Отводящий диффузор клапана Советский патент 1992 года по МПК F01D17/00 F16K1/06 

Изобретение относится к органам регулирования расхода различных турбомашин и может найти применение при разработке систем парораспределения турбин атомных и геотермальных электрических станций.

Известна конструкция отводящего диффузора в конструкции клапана паровой турбины содержащий конфузорный входной участок, переходящий в отводящий диффу- зорный канал.

Недостаток конструкции - необходимость больших осевых размеров для обеспечения эффективного торможения потока в отводящем диффузоре Для улучшения восстановления давления при малых размерах и больших степенях расширения необходимо повысить предельно допустимое для безотрывного течения значение положительного градиента давления.

Прототипом данного изобретения является конструкция диффузора, имеющего продольно обтекаемые пазы с плавно увеличивающейся от входного к выходному сечению глубиной, равномерно расположенные по периметру обтекаемой поверхности.

Недостаток конструкции прототипа - низкая эффективность в отводящих диффузорах с начальной влажностью рабочего тела. Влага, выпадающая на поверхность канала, образует жидкую пленку, собирающуюся в продольных пазах и уменьшающую их глубину. Наличие жидкой пленки на дне паза изменяет условия течения потока в пристеночной зоне и снижает эффект от применения пазов тем более заметно, чем длиннее пазы. Взаимодействие основного потока и жидкой пленки в пазах диффузора приводит к росту дефицита скорости в пристеночной зоне. Этот эффект становится более интенсивным по мере увеличения длины паза и приводит к уменьшению значения положительного градиента давления допустимого для безотрывного течения в отводящем диффузоре.

Эффект от нанесения на поверхность диффузора пазов также уменьшается из-за окружной неравномерности давления, кото(Л

С

vj

VJ

О 00

а

45

рая возникает в проточной части клапана, в частности в отводящем диффузоре, из-за несимметричного подвода рабочего тела к клапанной коробке, Эти обстоятельства снижают эффект от применения продоль- ных пазов в отводящем диффузоре клапана.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение эффективности и надежности конструкции за счет сепарации влаги и улучшения восста- новления давления,

Поставленная цель достигается тем, что отводящий диффузор клапана, имеющий продольные пазы с плавно увеличивающейся от входного к выходному сечению глуби- ной, равномерно расположенные по периметру обтекаемой поверхности согласно изобретению, выполнен в виде разъемных секций, пазы в каждой секции выполнены с плавноувеличивающейся к вы- ходному сечению глубиной, в верхней части каждой секции под продольными пазами предшествующей секции выполнены кольцевые углубления, образующие камеры для сбора влаги, причем диаметр по поверхно- сти выступов предыдущей секции равен входному диаметру последующей секции. При этом в случае подвижного отводящего диффузора на наружной поверхности пер- чвой по ходу рабочего тела секции выполне- на кольцевая уравнительная камера.

Предлагаемое техническое решение позволяет за счет сепарации влаги и улучшения восстановления давления повысить экономичность и надежность конструкции отводящего диффузора, а следовательно, при заданном перепадедавления увеличить расход через клапан. Причем положительный эффект достигается без увеличения размеров клапдна, только за счет повыше- ния эффективности восстановления давления и удаления влаги, выпавшей на ограничивающую проточную часть поверхность,

В просмотренных источниках инфррма- ции нами не обнаружены отводящие диффузоры клапанных систем с указанными отличительными признаками, следовательно, предложенное решение отвечает критерию существенности отличий.

На чертеже показано продольной сечение отводящего диффузора.

Отводящий диффузор клапана имеет продольные пазы с плавно увеличивающейся от входного сечения 1 к выходному сечению 2 глубиной, равномерно расположенные по периметру обтекаемой поверхности. Диффузор выполнен в виде разъемных секций 3, 4, 5. Пазы 6, 7, 8 выполнены с плавно увеличивающейся к выходному сечению глубиной.

В верхней части каждой промежуточной 4 и последней 5 секции под продольными пазами б, 7 в предыдущих по ходу рабочего тела секциях 3, 4 выполнены камеры 9, 10 для сбора влаги. Диаметр по поверхности выступов секций 3, 4 равен соответственно входному диаметру секций 4, 5. Если отводящий диффузор выполнен подвижным, то на наружной поверхности 11 первой по ходу рабочего тела секции 3 выполнена кольцевая уравнительная камера 12, связанная через щелевой кольцевой канал 13 с проточной частью клапана. Система парораспределения турбин геотермальных атомных электрических станций и энергетических установок, выполненных по одноконтурной схеме, работают на влажном паре.

Рассмотрим движения жидкой и паровой фаз в отводящем диффузоре.

