Способ расхолаживания паровой турбины Советский патент 1986 года по МПК F01D21/00 

I

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для сокращения продолжительности остывания паровых турбин при остановке.

Целью изоб зетения является повышение надежности и экономичности за счет сокращения продолжительности простоя турбоагрегата в ремонте и увеличения отпуска электроэнергии.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема, реализующая предлагаемый способ на блочных турбоустанов- ках с промежуточным перегревом пара} на фиг, 2 - то же, на турбинах без промежуточного перегрева пара.

Турбоустановка (фиг, 1) содержит турбину, состоящую из цилиндра 1 высокого давления (ЦВД), цилиндра 2 среднего давления (ЦСД), цилиндра 3 низкого давления (ЦНД) и конденсатора 4. К ЦВД 1 подсоединен трубопровод 5 свежего пара, на котором установлены клапаны 6 высокого давления. ЦВД 1 имеет концевые уплотнения 7 и 8, ЦСД 2 - концевые уплотнения 9 и 10, ЦНД 3 - концевые уплотнения 11 и 12. Между ЦВД 1 и ЦСД 2 включен промежуточный перегреватель 13 пара, соединенный с ЦСД 2 трубопрводом 14, на котором установлены клапаны 15 среднего давления. ЦСД 2 соединен с ЦНД 3 перепускньм трубопроводом 16, на котором установлен запорн орган 17. Трубопровод 5 свежего пара соединен с конденсатором 4 пускосбросным устройством (ПСБУ) 18, а трубопровод 14 соеди иен с конденсатором 4 сбросной линией 1 9 с установленным на ней клапаном 20, К конденсатору 4 линией 21 с установленной на ней задвижкой 22 и регулирующей арматурой (Еслапана ми) 23 и 24 подключены эжекторы 25 и 26, К последним подключены трубопроводы 27 подвода рабочего пара с клапанами (задвижками) 28 и 2 соответственно, В состав установки входит также воздушный компрессор 30, на выходе которого установлен регулирукнций орган 31. Компрессор 30 соединен с ЦВД 1 трубопроводом 32 с задвижкой 33 и с ЦСД 2.- трубопроводом 34 с задвижкой 35. В ЦВД 1 на входе в переднее концевое уплотнение 7 установлен манометр 36, в ЦСД 2 на входе в переднее концевое уплотнение 9 - манометр 37,

63782

в ЦНД 3 манометр 38. ЦВД t и ЦСД 2 снабжены датчиками 39 и 40 контроля скорости изменения темпе- .ратуры металла и датчиками 41 и 42

5 относительного расширения роторов 43 и 44. Конденсатор 4 соединен с атмосферой линией 45 с задвижкой 46.

Компрессор 30 (фиг. 2) подключен

o линией 47 с задвижкой 48 к трубопроводу 5 свежего пара.

Расхолаживание турбины (фиг. 1) производят следующим образом,

После остановки турбоустановки

5 и закрытия клапанов 6 обеспаривают трубопровод 5 свежего пара через ПСБУ 18 в конденсатор 4, после чего прекращают подачу пара на концевые уплотнения 7-12 цилиндров 1-3 и

0 закрытием регулирующего клапана 23 прекращают отсос воздуха из конденсатора 3, закрывают клапан 28 и открывают задвижку 46 на линии 45. Эжектор 26 при работе турбины оста5 навливают. Для одновременного рас- хола7кивания высокотемпературных цилиндров турбины ЦВД 1 и ЦСД 2 схему собирают следующим образом: закрывают запорный орган 17, клапан 20,

(3 задвижку 33, открывают клапаны 6

и 15 задвижку 35 и ПСБУ 18, Включают в работу компрессор 30 и приоткрыти- . ем регулирующего органа 31 подают воздух по линии 34 в ЦСД 2. Воздух

