комплексная система охлаждения роторов высокого и среднего давлений паровой турбины с промперегревом

Формула изобретения

1 Комплексная система охлаждения роторов высокого и среднего давлений паровой турбины с промперегревом, включающая теплообменное устройство, подключенное по входам к трубпроводам подачи свежего пара и пара отбора из цилиндра высокого давления, а по выходам - через трубопроводы к устройствам охлаждения роторов высокого и среднего давлений, отличающаяся тем, что теплообменное устройство содержит смешивающий пароохладитель и поверхностный теплообменник, причем смешивающий пароохладитель, подключенный по входу к трубопроводу свежего пара, включает сосуд с форсунками, подключенными к трубопроводу питательной воды, и испарительный участок за ним, выполненный в виде змеевика, а поверхностный теплообменник представляет собой двухстенный сосуд с полостью между стенками, соединенной по входу с трубопроводом отбора пара из цилиндра высокого давления, внутри которой расположен змеевик пароохладителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано для охлаждения высокотемпературных роторов паровых турбин.

Организация охлаждения наиболее горячих участков роторов высокого и среднего давления (РВД и РСД) позволяет продлить ресурс и повысить надежность работы паровой турбины.

Известна система охлаждения РСД турбины К-300-240 ЛМЗ паром, взятым из первого отбора цилиндра высокого давления (ЦВД) и подводимым спереди и сзади первого диска РСД (Шаргородский В.С. и др. Устройство для охлаждения ротора паровой турбины, SU, авторское свидетельство, N 1673734, кл. F 01 D 5/08, 1989).

При этом достигается снижение температуры металла диска. Недостаток такого решения - невозможность его применения для РВД. Охлаждающий пар должен иметь давление больше, а температуру меньше, чем основной поток в камере перед первым диском, поэтому для охлаждения РВД можно использовать только предварительно охлажденный свежий пар.

Известны редукционно-охладительные устройства (РОУ), где горячий пар охлаждается путем подачи воды под давлением выше давления пара во впрыскивающее водораспылительное устройство (например, с помощью форсунок). За местом впрыска воды для полного испарения влаги и образования сухого охлажденного пара выполняется трубопроводный участок длиной 10 м и более (РОУ с раздельным и совмещенным редуцированием и охлаждением пара. - М.: НИИЭинформэнергомаш, с. 11, 1984).

При этом достигается снижение температуры пара, но из-за длинного участка испарения влаги компановка охладительного устройства требует больших габаритов, особенно если необходимо обеспечить полное отсутствие капельной влаги в охлажденном паре, опасной в арозионном отношении.

Наиболее близкой к изобретению является комплексная система охлаждения роторов высокого и среднего давления паровой турбины с промперегревом, включающая теплообменник, подключенный по входу к трубопроводам свежего пара и пара из отбора цилиндра высокого давления, а по выходу - к устройствам охлаждения роторов высокого и среднего давления.

Внутри теплообменника расположен трубопровод отбора свежего пара, а полость теплообменника соединена с трубопроводом отбора из ЦВД (Шаргородский В. С. и др. Паротурбинная установка, RU, патент, 2053377, кл. F 01 K 17/04, 1996).

Преимущество этого решения - в организации комплексного охлаждения наиболее горячих участков РВД и РСД, поскольку здесь для охлаждения пара высокого давления, подаваемого в систему охлаждения РВД, используется холодный пар из выхлопа ЦВД, который при этом подогревается до температуры, достаточной для охлаждения горячих участков ротора цилиндра среднего давления (ЦСД).

Недостатки упомянутой системы: из-за низких коэффициентов теплопередачи паропаровой теплообменник должен иметь значительные габариты, что приводит к потерям давления, снижению экономичности работы; использование части пара из отбора ЦВД или холодного промперегрева для охлаждения пара высокого давления, подаваемого в устройство охлаждения РВД, снижает экономичность турбоустановки.

Задача изобретения - уменьшение габаритов системы охлаждения и повышение экономичности турбоустановки.

Указанная задача решается за счет того, что в комплексной системе охлаждения роторов высокого и среднего давления паровой турбины с промперегревом, включающей теплообменное устройство, подключенное по входам к трубопроводам подачи свежего пара и пара отбора из цилиндра высокого давления, а по выходам - через трубопроводы к устройствам охлаждения роторов высокого и среднего давления, согласно изобретению, теплообменное устройство содержит смешивающий пароохладитель и поверхностный теплообменник, причем смешивающий пароохладитель, подключенный по входу к трубопроводу свежего пара, включает сосуд с форсунками, подключенными к трубопроводу питательной воды, и испарительный участок за ним, выполненный в виде змеевика, а поверхностный теплообменник представляет собой двухстенный сосуд с полостью между стенками, соединенной по входу с трубопроводом отбора пара из цилиндра высокого давления, внутри которой расположен змеевик пароохладителя.

