Ступень паровой турбины Советский патент 1992 года по МПК F01D25/24 

S53SS $$

t) U 2.1

t) U 2.1

Изобретение относится к турбиностро- ению и применяется в любых паровых турбинах с отборами пара, в том числе в системе регенерации, преимущественно для последних ступеней мощных турбин. Одновременно может быть использовано для эффективного удаления капель из проточной части влажно-паровых ступеней.

Известен направляющий аппарат паровой турбины, содержащий лопатку с внут- ренними полостями, соединенными щелями с их наружной поверхностью. Аппарат предназначен для небольшого отбора влажного пара с целью устранения капель влаги из основного потока (Англ, пат., кл. FIT, (FOId), № 1173929), Узкая отборная щель, расположенная у периферийной области выходных кромок, не позволяет использовать указанную конструкцию для одновременного осуществления крупного отбора пара из-за невозможности получения высокоэффективного обтекания решетки лопаток с утолщенной выходной кромкой при наличии обусловленного крупным отбором в периферийной области перекоса по- тока вдоль высоты проточной части.

Известна сопловая лопатка с внутренними продольными каналами для отвода из потока отсепарированной влаги через отверстия на входном участке лопатки. Отвер- стия расположены в основании поперечных треугольных желобков с заостренными кромками и наклоном стенок более 45° (а. с. N 300641, М. кл. - F01D25/32 приоритет от 26.01.70).

Недостатком указанной лопатки является ее низкая экономичность из-за дросселирования при больших расходах отбираемого пара и при малых объемных пропусках основного потока в результате развивающегося отрыва основного потока у корневых и периферийных обводов, особенно в последней ступени части низкого давления.

Данная конструкция не обеспечивает должного запаса устойчивости потока (не предотвращает отрывы). Отверстия располагаются в основании поперечных треугольных желобков с заостренными кромками и наклоном стенок более 45°. Это ограничива- ет размеры отверстий и приводит к большим гидравлическим потерям при значительных отборах пара через входные кромки лопаток. Кроме того, к недостаткам конструкции относится отсос только пле- ночной влаги.

Наиболее близким к предлагаемому (А. с. СССР № 1318701, М кл. 4 FOID 9/02,1986.) ступень, содержащая сопловую лопатку с меридиональными ограничивающими поверхностями у корня и периферии, устройство отбора пара, выполненное во входной кромке сопловой лопатки в виде отверстий, образованных внутренними стенками входной кромки и пластинами и сообщенных с продольным каналом внутри сопловой решетки, последний ограничен выполненной с наклоном задней стенкой канала и сообщен (соединен) с кольцевой отборной камерой.

Устройство предназначено для паровых турбин с большим теплофикационным отбором пара, одновременно может быть использовано для удаления капель влаги из проточной части турбин.

Однако эта конструкция не обеспечивает надежной устойчивости потока в корневой и периферийной зонах в части низкого давления паровых турбин при большой относительной длине лопаток, особенно потока в последней ступени при малых объемных пропусках пара (на переменных режимах работы агрегата).

В качестве прототипа принимается известная конструкция ступени с нерегулируемым отбором пара большой величины, представляющая устройство с кольцевой щелью на периферийной поверхности проточной части перед решеткой направляющих лопаток (Кириллов И. И., Иванов В. А., Кириллов А. И. Паровые турбины и турбинные установки. - Л.: Лен, отд. Машиностроение. 1978., рис. VI.2, стр. 104). Попадая в отборную щель, пар поступает в кольцевую отборную камеру, из которой по пароприво- дам осуществляется отвод пара из турбины на систему теплофиксации. Конструкция ступени с крупным теплофикационным отбором предполагает отвод из периферийных областей проточной части капель влаги.