,. проходит через ЦСД 2 в направлении, противоположном рабочему, и по трубопроводу 14 через открытые клапаны 15 поступает в промежуточный пароперегреватель 13, пройдя кото, рый, попадает в ЦВД 1. Из ЦВД 1 воздух сбрасывается по трубопроводу 5 через открытые клапаны 6 и ПСБУ 18 в конденсатор 4, откуда через линию 45 поступает в атмосферу. С качаj лом подачи воздуха в охлаждаемые цилиндры 1 и 2 контролируют относительные расширения ротора 43 ЦВД 1 с помощью датчика 41 и относительные расширения ротора 44 ЦСД 2 с

50

помощью датчика 42. Скорость остыва- ння элементов ЦВД 1 контролируют с помощью датчика 39, а скорость остывания элементов ЦСД 2-е помощью датчика 40.

55 В начале процесса расхолаживания у роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 отрицательные значения относительного расширения (относительные укорочения)

3

отсутствуют, т.е. относительные расширения роторов 43 и 44 являются положительными. В этом случае ограничивающими (критическими) фаторами являются допустимые скорости остывания элементов ЦВД 1 и ЦСД 2. Контролируя текущие значения скоростей остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 39 и 40, открытием регулируклцего органа 31 постепенно увеличивают расход воздуха, подаваемого на охлаждение ЦВД 1 и ЦСД 2. При этом скорость остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 контролируется с помощью датчиков 39 и 40. При приближении текущего значения скорости остывания любого из охлаждаемых цилиндров 1 и 2 к допустимому значению увеличение расхода воздуха прекращают. Если скорость остывания остается ниже допустимого значения, то устанавливают максимальный расход, определяемый производительностью компрессора 30.

По мере роста расхода охлаждаю- inero воздуха относительные расщире- ния роторов 43 и 44, замеряемые датчиками 41 и 42, снижаются, что объясняется более быстрьм остыванием ротора 43 или 44 по сравнению со статором цилиндра 1 или 2. Ускоренному остыванию роторов 43 и 44 способствуют также особенности течения воздуха в концевых уплотнениях 7-10 цилиндров 1 и 2. Вследствие наличия при движении воздуха гидравлического сопротивления ЦВД 1 равного Л Рцдд) ЦСД 2, равного 6Рцсд промежуточного пароперегревателя 13 равного U РП„ , тракта ПСВУ 18 между ЦВД 1 и конденсатором 4, равного А Р(5р , внутри ЦВД 1 и ЦСД 2 устанавливается давление, превьшающее атмосферное. Если пренебречь сопротивлением линии 45 и принять на рассматриваемом этапе процесса давлени в конденсаторе 4, равным атмосферному Р,тм . то в ЦВД 1 перед концевыми уплотнениями 7 установится давление, равное Р « Р, , а перед концевыми уплотнениями 8 установится давление, равное Рд Рд,,

Р.вр Рцад Рг вАДавление воздуха в ЦСД 2 на вход в концевые уплотнения 9 и 10 равно соответственно РЧ свр ЦВА «« P8 Pr,«j lO P T« PcBP .А

+ Р„п+йР..Г. Р.+ йР

пп

цел

163784

Таким образом, на входе в концевые уплотнения 7-10 охлаждаемых цилиндров 1 и 2 устанавливается давление, превышающее атмосферное, и чем 5 дальше расположены эти уплотнения 7-10 от конденсатора 4, тем выше давление воздуха. Вследствие этого часть воздуха из ЦВД 1 проходит вдоль ротора 43 через концевые уп- 10 лотнения 7 и 8. Аналогичные .явления происходят в ЦСД 2, где часть воздуха из последнего проходит вдоль ротора 44 через концевые уплотнения 9 и 10. Расход воздуха, проходящего (5 вдоль ротора 43 через концевое уплотнение 7 ЦВД 1, определяется разностью давления на входе в это уплотнение 7 и атмосферным давлением

Рдг. РТ-РТ- Рд... 20 Аналогично этому расход воздуха,

проходящего через уплотнение 8 и охлаждающего ротор 43 в зоне уплотнения 8, определяется разностью давле«™ APg.,,,

25 Соответствующие расх оды воздуха через концевые уплотнения 9 и 10 ЦСД 2 пропорциональны и Р, - Р,- Р ,

Перепады давлений

.АР,.о

ЙТМ

ip.