Преимущества предлагаемой системы охлаждения заключаются в следующем: впрыск питательной воды в охлаждаемый свежий пар позволяет существенно повысить интенсивность теплообмена, так как теплообмен осуществляется не в поверхностном теплообменнике, а в смешивающем пароохладителе - в устройстве смешения пара с питательной водой и в трубопроводном участке испарения влаги за ним; выполнение участка испарения влаги в форме змеевика позволяет обеспечить его длину, достаточную для обеспечения однородности смеси, идущей на охлаждение РВД при значительном уменьшении компоновочных габаритов; размещение испарительного змеевика в корпусе теплообменника и использование его тепла для подогрева пара из выхлопа ЦВД /холодного промперегрева/, подаваемого на устройство охлаждения РСД, позволяет уменьшить габариты теплообменника; использование питательной воды для охлаждения свежего пара перед подачей его в устройство охлаждения РВД позволяет уменьшить отбор пара из ЦВД в систему охлаждения и повысить экономичность.

Таким образом, применение совокупности заявленных признаков позволяет повысить экономичность работы турбоустановки с комплексной системой охлаждения РВД и РСД.

Схема системы охлаждения показана на фиг. 1, на фиг. 2 - узел А теплообменника; фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Турбина включает ЦВД 1 и ЦСД 2 с роторами РВД 3 и РСД 4. К ЦВД 1 подключен трубопровод свежего пара 5, выход ЦВД 1 соединен трубопроводом 6 с промежуточным промперегревом, к паровпуску ЦВД 1 подведен трубопровод 7 после промежуточного пароперегрева.

Комплексная система охлаждения РВД 3 и РСД 4 содержит теплообменный узел (обозначен А на фиг. 1). Узел А включает сосуд 8, к которому снизу подведен трубопровод 9 отбора от трубопровода свежего пара 5, в стенке верхней части сосуда 8 установлены форсунки 10, выходы их направлены в радиальных плоскостях наклонно вниз навстречу вводу трубы 9, по входу форсунки 10 присоединены коллектором 11 отбора воды к выходу питательного насоса турбоустановки (не показан). Сосуд 8 с форсунками 10 составляют участок смешения смешивающего пароохладителя. Узел А включает также расположенный вблизи вышеуказанного участка смешения корпус поверхностного теплообменника 12, имеющий внутреннюю стенку 13, расположенную вертикально от дна корпуса 12, несколько не доходя до верха, внизу внутренней стенки 13 у дна корпуса 12 имеются дренажные отверстия 14, а в центральной полости стенки 13 в дне корпуса 12 выполнен дренажный патрубок 15. В кольцевой полости между корпусом поверхностного теплообменника 12 и внутренней стенкой 13 размещен испарительный участок смешивающего пароохладителя в виде трубы, изогнутой в форме змеевика 16, верхний конец его в касательном направлении выходит через стенку корпуса 12 и присоединен трубой 17 к верху сосуда 8 участка смещения смешивающего пароохладителя. Труба 17 и змеевик 16 образуют участок испарения смешивающего пароохладителя. Нижний конец змеевика 16 входит касательно через стенку корпуса 12 и присоединен трубой 18 к устройству охлаждения 19 РВД 3. Внизу к полости корпуса 12 касательно присоединена труба 20, подключенная к трубопроводу 6 промежуточного пароперегрева, наверху к полости корпуса 12 поверхностного теплообменника касательно присоединена труба 21, подключенная к устройству охлаждения 22 РСД 4.

Система функционирует следующим образом.

При работе турбины свежий пар по трубопроводу 5 подводится к ЦВД 1, далее из ЦВД уходит на промперегрев по трубопроводу 6, после перегрева пар подходит по трубопроводу 7 в ЦСД 2. По трубе отбора 9 свежий пар подходит к смешивающему пароохладителю 8, сверху в него по трубопроводу 11 от питательного насоса подается через форсунку 10 питательная вода давления выше, чем давление свежего пара, после смешения увлажняющий пар из пароохладителя 8 по трубе 17 проходит в испарительный участок - змеевик 16, в котором происходит дальнейшее испарение капель питательной воды, превращение смеси в однородный сухой перегретый пар температуры, достаточной для подачи в систему охлаждения 19 горячих участков РВД 3, куда этот пар подается по трубопроводу 18. По трубопроводу 20 в полость между корпусом 12 и стаканом 13 подается пар из выхлопа ЦВД 1 (холодного промперегрева), поток этого пара закручивается на входе и спирально обтекает витки змеевика 16, отбирает тепло через его стенки от проходящего внутри змеевика 16 пара высокого давления, и выходит, подогретый до температуры, достаточной для подачи в систему охлаждения 22 горячих участков РСД 4, куда этот пар подается по трубопроводу 21.

В период останова турбины в полости теплообменника 12 может конденсироваться вода, которая дренируется через отверстия 14 в дренажный патрубок 15.

Вышеуказанная организация комплексного охлаждения роторов с помощью впрыска питательной воды в свежий пар, использование этой пароводяной смеси высокого давления для охлаждения ротора цилиндра высокого давления и для подогрева пара среднего давления, подаваемого на охлаждение ротора цилиндра среднего давления, позволяет увеличить интенсивность теплообмена между паром высокого и среднего давления, уменьшить расход пара среднего давления и тем самым повысить эффективность системы охлаждения, а также уменьшить габариты теплообменного узла.