паровая турбина

Формула изобретения

Паровая турбина, содержащая многоступенчатый ротор с дисками, снабженными разгрузочными отверстиями и рабочими лопатками, и диафрагмами с сопловыми каналами на ободе, расположенными между дисками, отличающаяся тем, что в диафрагмах выполнены отверстия, радиально направленные по ходу пара от зон разгрузочных отверстий дисков ротора предыдущей ступени к сопловым каналам диафрагм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на многоступенчатых паровых турбинах.

Известны типовые паровые турбины, содержащие многоступенчатый ротор с дисками, снабженными разгрузочными отверстиями и рабочими лопатками, диафрагмы между дисками с соплами, расположенными на их ободе (А.Д.Трухний. Стационарные паровые турбины. М. Энергоиздат, 1990. УДК 621.165, например, рис. 6.13 с. 266; рис. 6.20 с.275 и др. (Л-1). Фрагмент одной ступени указан там же на рис.2.6, с.35 (Приложение N 1).

Наряду с доведением до совершенства конструкции известные паровые турбины имеют недостатки, снижающие экономичность из-за наличия неизбежных протечек пара в турбинных ступенях, указанных на рис.2.15 с.42 (Л-1).

Отсасываемый пар G_2y (рис.2.15), создаваемый наличием заданной реактивностью в корневом сечении лопаток, несколько повышает КПД ступени. (По оценке, приведенной в журнале "Теплоэнергетика" N 3, 1986, с.31, КПД повышается на 0,15-0,4% (Л-2). (См. Приложение N 2.) В (Л-3) на с.28-31 показаны исследования влияния на экономичность турбинной ступени отмеченных выше отсосов пара и обобщены результаты предыдущих исследований в этой области, указанные в списке литературы этого источника.

Отсасываемый пар G_2y (рис.2.15 (Л-1) не совершает полезной работы и суммируется с количеством пара G_1y, протекающим через уплотнения диафрагмы, который получает дополнительный энергетический потенциал при нагреве из-за вращения ротора турбины. В последующей ступени этот пар частично протекает дальше через уплотнения диафрагмы, а оставшаяся часть пара при закрутке вращающимся ротором через кольцевой зазор по окружности диска в прикорневой зоне рабочих лопаток поступает в сопла диафрагмы, т.е. происходит нежелательный подсос пара через этот зазор в струе пара, выходящего из рабочих лопаток. При подсосе пара возникают возмущающие динамику струи из-за турбулентности процессы, аналогичные процессам на входе пара из сопел на рабочие лопатки, описанные на с.24-27 в (Л-2). Турбулентность струи пара на входе в сопла диафрагм приводит к увеличению процессов отрыва ее от стенок профиля сопел с дополнительными потерями энергии. (Динамика процессов обтекания профилей турбинных лопаток отчетливо видна на тенеграмме (рис.3, с.27 (Л-2), см. Приложение 3.) В (Л-2) на с.28 указана математическая зависимость снижения экономичности при протечке пара из камеры между диском и диафрагмой в проточную часть (подсос пара). К снижению экономичности следует отнести и возникающие в процессе эксплуатации паровых турбин раскрытие разъема диафрагм из-за протечки через ее уплотнения без совершения полезной работы пара, температура которого дополнительно увеличивается за счет сил трения при вращении ротора и приводит к местному разогреву металла диафрагмы в центральной зоне. Раскрытие разъемов приводит к дополнительной протечке пара со снижением КПД турбины.

Целью изобретения является повышение экономичности турбины за счет создания отсоса пара из камеры между диском и диафрагмой со стороны выходящего из рабочих лопаток пара и выравнивание температуры металла диафрагмы. Повышение экономичности улучшает экологию за счет уменьшения сжигания топлива.

