Двухпоточный цилиндр паровой турбины Советский патент 1985 года по МПК F01D3/02 

Изобретение относится к энергетическому оборудованию, а именно к паровым турбинам, предназначенным для частой работы на частичных режимах нагрузки в качестве пиковых или полупйковых установок на электростанциях и в качестве силовой установки на транспортных судах, в том числе на ледоколах и судах спецназначения.

Известен двухпоточный цилиндр паровой турбины, который имеет общую центральную паровую камеру, соединенную через независимые группы регулировочных клапанов с паровпускными камерами для каждого потока двухпоточной паровой турбины, при этом камеры разделены перегородкой, между которой и валом паровой турбины выполнено уплотнение. При работе турбины с частичными нагрузками 0-30 и 0-60% от полной нагрузки одна группа клапанов, регулирующая пропуск пара в одну из проточных частей, полностью закрыта. Работает другая проточная часть, пропуск пара через которую регулируется своей группой клапанов. Таким образом реализуется по потокам регулирование в диапазонах 0-30 и 0-60% мощности. Промежуточные режимы свыше 30 и 60% мощности реализуются при полностью открытых клапанах одной группы и частично открытых клапанах второй группы. Режим полной нагрузки реализуется при полностью открытых клапанах обеих групп. При этом свежий пар из паровпускных камер поступает в обе проточные части 1.

Однако подвод свежего пара осуществляется через паровыпускные клапаны непосредственно в проточную часть нерегулируемых ступеней. Больщая часть корпуса турбины нагружена высоким давлением пара. Это приводит к необходимости утолщения стенок корпуса, увеличению металлоемкости и- ухудшению массогабаритных характеристик турбоагрегата. Несимметричный подвод свежего пара к турбине приводит к неравномерности температурного поля корпуса, дополнительным деформациям и напряжениям в корпусе турбины. Выполнение общей паровой камеры свежего пара в корпусе турбины и размещение в камере регулировочных- клапанов значительно усложняет констр.укцию турбины.

Известен также двухпоточный цилиндр паровой турбины, содержащий корпус со статорными элементами, между которым и ротором размещены камеры концевых уплотнений и паровпускные камеры проточных частей, последние из которых имеют равные или различные площади проходных сечений, клапанную коробку, сообщенную с впускной камерой двухпоточной регулировочной ступени, а между камерами за регулировочной ступенью и паровпускными

камерами проточных частей установлены внутренние уплотнения 2.

, Однако для известного цилиндра характерны недостаточные надежность и эконо5 мичность, а также сложность конструкции, приводящая к увеличению массогабаритных характеристик цилиндра в сборе.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности и улучшение массогабаритных характеристик цилиндра.

Указанная цель достигается тем, что в двухпоточном цилиндре паровой турбины, содержащем корпус со статорными элементами, между которым и ротором размещены камеры концевых уплотнений и паровпускные камеры проточных частей, последние из которых имеют равные или различные площади проходных сечений, клапанную коробку., сообщенную с впускной камерой двухпоточной регулировочной ступени, а между камерами за регулировочной ступенью и паровпускными камерами проточных частей установлены внутренние уплотнения, в диске регулировочной ступени выполнены перепускные отверстия с площадью проходного сечения не менее площади проходного сечения одного из потоков регулировочной ступени, сообщающие между собой камеры за регулировочной ступенью, которые через клапанную коробку подключены к паровпускным камерам проточных частей.

При этом камеры за регулировочной ступенью через клапанную коробку сообщены с камерами концевых уплотнений.

На фиг. 1 изображена схема двухпоточного цилиндра паровой турбины с постоянной частотой вращения; на фиг. 2 - схема двухпоточного цилиндра паровой турбины с переменной частотой вращения с турбиной заднего хода, установленной в отдельном корпусе.

Двухпоточный цилиндр паровой турби ны имеет корпус 1 и ротор 2 с двумя нерегулируемыми проточными частями 3 и 4 с равными или различными площадями проходных сечений, камеры 5 и 6, расположенные за двухпоточной регулировочной ступенью 7, и паровпускные камеры 8 и 9 проточных частей 3 и 4. Регулировочная ступень 7 содержит один сопловой аппарат 10 на.оба потока 11 и 12 и рабочие лопатки 13, укрепленные на диске 14, имеющем перепускные отверстия 15, соединяющие

камеры 5 и 6- Паровпускные камеры 8 и 9 отделены от камер 5 и 6 внутренними уплотнениями 16 и 17. Площади проходного (расходного) сечения потоков 11 и 12 могут быть равны или различны.

5 Перепускные отверстия 15 имеют общую площадь проходного сечения не менее площади проходного сечения одного из потоков 11 и 12 регулировочной ступени 7 (большего по расходу).

Клапанная коробка 18 имеет общий регулирующий клапан 19 и независимые клапаны 20-23 и соединена с линией острого пара (не показана) трубопроводом 24, с камерами 5 и 6 трубопроводами 25 и 26, а с паровпускными камерами 8 и 9 трубопроводами 27 и 28 по потокам 11 и 12 соответственно. Камеры 5 и 6 трубопроводами 29 и 30 через клапанную коробку 18 сообщены с камерами 31 и 32 концевых уплотнений 33 и 34, одной стенкой которых являются торцовые поверхности 35 и 36 ротора 2.

