Ступень паровой турбины

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 01 D 25/24

) Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4791990/06 (22) 10.11.89 (46) 07.06.92, Бюл. N 21 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) И. И. Кириллов и Г. Г. Шпензер (53) 621.1 65(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1318701, кл. F 01 D 9/02, 1986, (54) СТУПЕНЬ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ (57) Использование: в турбостроении, преимущественно в последних ступенях мощных паровых турбин. Сущность изобретения: во входной кромке сопловой лопатки

1 выполнен радиальный ряд отверстий 3, „„5U„„1739063 Al 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.

1739063

Изобретение относится к турбиностроению 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 внутренними 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, FlT, (FOld), N 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 потока вдоль высоты проточной части.

Известна сопловая лопатка с внутренними продольными каналами для отвода из потока отсепарированной влаги через отверстия на входном участке лопатки. Отверстия 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 ограничивает размеры отверстий и приводит к большим гидравлическим потерям при значительных отборах пара через входные кромки лопаток, Кроме того, к недостаткам конструкции относится отсос только пленочной влаги.

Наиболее близким к предлагаемому (А. с. СССР % 1318701, М кл, 4 FOID 9/02, 1986.) ступень, содержащая сопловую лопатку с меридиональными ограничивающими по10

55 верхностями 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 пароприводам осуществляется отвод пара из турбины на систему теплофиксации, Конструкция ступени с крупным теплофикационныM 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.

1739063

Целью изобретения является увеличение экономичности ступени путем повышения устойчивости основного потока в корневой и периферийной зонах при малых объемных расходах основного потока и надежности путем снижения эрозии рабочих лопаток, Для этого в известном устройстве, содержащем сопловую лопатку с внутренним продольным каналом и корневой и периферийной 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 у к оси турбины в меридиональной плоскости у корневой ограничивающей поверхности проточной части ступени с постепенным увеличением углов в последующих отверстиях до величйны положительного угла у наклона перифЕрийного меридианального 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 располагаться 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 у к оси турбины в меридиональной плоскости у

35 корневой ограничивающей поверхности проточной части ступени с постепенным 40 увеличением углов в последующих отверстиях до величины положительного угла у наклона периферийного меридианального обвода, обеспечивает направление отбира- . емого потока к оси турбины в корневой зоне

45 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 по50 тери в системе отбора пара. Кроме того, применение отверстий, засасывающих одновременно с паром и влагу из всего основного потока перед направляющим аппаратом, s сочетании с продольно распо55 ложенными желобками размером 0,5-1 мм снижающими отражение влаги от входных кромок лопаток, позволяет удалить из проточной части на входе влопаточный аппарат 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 пароприводам. 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

1739063

Составитель Г.Шпен.-Редактор M.Ñòðåëüíèêîâà Техред М.Моргента. рректор С.Шевкун

Заказ 1988 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен ...: и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушск- б„4/5

Производственно-издательский комбинат "Пате ., г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 ) c постоянным увеличением углов в последующих отверстиях до величины положительного угла наклона периферийных отверстий у 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 10 с 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 турбулизацию потока у входных кромок сопловой лопатки, Выбор минимального размера отверстий, равный 4 мм, уменьшает гидравлическое сопротивление при отборе пара.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство за счет повышения устойчи5 вости основного потока в корневой и периферийных зонах особенно при малых объемных пропусках основного потока и снижения эрозии рабочих лопаток увеличивает надежность и экономичность работы

10 ступени турбины с большим отбором пара.

Формула изобретения

Ступень паровой турбины, содержащая сопловую лопатку с внутренним продольным каналом, а также с корневой и

15 периферийной меридиональными ограничивающими поверхностями, во входной кромке которой выполнен радиальный ряд отверстий, сообщенных через внутренний продольный канал с кольцевой камерой ст20 бора, 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

25 продольной осью ступени у корня до положительного угла на периферии, причем указанные углы крайних отверстий выполнены равными углам раскрытия корневой и периферийной меридиональн ых ограничивающих

30 поверхностей, а на входной кромке сопловой лопатки выполнены продольные желобки, при этом минимальный эквивалентный диаметр отверстий составляет не менее 3 мм.