Устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины

 

Устройство для охлаждения элементов паровой турбины включает в себя патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения. Концевое уплотнение сообщено с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через осевые отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой. К наружной поверхности охлаждаемой диафрагмы прикреплен дополнительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками. При этом на боковых поверхностях стыка рабочих лопаток выполнены камеры. В ободе и теле диска ступени выполнены соответственно кольцевая камера и радиальные каналы, соединяющие кольцевую камеру с осевыми отверстиями. Изобретение позволяет существенно повысить интенсивность охлаждения металла лопаток и обода диска наиболее термонапряженных ступеней турбины. 3 ил.

Изобретение относится к области турбиностроения и может быть использовано при проектировании и модернизации паровых турбин.

Известно устройство для охлаждения ротора паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения с отверстиями в ее гребне и сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, думмисом ротора, корпусом турбины и диском первой ступени и сообщенной через разгрузочные отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском первой ступени и диафрагмой второй ступени, установленной в обойме диафрагм. Устройство снабжено дополнительным распределительным коллектором с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками. Обойма диафрагмы и диафрагма второй ступени выполнены с отверстиями, при этом дополнительный распределительный коллектор прикреплен к наружной поверхности обоймы диафрагмы, отводящие патрубки подсоединены к распределительным коллекторам и пропущены через отверстия гребня обоймы концевого уплотнения, обоймы диафрагмы и диафрагмы второй ступени, а их выходы размещены соответственно в камере подвода охлаждающего пара и в межступенчатой камере (А.С. СССР N 1673734, МПК: F 01 D 5/08.) Недостатком известного устройства является то, что за счет появления значительного перепада температур между ободом и охлаждаемым телом диафрагмы снижается эксплуатационная надежность охлаждаемой диафрагмы в результате повышения уровня термических напряжений. Кроме того, известное устройство является сложным при разборке проточной части турбины во время ее ремонта, поскольку требуется демонтаж устройства для охлаждения ротора.

Известно устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения, сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через разгрузочные отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный распределительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками, каждый из которых имеет прямолинейный участок, пропущенный через отверстия в охлаждаемой диафрагме и изогнутый участок, при этом по торцам стыкуемых с обоймой диафрагм верхней и нижней половин обода охлаждаемой диафрагмы выполнены кольцевые камеры, сообщенные с одной стороны с прямолинейным, а с другой стороны - с изогнутым участком каждого отводящего патрубка (Патент РФ N 2037051, МПК: F 01 D 5/08, 25/08, 25/12 - Прототип).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая эффективность охлаждения дисков роторов в районе обода и хвостовых частей рабочих лопаток.

В известных устройствах для охлаждения ротора среднего давления на участках ПКУ и первых ступеней обеспечивается подвод холодного пара, отбираемого из ЦВД, в зону (полость) перед первым диском ЦСД и в полость между телом диска первой ступени ЦСД и диафрагмой второй ступени. В этих полостях определенным образом происходит смешивание холодного пара с паром из проточной части и при этом обеспечивается необходимая температура пара, требуемая для охлаждения омываемых участков ротора. Как показали опыты, такая система охлаждения позволяет обеспечить достаточно интенсивное охлаждение омываемых участков ротора в районе концевых и диафрагменных уплотнений, тела диска.

Участок обода диска и лопаток у корневого сечения охлаждается только за счет оттока тепла в более холодные сечения диска. Как показали расчеты, в результате такого оттока тепла имеет место охлаждение хвоста лопатки и обода диска, но это охлаждение относительно мало. По имеющимся расчетным данным оно не превышает 20-25^oC. Повышение интенсивности охлаждения этих участков требуется как с точки зрения улучшения прочностных характеристик (повышение допустимого уровня напряжений), так и с точки зрения обеспечения допустимого температурного уровня металла диска и лопаток при повышении начальных параметров пара. С использованием существующих устройств эту задачу выполнить невозможно.

Заявленное решение позволяет существенно повысить начальную температуру пара перед цилиндрами и, следовательно, снизить удельные расходы тепла. Снижение температуры металла термонапряженных участков обода диска и хвостов лопаток первых ступеней позволяет существенно повысить их надежность вследствие увеличения допустимого уровня напряжений в этих сечениях.

Предложенная конструкция устройства охлаждения дисков и лопаток обеспечивает автомодельность (саморегулирование) режима регулирования охлаждения, что исключает необходимость установки какой-либо регулирующей арматуры и органов регулирования.

Предложено устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения, сообщенному с камерой подвода охлаждаемого пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через осевые отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками, пропущенными через отверстия обойм диафрагмы, имеющими выход в камеру между диском ротора и диафрагмой последующей ступени, при этом на боковых поверхностях стыка рабочих лопаток выполнены камеры, а в ободе и теле диска ступени выполнены соответственно кольцевая камера и радиальные каналы, соединяющие кольцевую камеру с осевыми отверстиями.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На фиг. 1 показана проточная часть паровой турбины с устройством для охлаждения диска, ротора и диафрагмы второй ступени, продольный разрез.

На фиг.2 - поперечный разрез диска первой ступени.

На фиг.З - камеры на боковых поверхностях стыка рабочей лопатки.

Устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины включает патрубок подвода охлаждающего пара 1, подключенный к основному распределительному коллектору 2, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения 3, сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара 4, расположенной между обоймой концевого уплотнения 3, корпусом турбины 5 и диском 6 ротора и сообщенной через осевые отверстия диска 7 с межступенчатой камерой 8, расположенной между диском 6 ротора и охлаждаемой диафрагмой 9, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный коллектор 10 с патрубком подвода охлаждающего пара 11 и отводящими патрубками 12. При этом на боковых поверхностях стыка хвостов рабочих лопаток 13 выполнены камеры 14, а в ободе 15 и теле 16 диска ротора 6 выполнены соответственно кольцевая камера 17 и радиальные каналы 18, соединяющие кольцевую камеру 17 с осевыми отверстиями 7.

При работе паровой турбины в камеры 4 и 8 подается охлаждающий пар, который омывает диск 6, диафрагму 9 и вал ротора в районе концевых и диафрагменных уплотнений. Часть пара из камеры 4 или 8 (в зависимости от реактивности ступени) поступает в осевые отверстия 7. Далее под действием центробежных сил этот пар отбрасывается по радиальным каналам 18 в кольцевую камеру 17 и далее, проходя через камеры 14, выполненные на боковых поверхностях стыка хвостов рабочих лопаток 13, сбрасывается вновь в камеру 8.

Охлаждающий пар, проходя по камерам 17 и 14, омывает поверхности хвостов лопаток и обода диска 15, что в результате позволяет существенно снизить температуру как самого диска в районе обода, так и рабочих лопаток в наиболее напряженных сечениях.

Формула изобретения

Устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения, сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через осевые отверстия диска межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками, отличающееся тем, что на боковых поверхностях стыка хвостов рабочих лопаток выполнены камеры, а в ободе и теле диска ступени выполнены соответственно кольцевая камера и радиальные каналы, соединяющие кольцевую камеру с осевыми отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3