, л Pg, & Pg ,4 Р„

зависят от

перепадов давления л Р ЦВА ДРц , а последние определяются расходом воздуха, проходящего через oxлaждae « le цилиндры 1 и 2: чем выше расход охлаждающего воздуха, проходящего через цилиндры 1 или 2, тем большая доля этого воздуха проходит через концевые уплотнения 7-10. Воздух, проходящий через концевые уплотнения 7 и В или 9 и 10, охлаждает только ротор 43 или 44, практически не изменяя тепловое состояние корпуса ЦВД 1 или ЦСД 2. Наличие потоков воздуха через уплотнения 7-10 способствует более быстрому

росту отрицательного значения относительного расширения роторов 43 и 44. Чем больше расход воздуха через уплотнения 7-10, тем быстрее растет относительное укорочение

роторов 43 и 44. Расход воздуха ерез передние уплотнения 7 и 9 в большей степени влияет на относительое укорочение роторов 43 и 44, чем акой- же расход через задние уплотения 8 и 10, так как роторы 43 44 в зоне передних уплотнений 7 и 9 имеют более высокую температуру, чем в зоне задних уплотнений

8 и 10, вследствие чего отвод тепла от более нагретого участка роторов 43 и 44 больше.

Для уменьшения темпа роста отно сительного укорочения роторов 43 и 44 и предотвращения появления ограничений на темп расхолаживания выполняют следующие операции. Контролируя изменение относительных распгарений роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 41 и 42 соответственно, определяют момент времени, когда появляется отрицательное значение относительного расширения одного из роторов 43 или 44, и включают в работу эжектор 26, после чего открывают задвижку 22, закрывают задвижку 46, одновременно приоткрывают клапан 24 на входе в эжектор 26. Одновременно контролируют давление в ЦВД 1 с помощью манометра 36 и давление в ЦСД 2 с помощью манометра 37. Регулированием открытия клапана 24 или 29, т.е. изменением режима работы эжектора 26, меняют давление

Рц в конденсаторе 4, не меняя расход воздуха, подаваемого от компрессора 30. По мере снижения давления

Р снижается давление в охлаждаемых цилиндрах 1 и 2. Давления на входе в концевые уплотнения 7-10, равные

.. %.

тоже изменяются по мере изменения давления Р| , вследствие чего меняются расходы воздуха через концевые уплотнения 7-10 цилиндров 1 и 2.

Контролируя давление Р.. и Р, на входе в передние концевые уплотнения 7 и 9 соответственно, снижают давление Р изменением режима работы эжектора 26 до тех пор, пока давление на входе в передние уплотнения 7 и 9 того из цилиндров 1 и 2 у которого появилось отрицательное значение относительного расширения ротора 43 или 44, не станет равным атмосферному с точностью, определяемой точностью измерения и регулирования давления охлаждающего воздуха в ЦВД 1 и ЦСД 2. При этом перепад давления между входом в перед нее уплотнение 7 и атмосферой станет близким к нулю, расход воздуха через переднее уплотнение 7 станет

P P-fAP P-PvftP лР Р- Г Г а ) Tg Г V U Ь J f, - .

минимальным, что резко снизит интенсивность охлаждения ротора 43 в зоне .уплотнения 7 и уменьшит скорость роста величины относительного укорочения данного цилиндра 1 при том же расходе воздуха.