Эта цель, согласно заявке на изобретение, достигается тем, что на паровой турбине, содержащей многоступенчатый ротор с дисками, снабженными разгрузочными отверстиями и рабочими лопатками, диафрагмы между дисками с соплами, расположенными на их ободе, в диафрагмах по ходу пара от зон разгрузочных отверстий дисков ротора предыдущей ступени выполнены по радиальным направлениям отверстия в сопловые каналы сопел суммарным сечением, равным, например, не менее суммарной площади разгрузочных отверстий в диске перед диафрагмами. Эти отверстия можно считать разгрузочными отверстиями для диафрагм при отсосе через них в сопла пара диафрагма термически разгружается за счет равномерного прогрева всего объема металла пропуском пара внутри нее. Отсос пара обеспечивается не созданием реактивности, как на рабочих лопатках, а за счет перепада давления в сопловых каналах сопел при ускорении пара в них. Отверстия в сопловые каналы выполняют во входные участки сопловых каналов перед сужением в их центре, что обеспечивает безотрывность обтекания паром профиля сопел при формировании скоростного потока пара.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана паровая турбина (часть ее из нескольких ступеней по оси ротора, так как последующие ступени по технологическому процессу согласно заявке на изобретения аналогичны). Паровая турбина содержит корпус 1, ротор 2 с дисками 3, их разгрузочные отверстия 4 и рабочие лопатки 5 с бандажом на ободе, неподвижные диафрагмы 6 с соплами 7 и уплотнениями 8. Диафрагмы закреплены в корпусе 1. На разрезе А-А показан в сечении сопловой канал 9 и профиль сопел 7. В диафрагмах в каждый сопловой канал 9, согласно изобретению, выполняют по радиальным направлениям отверстия 10 от зон разгрузочных отверстий 4 дисков 3 в сопловые каналы 9. Их выходное отверстие 10 показано на разрезе А-А.

Работа паровой турбины, согласно изобретению, осуществляется следующим образом.

Подводимый к сопловым каналам 9 пар ускоряется за счет преобразования потенциальной энергии в кинетическую и поступает на рабочие лопатки 5 ротора 2, приводя его во вращение с совершением механической работы по известному технологическому процессу (более подробно описаны, например, в (Л-1) на с. 34-36). Выходящий отработанный в ступени пар поступает с некоторой выходной скоростью в сопла последующей ступени, и так от ступени к ступени процесс аналогичен. В процессе совершения механической работы через зазоры уплотнения 8 диафрагм, зазоры в периферии рабочих лопаток 5 ротора происходят протечки пара, указанные стрелками на чертеже. Кроме этого, для стабилизации струи пара, поступающего из сопел на рабочие лопатки, за счет заданной реактивности в их корневом сечении осуществляется отсос пара G₁ из прикорневого кольцевого зазора между плоскостями диафрагмы с диском ротора через разгрузочные отверстия 4 в камеру между диафрагмой и диском ротора следующей ступени. Через разгрузочные отверстия 4 проходит и часть протечки пара через уплотнения 8 диафрагмы, суммируясь с отсосным паром из камеры между диафрагмой и диском ротора.

Из камеры за дисками 3, согласно изобретению, через отверстия 10 в диафрагмах 6 этот пар с дополнительным количеством отсосного пара из прикорневой зоны за рабочими лопатками 7 отсасывается в сопловые каналы 9 и в смеси с паром, выходящим из предыдущей ступени, ускоряется при расширении в соплах для совершения механической работы на следующей ступени ротора. На плоскости диафрагмы отверстия 10 имеют овальность "косой срез" и в сочетании с быстрым вращением ротора наиболее эффективно отсасывают пар (отжимание за счет центробежных сил и отсос за счет перепада давления пара и эжекции сопел). По (Л-2) количество отсоса пара из прикорневой зоны зазора рабочих лопаток на входе оптимально оценивается до G=0,02 от расхода пара на турбину.

Диаметр отверстий 10, например, для турбины К-500-240-4 ЛМЗ (табл.1 [Л-2] ступеней 2-4) по нижеприведенному расчету составит 15 мм.

Расчет



где S^p_o суммарная площадь разгрузочных отверстий диска ротора;

d_p диаметр разгрузочных отверстий;

n_р число разгрузочных отверстий.

Площадь отверстия 10 в диафрагме равна



где S^L_o площадь одного отверстия в диафрагме;

n_д их количество (по числу сопел). Диаметр одного отверстия в диаграмме составит:



Для турбины К-500-240 ЛМЗ при d_p 30 мм, n_р 7, n_д 28





Для турбины типа К-300-240 ЛМЗ соответственно, при d_p 40 мм, n_р=7, n_д=26 d_д=21 мм. Таким образом, за счет отсоса пара из камеры между диском ротора и диафрагмой через отверстия 10 в них обеспечивается следующий положительный эффект.

Используется отсасываемый перед ступенью пар для совершения полезной работы в последующей ступени без потерь, вызываемых турбулентностью при подсосе пара в зазор перед соплами 5 и с уменьшением протечки пара по валу ротора через диафрагменные уплотнения в последующие ступени с повышением КПД турбины.

Обеспечивается равномерный нагрев металла диафрагмы во всем ее объеме с устранением их раскрытия в разъеме.

Отверстия 10 выполняют сверлением без технических трудностей.