двухпоточный цилиндр паротурбинной установки

Формула изобретения

Двухпоточный цилиндр паротурбинной установки, включающий наружный и внутренний корпусы, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потока и подводящий элемент с трубопроводом подвода холодного пара от внешнего источника, при этом во внутреннем корпусе на участке ротора между первыми дисками прямого и обратного потока установлен корпус с уплотнениями по торцам, образующий кольцевую камеру, ограниченную ротором и этими уплотнениями, соединенную по входу с подводящим элементом, отличающийся тем, что кольцевая камера соединена по выходу через радиальные зазоры между гребнями уплотнений и валом ротора со входом на рабочие лопатки первых ступеней обоих потоков, а давление в кольцевой камере больше давления на входе рабочих лопаток первых ступеней прямого и обратного потоков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при создании новых турбин и модернизации действующего оборудования.

Известна конструкция паровой турбины, в которой центральная часть ротора двухпоточного цилиндра охлаждается паром из проточной части цилиндра. Проточная часть выполнена таким образом, что давление за диском первой ступени одного из потоков выше, чем давление за диском первой ступени второго потока. В дисках выполнены отверстия, через которые пар из камеры с более высоким давлением через отверстия в диске проходит в центральную зону, охлаждает ротор и поступает в камеру за диском второго потока (JP 7034808, МПК: F01D 25/12; F01D 9/02; F01D 9/06; F01D 25/14; F01D 25/24, опубликован 1995.02.03).

Недостатком известного устройства является сравнительно низкая эффективность охлаждения ротора (не более 30°-40°С), а также наличие градиента температуры по толщине полотна дисков первых ступеней.

Известна конструкция паровой турбины, включающей корпус, частично образованную корпусом область входа для рабочей среды, подводящий элемент для охлаждающей среды, расположенную в корпусе, проходящую вдоль главной оси опору рабочих лопаток и расположенный в области входа экранирующий элемент, служащий для экранирования опоры рабочих лопаток по отношению к рабочей среде и закрепленный на корпусе с помощью держателя (RU 2182975, МПК: F01D 3/02, 5/08, опубликован 27.10.2000).

Это известное устройство является наиболее близким устройством аналогичного назначения к предлагаемому по совокупности признаков и принято за прототип.

Недостатками известного устройства, принятого за прототип, является то, что предложен подвод охлаждающего пара к экранирующему элементу через направляющие лопатки первых ступеней, это достаточно сложно в изготовлении. Кроме того, не учитывается возможность наличия различных по величине давлений на выходе из направляющих аппаратов первых ступеней прямого и обратного потока. Такая разность давлений является следствием технологических отклонений при изготовлении решеток направляющих аппаратов, даже при обеспечении допустимых пределов этих отклонений. В результате наличия такой разности давлений пар из направляющего аппарата с большим давлением будет частично не поступать в проточную часть, а перетекать через зазоры между ротором и статором в проточную часть потока, в котором давление на входе в рабочую лопатку первой ступени более низкое. В результате в потоке с более низким давлением будут иметь место потери на «выколачивание», а на обоих потоках - расходы пара будут нерасчетными, и, как следствие, следует ожидать снижение КПД турбины. Учитывая, что зазоры между вращающимся ротором и корпусом могут быть достаточно большими, так как они определяются в первую очередь из конструктивных соображений по надежности (относительные расширения, прогибы цилиндров и роторов), то решение указанной проблемы исключения перетоков пара путем повышения давления пара в пространстве между экранирующим элементом и ротором приведет к существенному непроизводительному увеличению расходов охлаждающего пара и снижению КПД турбины.

Заявляемое техническое решение позволяет обеспечить эффективное охлаждение центральной части двухпоточных цилиндров при минимальном расходе охлаждающего пара, что повышает конструктивную надежность роторов и экономичность турбоустановки. Кроме того, данное решение позволяет практически исключить наличие непроизводительных перетоков части пара, выходящего из сопел одного потока непосредственно на рабочие лопатки первых ступеней другого потока, что приводит к повышению эффективности и надежности работы проточных частей турбины. Регулировкой расхода охлаждающего пара, подаваемого в кольцевую камеру, внутри этой камеры устанавливается давление несколько более высокое, чем давление на входе рабочих лопаток первых ступеней прямого и обратного потока. Наличие по торцам камеры уплотнений с большим количеством гребней позволяет обеспечить минимально необходимый расход охлаждающего пара, требующегося для снижения температуры металла ротора до заданной величины, а изменение числа гребней позволяет регулировать расход охлаждающего пара и обеспечить предельно малые радиальные зазоры за счет благоприятных условий для исключения прогиба при радиальных задеваниях (кольца выполняются подвижными в радиальном направлении). Кроме того, установка на гладкой части ротора уплотнений позволяет интенсифицировать процесс охлаждения ротора, существенно увеличить коэффициенты теплоотдачи, что позволит осуществлять охлаждение ротора при минимальном расходе охлаждающего агента (пара).

Предложен двухпоточный цилиндр паротурбинной установки, включающий наружный и внутренний корпусы, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потока и подводящий элемент с трубопроводом подвода холодного пара от внешнего источника, при этом во внутреннем корпусе на участке ротора между первыми дисками прямого и обратного потока установлен корпус с уплотнениями по торцам, внутри которого выполнена кольцевая камера, ограниченная ротором и этими уплотнениями, соединенная по входу с подводящим элементом, а по выходу - через радиальные зазоры между гребнями уплотнений и валом ротора со входом на рабочие лопатки первых ступеней обоих потоков, а давление в кольцевой камере больше, чем давление на входе рабочих лопаток первых ступеней прямого и обратного потоков.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Двухпоточный цилиндр паротурбинной установки включает наружный 1 и внутренний 2 корпусы, ротор 3 с дисками 4 и рабочими лопатками 5 и 6 прямого и обратного потока и подводящий элемент 7 с трубопроводом холодного пара от внешнего источника. Во внутреннем корпусе 2 на участке ротора 3 между первыми дисками 4 прямого и обратного потока установлен корпус 8, внутри которого выполнена кольцевая камера 9, ограниченная ротором 3 и уплотнительными кольцами 10 с гребнями 11, установленными по торцам обоймы 8. Кольцевая камера 9 соединена по входу с подводящим элементом 7, а по выходу - через радиальные зазоры между гребнями 11 уплотнений и валом ротора 3 со входом на рабочие лопатки 5 и 6 первых ступеней обоих потоков. Для регулировки расхода охлаждающего пара или отключения системы охлаждения на подводящем элементе 7 установлена запорно-регулирующая арматура 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Отбираемый от внешнего источника холодный пар через подводящий элемент 7 с трубопроводом подается в камеру 9. В результате подвода холодного пара в камере 9 повышают давление пара таким образом, чтобы оно было несколько большим, чем давление на входе рабочих лопаток 5 и 6 первых ступеней любого из потоков. При этом холодный пар из камеры 9 через зазоры уплотнений будет выходить как в сторону прямого, так и обратного потока, обеспечивая при этом охлаждение ротора и поверхностей дисков первых ступеней обоих потоков. Кроме того, полностью исключаются перетоки части пара, выходящего из сопел одного потока на рабочие лопатки другого. В тех случаях, когда по температурным условиям охлаждение роторов не требуется, данное устройство может быть использовано с целью исключения или существенного уменьшения перетоков пара из одного потока в другой. Необходимо прекратить подачу пара от внешнего источника закрытием вентиля 12 или обеспечить в камере 9 давление более высокое, чем на входе лопаток 5 и 6.