По периметру обтекаемой поверхности в каждом сечении по длине секций 3, 4, 5 диффузора поток имеет различные профили скорости над пазами 6, 7, 8 и выступами, образующимися между соседними пазами. Над поверхностью паза скорость изменяется от скорости жидкой пленки на дне до скорости влажного пара в ядре потока. Скорость над выступом изменяется от скорости на поверхности (при отсутствии пленки скорость на поверхности равна нулю), до значения скорости в ядре потока За счет разницы скоростей вблизи границы раздела паз - выступ образуется система мелкомасштабных вихрей в пристеночной зоне и происходит ускорение потока над поверхностью выступа. Интенсивность вихрей определяется разницей скоростей над поверхностью раздела и зависит в основном от глубины пазов. Таким образом, в потоке наряду с крупномасштабными вихревыми образованиями, возникающими при обтекании чаши клапана 18, повороте потока перед входным сечением диффузора 1 в пристеночной зоне формируются мелкомасштабные вихревые структуры. Интенсивность этих структур нарастает по мере углубления пазов б, 7, 8 и выходному сечению каждой секции 3, 4, 5. В вихрях происходит коагуляция мелкодисперсных капель с последующей сепарацией более крупных капель на поверхность диффузора.

Выпавшая на поверхность проточной части клапана влага собирается в пазах 6, 7, 8, выполненных в секциях 3, 4, 5 отводящего диффузора, установленного в клапанной коробке клапана 14. Стекая по пазам 6 влага попадает в кольцевую камеру 9, задерживается в ней и вне проточной части перепускается по каналам 16 к дренажным

отверстиям 17 Влага, выпавшая на обтекаемую поверхность секции 4, стекает по пазам 7 в кольцевую камеру 10 и затем выводится через отверстия 17 При больших ступенях влажности дренажное отверстия 17 для отвода влаги могут быть выполнены из камеры 9, Выполнение пазов 6, 7, 8 с плавно увеличивающейся по ходу рабочего тела глубиной и кольцевых камер 9, 10 для сбора влаги, позволяет уменьшить дефицит скорости в пристеночной зоне за счет интенсификации энергообмена между ядром пот ока и nor раничным слоем и одновременно организовать эффективную сепарацию влаги из приточной части клапана. Организация сепарации влаги в нескольких сечениях (камеры 9. 10) уменьшает толщину пленки и позволяет выполнить глубину каждого паза в соответствии с рекомендациями 2. Кольцевые камеры 9, 10, а также уравнительная камера 12 выравнивают окружную неравномерность давления, возникающую в проточной части клапана. Снижение окружной неравномерности давления в сечениях кольцевых камер 12, 9, 10 повышает устойчивость потока к отрыву и уменьшает тангенциальную составляющую скорости, что положительно влияет на эффективность применения пазов 6, 7, 8 в секциях 3, 4. 5 отводящего диффузора.

Таким образом, по сравнению с прототипом технико-экономическая эффективность достигается за счет повышения восстановления давления в отводящем диффузоре с одновременной сепарацией влаги из рабочего тела. Уменьшение потерь в диффузоре достигается без увеличения его размеров только за счет аэродинамической оптимизации конструкции и уменьшения влажности рабочего тела. Уменьшение влажности перед сопловым аппаратом регулирующей ступени повышает надежность работы лопаточного аппарата турбомаши- ны и снижает потери от влажности в проточной части. Надежность конструкции также повышается за счет увеличения пропуска рабочего тела через клапан для заданного перепада давления без увеличения его размеров. Это позволяет для заданного расхода пара уменьшить размеры клапана, снизить усилия, действующие на чашу и, Следовательно, применить сервомотор меньших размеров.

0 Предлагаемая конструкция отводящего диффузора может быть использована в атомных, геотермальных и других энергетических установках, работающих по одноконтурной схеме, в конструкциях диффузоров,

5 работающих на влажном рабочем теле, для повышения предельно допустимого для безотрывного течения градиента давления с од- новременной сепарацией влаги из проточной части.

0Формула изобретения

1.Отводящий диффузор клапана, имеющий продольные пазы с плавно увеличивающейся от входного к выходному сечению глубиной, равномерно расположенные по

5 периметру обтекаемой поверхности, отличающийся тем что, с целью повышения эффективности и надежности конструкции за счет сепарации влаги и улучшения восстановления давления, диффузор выполнен

0 в виде разъемных секций, пазы в каждой секции выполнены с плавно увеличивающейся к выходному сечению глубиной, в верхней части каждой секции под продольными пазами предшествующей секции выпол5 нены кольцевые углубления, образующие камеры для сбора влаги, причем выходной диаметр предыдущей секции равен входному диаметру последующей секции,

2.Диффузор по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- 0 с я тем, что при выполнении отводящего

диффузора подвижным на наружной поверхности первой по ходу рабочего тела секции выполнена кольцевая уравнительная камера. 5

Использование: энергомашиностроение, проектирование органов парораспределения паровых турбин для атомных, тепловых и геотермальных станций. Сущность изобретения: клапан имеет диффузор, составленный из отдельных секций. Пазы в каждой секции выполнены с плавно увеличивающейся к выходному сечению глубиной. В верхней части каждой секции над продольными пазами предшествующей выполнены кольцевые углубления, образующие камеры для сбора влаги. 1 з п ф-лы, 1 ил.