Поддерживая установившийся режим расхолаживания, с помощью датчиков 41 и 42 контролируют изменение относительного укорочения роторов 43 и 44, оценивая разность текупшх и предельно допустимых их значений. Если в процессе расхолаживания относительное укорочение, например., ротора 43 ЦВД 1 приблизится к предельному значению в большей мере, чем у ЦСД 2, по которому ведется процесс производят смену точек, давление в которых поддерживают равным атмосферному. Так, у турбин большой мощности определяющим в процессе расхолаживания является обычно ЦВД 1 и относительное расширение ротора 43 зтого цилиндра 1 обычно быстрее приближается к предельно допустимому значению. В этом случае режим работы эжектора 26 регулируют клапанами 24 и 29 таким образом, чтобы поддерживать давление, равное атмосферному на входе в переднее концевое уплотнение 7 ЦВД 1. В этом случае полностью исключаются протечки воздуха вдоль ротора 43 ЦВД 1 в зоне 7 уплотнения и сводятся к минимуму протечки воздуха вдоль ротора 43 в зоне уплотнения 8. В процессе расхолаживания изменение величины относительного укорочения ротора 44 ЦСД 2 может привести к тому, что разность между ее текущим и предельно допустимым значениям станет меньше, чем соответствующая разност для ротора 43 ЦВД 1. В этом случае изменением степени открытия клапана 24 или 29 начинают поддерживать атмосферное давление на входе в переднее концевое уплотнение 9 ЦСД 2.

При расхолаживании турбины (фиг. может быть организовано автономное расхолаживание одного из высокотемпературных цилиндров 1 или 2. При расхолаживании только ЦВД 1 воздух от компрессора 30 подается по трубопроводу 32 (задвижка 33 открыта, задвижка 35 закрыта) в ЦВД 1 и сбрасывается в конденсатор 4 по трубопроводу 5 через открытые клапаны 6 и ПСБУ 18, клапаны 15 при этом закрыты. В этом случае степень открытия клапанов 24 и 29 регулируют таким образом, чтобы поддерживать атмосферное давление на входе в переднее уплотнение 7, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД 1 от компрсора 30, регулируют в зависимости от изменения относительного упрочнения ротора 43 ЦВД 1 или от скороти остывания этого цилиндра 1.

При автономном расхолаживании ЦСД 2 от компрессора 30 по линии 34 подается в ЦСД 2 и сбрасывается в конденсатор 4 по линии 19 через открытые клапаны 15 и 20, задвижка 33 при этом закрыта. В этом случае воздействием на эжектор 26 поддер- живают давление, равное атмосферно на входе в уплотнение 9 ЦСД 2, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД от компрессора 30, регулируют в зависимости от изменения относи- тельного укорочения ротора 44 ЦСД 2 или скорости остывания его элементов.

При расхолаживании турбины (фиг. 2) возможен только один ва- риант подачи и движения воздуха через проточную часть: от компрессора 30 по линии 47 (задвижка 48 открыта), через трубопровод 5, открытые клапаны 6, ЦВД 1, трубо- провод 14, ЦСД 2, трубопровод 16

(запорный орган 17 открыт), ЦНД 3, конденсатор 4. При закрытой задвижке 46 воздух отсасывается эжектором 26. В турбоустановках такого типа процесс расхолаживания определяется только изменением теплового состояния ЦВД 1. Поэтому при расхолаживании степень открытия клапана 24 (или клапана 29) изменяют таким образом, чтобы поддержать давление, равное атмосферному, на входе в переднее уплотнение 7 ЦВД 1 , расход воздуха, подаваемого от компрессора 30 в ЦВД 1, регулируют в зависимост ОТ изменения относительного укорочения ротора 43 ЦВД 1 или скорости остывания его элементов.

Во всех случаях поддержание давления воздуха, близкого к атмосферному, на входе в одно из концевых уплотнений 7-10, например переднее концевое уплотнение 7 или 9 одного из цилиндров 1 или 2, предотвращает ускоренное остывание роторов 43 или 44 и быстрый рост их относительного укорочения. В результате появляется возможность ускорить процесс расхолаживания цилиндра 1 или 2 за счет подачи увеличенного расхода воздуха от компрессора 30, при одном и том же значении относительного укорочения ротора 43 или 44, определяющего допустимый темп охлаждения турбины.

ВШ1ШШ Заказ 975/38 Тираж 501 Подписяо Фшшол ШШ Патеат, г. Ужгород, уа.Проектная,4