В турбине С переменной частотой вращения, содержащей турбину 37 заднего хода (фиг. 2), камеры 5 и 6 трубопроводами 38 и 39 соединены с камерами 40 и 41, расположенными по обеим сторонам диска 42 турбины 37 заднего хода, размещенной вне основного корпуса 1, в собственном корпусе 43. Клапанная коробка 18 срдержит отсек 44, в котором размещены трубопровод 45 острого пара и клапан 46. Отсек 44 клапанной коробки 18 соединен с турбиной 37 заднего хода трубопроводом 47. Клапанная коробка 18 сообщена трубопроводом 48 с впускной камерой 49 двухпоточной регулировочной ступени 7.

Двухпоточный цилиндр паровой турбины работает следующим образом.

Свежий пар поступает к цилиндру (турбине) через регулирующий клапан 19 из клапанной коробки 18, в которую пар подводится по трубопроводу 24. Острый пар к турбине 37 заднего хода подводится через клапан 46 из отсека 44 клапанной коробки 18, в который пар поступает по трубопроводу 45.

Поступивщий во впускную камеру 49 через регулирующий клапан 19 острый пар расщиряется в регулировочной ступени 7, соверщая работу. Из регулировочной ступени 7 пар попадает в камеры 5 и 6, откуда по трубопроводам 25 и 26 подается в клапанную коробку 18, затем по трубопроводам 27 и 28 в проточные части 3 и 4. При реализации режимов нагрузки в диапазоне (0-0,3) открыт клапан 21, а клапан 20 закрыт. При полном открывании клапана 21 проточная часть 4 работает на расчетном режиме с наибольщим КПД. Пар, прощедщий через поток 11 регулировочной ступени, попадает в камеру 5, а затем через перепускные отверстия 15 перепускается в камеру 6. Возникшее осевое усилие при работе проточной части 4 уравновешивается подачей пара в камеру,32 концевых уплотнений 34 открыванием клапана 23. Пар от клапана 23 подводится к камере 32 по трубопроводу 30. Разгружающее усилие образуется от воздействия пара на торцовую поверхность 36 ротора 2.

При реализации режимов нагрузки в диапазоне (0,3-0,7) пар подводится к про- . точной части 3 открыванием клапана 20. При полном открывании клапана 20 проточная часть 3 работает на расчетном режиме с наибольшим КПД. Пар, прощедщий через поток 12 регулировочной ступени 7,попадает в камеру 6, затем через разгрузочные перепускные отверстия 15 перепускается в камеру 5. Возникшее осевое усилие при работе проточной части 3 уравновешивается подачей пара в камеру 31 открыванием клапана 22. Пар от клапана 22 подводится к камере 31 по трубопроводу 29. Разгружающее усилие образуется от воздействия пара на торцовую поверхность 35 ротора 2.

При полностью открытых клапанах 20 и 21 цилиндр (турбина) работает на номи0 нальной нагрузке, обеспечивая реализацию третьих характерных режимов работы ледоколов. При этом обе проточные части 3 и 4 работают при наибольщем (расчетном) КПД. Режимы заднего хода В реверсивной

5 турбине (фиг. 2) обеспечиваются подводом пара к турбине 37 заднего хода открывани.ем клапана 46. Пар по трубопроводу 47 подводится к турбине 37 заднего хода. При этом клапаны 20 и 21 закрыты.

Разгрузка осевого усилия реверсивной

0 турбины при ее работе отдельно проточными частями 3 и 4 обеспечивается подачей пара в соответствующую камеру 40 (41) турбины 37 заднего хода. Например, при работе проточной части 3 открыванием клапана 22 пар по трубопроводу 38 подводит ся в-камеру 40. При работе проточной части 4 и неработающей проточной части 3 для разгрузки усилия пар подводится клапаном 23 по трубопроводу 39 к камере 41. Таким образом, улучшение массогабаритных характеристик цилиндра (турбины) достигается за счет уменьшения размеров и массы протока, реализующего мощности в диапазоне 0,2-0,3 от номинальной, а также за счет уменьшения корпуса, меньшей по площади проходного сечения (раз мера) проточной части.

Предлагаемый цилиндр имеет высокую эффективность при работе на частичных режимах нагрузки и позволяет реализовать характерные и номинальный режимы при

0 номинальном КПД, что приближает КПД турбины при работе на характерных частичных нагрузках к номинальному и приводит к уменьшению затрат на производство электроэнергии при эксплуатации на нерасчетных режимах нагрузки.

Фиг. г

1. ДВУХПОТОЧНЫЙ ЦИЛИНДР ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащий к,орпус со статорными элементами, между которым и .ротором размещены камеры концевых уплотнений и паровпускные камеры проточных частей,, последние из которых имеют равные или различные -площади Г8 проходных сечений, клапанную коробку, сообщенную с впускной камерой двухпоточной регулировочной ступени, а между камерами за регулировочной ступенью и паровпускными камерами проточных частей установлены внутренние уплотнения, отличающийся тем, что, с целью улучщения массогабаритных характеристик, повышения надежности и экономичности, в диске регулировочной ступени выполнены перепускные отверстия с площадью проходного сечения не менее площади проходного сечения одного из потоков регулировочной ступени, сообщающие между собой камеры за регулировочной ступенью, которые через клапанную коробку подключены к пароI впускным камерам проточных частей. 2. Цилиндр по п. 1, отличающийся тем, что камеры за регулировочной ступенью через клапанную коробку сообщены с камерами концевых уплотнений. at О5 ..i-j