсатных или бустерных насосов (не показан), конденсат по линии 9 и трубопроводу 10 подается в кольцевую водяную камеру 8, откуда наклонными соплами 11 направляется во входную камеру 15 распылителя 14. Наклон сопел 11 в сторону рабочих лопаток 13 и в сторону их вращения обеспечивает благоприятный вход струй воды в каме ру 15 и растекание воды по ее поверх ности, Ок:азавшись в поле мощных цент робежных сил, вода перемещается по входной камере 15 к входным кромкам 19 лопаток 16 и равномерно распределяется между лопатками 16. Сформировавшись в тонкий пленочный слой, вода перемещается по наветренной поверхности лопаток 16 к их выходным р диально ориентированным кромкам 17 и приобретает окружную скорость, равную окружной скорости корневых сечений рабочих лопаток 13. По достижени выходных кромок 17 лопаток 16 пленка жидкости отрывается от них и дробитря на капли (первая ступень дроблени Поскольку окружная составляющая скорости капель на порядок и более превышает радиальную составляющую, капли перемещаются от выходных кромок 17 лопаток 16 по спирали, направленной в сторону вращения рабочих лопаток 13. Кольцевой поток пара, поступающий через дополнительные паропод водящие каналы 4 закрытого регулирующего органа, подхватывает отрывающиеся от лопаток 16 капли и направляет их между рабочими лопатками 13. При высоких скоростях парового потока, когда критический (максимально устойчивый) размер капель может оказаться меньше размеров отрывающихся от лопаток 16 капель, реализуется вторая аэродинамическая ступень дробления. Образованная таким образом пароводяная смесь охлаждает рабочие лопатки 13 ЦНД. Поскольку механизм дробления жидкости центробежной силой обусловливает спектр капель, т.е. одновременное фop лиpoвaниe капель различных размеров, то их дальнейшее поведение в кольцевом потоке пара также будет равным. Капли, соответствующие мелкодисперсной части спектра, будут относительно легко увлекаться паровым потоком и их траектории (фиг, 3 кривая а) окажутся близкими траектории пара (кривая б). Капли, соответствующие крупнодисперсной части спектра, в большей степени отклоняются от направления движения пара и их путь следования отвечает кривой в. Таким образом, основная масса (факел) капель располагается в области между кривыми айв. Место размещения выходных кромок 17 лопаток 16 обеспечивает выход из рабочих лопаток 13 капельного потока при отсутствии или мз- нимальной сепарации капель на рабочих лопатках 13, Капли покидают выходные кромки 17 лопаток 16 с одинаковой скоростью, но ввиду разных размеров с различной кинетической энергией. Следовательно, наиболее крупные капли проникалт глубоко в паровое кольцо И их траектории определяют внешнюю границу капельного факела (фиг, 2 кривая г); в этой области двигаются и мелкие капли (как результат второй ::тупени дробления) . Мелкие капли легче поддаются воздействию парового потока и определяют внутреннюю границу капельного факела (кривая д), Оптимальное охлаждение рабочих лопаток 13 будет таким, при котором капельный факел полностью заполнит паровое кольцо. Таким образом, предлагаемая конструкция ЦНД с образованием охлаждающего пароводяного потока в межлопаточных каналах первой ступени обеспечнвает разномерное охлаждение проточной части ЦНД, псэскольку форм11рующийся в корневой области первой ступени охлалщающий поток при последующем движении будет размываться по всей высоте проточной части ЦНД, Применение центробежного дробления путем установки распылителя на ступице колеса первой ступени позволяет исключить

эрозию рабочих лопаток этой ступени, поскольку окружная скорость, как определяющая возможность и интенсивность эрозионного повреждения, для рабочих лопаток и капель оказывается практически одинаковой (разница этих 5 скоростей обусловлена торможением цапель в паровом кольце) , Применителько к современным мощным турбинам, где в корневой зоне первой ступенейЦНД окружная скорость превышает 200250 м/с, механизм центробежного дробления обеспечивает повышенную однородность структуры капельного потока и малый,оне вызывающий эрозионного разрушения, размер капель.

13

фа-е. 3

/7