Недостатком указанной конструкции ступени с отбором пара является низкая экономичность и надежность в работе турбины при больших величинах расхода отбираемого пара вследствие отрыва потока от корневой поверхности послеотборных венцов. Отрыв обусловлен вызванными отбором радиальными течениями основного потока от корня к периферии и увеличивает уровень неравномерности и нестационарности потока перед решеткой рабочих лопаток послеотборной ступени, что уменьшает экономичность ее работы. К недостаткам конструкции относится также отсутствие возможности эффективного удаления влаги из потока вдоль всей проточной части. Кроме того, на переменных режимах работы последней ступени указанная конструкция способствует значительному развитию отрывов в корневой зоне ступени.

Целью изобретения является увеличение экономичности ступени путем повышения устойчивости основного потока в корневой и периферийной зонах при малых объемных расходах основного потока и на- дежности путем снижения эрозии рабочих лопаток.

Для этого в известном устройстве, содержащем сопловую лопатку с внутренним продольным каналом и корневой и перифе- рийной меридиональными ограничивающими поверхностями, во входной кромке которой выполнен радиальный ряд отверстий, сообщенных через внутренний продольный канал с кольцевой камерой отбора, оси отверстий направлены веерообразно

под отрицательным углом у1 к оси турбины в меридиональной плоскости у корневой ограничивающей поверхности проточной части ступени с постепенным увеличением углов в последующих отверстиях до величины

положительного угла у наклона периферийного меридионального обвода, причем

угол у наклона осей крайних отверстий должен быть таким же, как угол раскрытия меридиональных ограничивающих поверхностей. При этом минимальный эквивалентный диаметр отверстий составляет 3 мм. По дуге входной кромки может располагать- ся желобчатая поверхность с размером продольных желобков (для отвода влаги) 0,5-1 мм.

Предлагаемое устройство благодаря веерообразно расположенным на входных кромках лопаток отверстиям, направленным под отрицательным углом у1 к оси турбины в меридиональной плоскости у корневой ограничивающей поверхности

проточной части ступени с постепенным

увеличением углов в последующих отверстиях до величины положительного угла у наклона периферийного меридионального обвода, обеспечивает направление отбира- емого потока к оси турбины в корневой зоне и от оси турбины в периферийной зоне, в результате чего достигается запас устойчивости потока (предотвращаются отрывы). Выбор минимального диаметра отверстий не менее 3 мм снижает гидравлические потери в системе отбора пара. Кроме того, применение отверстий, засасывающих одновременно с паром и влагу из всего основного потока перед направляющим аппаратом, в сочетании с продольно расположенными желобками размером 0,5-1 мм снижающими отражение влаги от входных кромок лопаток, позволяет удалить из проточной части на входе влопаточный аппарат

5

0 5

5 0

5

0

0

С- ,-j-

почти всю крупнодисперсную влагу из основного потока и уменьшить эрозию рабочих лопаток.

Приведенный анализ отличительных от прототипа признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию новизна.

В результате проведенных патентных исследований решения с признаками предлагаемого решения не обнаружены, следовательно, можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию существенные отличия.

Устройство состоит из комбинации элементов, в которых движение перегретого и влажного пара достаточно изучено как теоретически, так и практически (экспериментально), что дает возможность уверенно производить расчеты для конкретных объектов. Предлагаемые конструктивные решения позволяют увеличить тепловую эффективность ступеней при отборе пара и устойчивость потока в корневой и периферийной зонах, а также увеличить надежность рабочих лопаток (уменьшить эрозию) послеотборных ступеней.

На фиг. 1 изображена ступень паровой турбины, разрез направляющего аппарата с внутренним продольным каналом для отбора пара; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1,

Направляющий аппарат состоит из сопловых лопаток 1, устройства для отбора пара, содержащего внутренний канал 2, расположенный в лопатке, отверстия 3 вдоль всей высоты входной кромки соединяю внутренний канал 2 с наружной поверхностью лопаток 1, 4 - задняя стенка продольного канала. Сопловые лопатки 1 закреплены в диафрагме 5 направляющего аппарата, которая закреплена в обойме 6. Обоймы 6 и 7, а также наружный обвод диафрагмы 5 образуют с наружным корпусом турбины кольцевую отборную камеру 8 большого объема, из которой осуществляется дальнейший отбор пара по пароприво- дам. Кроме того, имеются ограничивающие поверхности 9 проточной части ступени. На входной кромке сопловых лопаток выполняется желобчатая поверхность 10 с размером продольных желобков 0,5-1 мм, расположенный по дуге входной кромки 11.

Ступень паровой турбины при большом теплофикационном отборе пара или отбора пара к потребителю работает следующим образом.

Пар, обтекая решетку сопловых лопаток 1, частично попадает в их внутренний канал 2 через отверстия, расположенные вдоль всей высоты входной кромки. Пар отводится

в систему регенерации или к потребителю через внутренний канал 2 и кольцевую отборную камеру 8. Оси отверстий 3 направлены веерообразно. Причем для повышения устойчивости потока в корневой зоне ступени угол осей отверстий направлен отрицательно к оси турбины в меридиональной

плоскости (у -20°) с постоянным увеличением углов в последующих отверстиях до величины положительного угла наклона

периферийных отверстий у11 20° Такое направление потока заставляет поток прижиматься к корневым ограничивающим поверхностям 9, а у периферийной поверхности быть направленным по меридиональному обводу. Тем самым обеспечивается запас устойчивости как в корневых, так и в периферийных зонах ступени (предотвращаются отрывы потока) в широком диапазоне работы агрегата. Сочетание большого отбора пара через отверстия 3 и наличие желобчатых поверхностей 10с глубиной желобков 1 мм обеспечивает устранение крупнокапельной влаги из потока, практически исключат отражение капель от входной кромки и отводит пленочную влагу во внутреннюю полость лопатки. Продольное расположение желобков позволяет более эффективно отвести пленочную влагу во внутренний канал и обеспечивает для повышения устойчивости погранслоя турбулиза- цию потока у входных кромок сопловой лопатки. Выбор минимального размера от0

5

0

5

0

верстий, равный 4 мм, уменьшает гидравлическое сопротивление при отборе пара.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство за счет повышения устойчивости основного потока в корневой и периферийных зонах особенно при малых объемных пропусках основного потока и снижения эрозии рабочих лопаток увеличивает надежность и экономичность работы ступени турбины с большим отбором пара. Формула изобретения Ступень паровой турбины, содержащая сопловую лопатку с внутренним продольным каналом, а также с корневой и периферийной меридиональными ограничивающими поверхностями, во входной кромке которой выполнен радиальный ряд отверстий, сообщенных через внутренний продольный канал с кольцевой камерой отбора, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, отверстия выполнены с веерообразным направлением их осей в направлении от отрицательного угла между осью отверстия и продольной осью ступени у корня до положительного угла на периферии, причем указанные углы крайних отверстий выполнены равными углам раскрытия корневой и периферийной меридиональных ограничивающих поверхностей, а на входной кромке сопловой лопатки выполнены продольные желобки, при этом минимальный эквивалентный диаметр отверстий составляет не менее 3 мм.

Использование: в турбостроении, преимущественно в последних ступенях мощных паровых турбин. Сущность изобретения: во входной кромке сопловой лопатки 1 выполнен радиальный ряд отверстий 3, сообщенных через внутренний продольный канал 2 с кольцевой камерой 8 отбора. Отбираемый пар поступает через отверстия 3 во внутренний канал 2 лопатки 1, а из него - в камеру 8 отбора. Отверстия 3 выполнены с веерообразным направлением их осей от отрицательного угла между осью отверстия и продольной осью ступени у корня до положительного угла на периферии. Указанные углы крайних отверстий 3 равны углам раскрытия корневой и периферийной меридиональных ограничивающих поверхностей 9, при этом минимальный эквивалентный диаметр отверстий 3 составляет 3 мм. На входной кромке сопловой лопатки 1 выполнены продольные желобки. 1 ил. 6 XI со о о о со

Фиг.2