Способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени

Изобретение относится к области энергетики, к паротурбостроению и может быть использовано для удаления влаги из проточной части влажно-паровых турбин. Способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени включает нагрев наружной поверхности направляющих лопаток выше температуры насыщения обтекающего ее основного потока пара, входящего в ступень, путем пропуска по внутренним полостям греющего пара через входные и выходные отверстия, при этом величину превышения температуры поверхности направляющих лопаток над температурой насыщения пара, входящего в ступень, выбирают в диапазоне менее 10°С, кроме того, в качестве греющего пара используют влажный пар, а сечение выходного отверстия внутренней полости направляющей лопатки выбирают меньше сечения входного отверстия из условия полной конденсации греющего пара. Заявляемое решение позволяет существенно повысить эффективность влагоудаления из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени и уменьшить эрозионный износ рабочих лопаток и повысить экономичность турбины. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к паротурбостроению, и может быть использовано для удаления влаги из проточной части влажно-паровых турбин.

Известен способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени, заключающийся в нагреве поверхности направляющих лопаток выше температуры насыщения обтекающего ее пара. Для этого через внутренние полости пустотелых направляющих лопаток пропускают греющий пар (И.П.Фадеев. Эрозия влажно-паровых турбин, Л.: Машиностроение, 1974, с.150).

Недостатком известного способа является то, что сильно нагретая поверхность становится несмачиваемой для капель, они остаются в потоке, и эффективность их испарения снижается. Поэтому испарение влаги часто дополняют ее отсосом через щели и т.д., что резко усложняет конструкцию и снижает экономичность турбины.

Известен способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата, влажно-паровой турбинной ступени, включающий нагрев поверхности направляющих лопаток горячим паром или маслом, проходящим через полости в теле лопаток, или с помощью электрообогрева. Величину превышения нагрева поверхности лопаток над температурой насыщения обтекающего ее пара - температурный напор, выбирают в диапазоне 10-93°С (Патент Великобритании №1401176, МПК F 01 D 5/8, 5/28, 9/02, М.Akhtar, Steam turbine installation).

По совокупности заявляемых признаков это решение является наиболее близким к предлагаемому и принято за прототип.

Недостатками известного способа, принятого за прототип, является высокий нагрев, приводящий к несмачиваемости поверхности направляющих лопаток и исключающий осаждение капель, что приводит к тому, что капли влаги не испаряются, а остаются в потоке и эрозионная опасность не снижается; кроме того, высокий нагрев поверхности направляющих лопаток требует большого расхода греющего пара высокой температуры, что снижает экономичность турбины.

Заявляемое решение позволяет существенно повысить эффективность влагоудаления из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени и уменьшить эрозионный износ рабочих лопаток, расположенных ниже по потоку пара. Благодаря ограничению температурного напора между поверхностью направляющих лопаток и основным потоком влажного пара величиной <10°С сохраняется смачиваемость поверхности направляющих лопаток, обеспечивающая осаждение капель влаги и дальнейшее испарение образовавшейся водяной пленки и исключающая возможность отскока капель без испарения. Ограничение температурного напора обеспечивает также сохранение наиболее эффективного - пузырькового режима кипения влаги с наибольшим коэффициентом теплопередачи от лопатки к водяной пленке и устраняет возможность перехода к малоэффективному кризисному пленочному режиму кипения, тем самым исключется сбрасывание в поток неиспарившейся эрозионно-опасной влаги. Использование в качестве греющей среды влажного пара гарантирует его конденсацию во внутренней полости, что обеспечивает максимально возможный коэффициент теплопередачи от греющего пара к телу лопатки, на порядок больший, чем при перегретом паре. Кроме того, выбор для выхода греющего пара из полости направляющих лопаток минимального сечения выходных отверстий по сравнению с входными отверстиями обеспечивает полную конденсацию греющего пара без его сквозного проскока, что повышает экономичность заявляемого способа влагоудаления по сравнению с известными способами.

Предложен способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени, включающий нагрев наружной поверхности направляющих лопаток выше температуры насыщения обтекающего ее основного потока пара, входящего в ступень, путем пропуска по внутренним полостям направляющих лопаток греющего пара через входные и выходные отверстия, при этом величину превышения температуры поверхности направляющих лопаток над температурой насыщения пара, входящего в ступень, выбирают в диапазоне менее 10°С, кроме того, в качестве греющего пара используют влажный пар, а сечение выходного отверстия внутренней полости направляющей лопатки выбирают меньше сечения входного отверстия из условия полной конденсации греющего пара.

Изобретение иллюстрируется чертежами

На фиг.1 изображено поперечное сечение, на фиг.2 - продольное сечение направляющей лопатки влажно-паровой турбинной ступени.

Направляющая лопатка 1 имеет наружную поверхность 2, выходную кромку 3 и внутреннюю полость 4. Для пропуска греющей среды через внутреннюю полость 4 предусмотрены входное отверстие 5 и выходное отверстие 6.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На направляющую лопатку 1 поступает основной поток влажного пара, омывающего ее наружную поверхность 2 от входной до выходной кромки 3. При этом на наружной поверхности 2 осаждаются капли влаги, образуя водяную пленку, сходящую с выходной кромки 3 в основной поток в виде крупных капель, представляющих эрозионную опасность для рабочих лопаток турбины, расположенных ниже по потоку. Для удаления влаги с наружной поверхности 2 направляющей лопатки эту поверхность нагревают выше температуры насыщения обтекающего ее основного потока пара за счет пропуска через внутреннюю полость 4 направляющей лопатки 1 греющей среды, поступающей через входное отверстие 5 и уходящей через выходное отверстие 6. При этом величину превышения температуры поверхности направляющих лопаток над температурой насыщения пара, входящего в ступень, выбирают в диапазоне менее 10°С. Указанное ограничение обеспечивает сохранение смачиваемости поверхности направляющих лопаток, возможность оседания на нее водяных капель из основного потока и поддержание пузырькового режима кипения образующейся водяной пленки, при котором теплообмен происходит с максимальным коэффициентом теплопередачи между поверхностью и водяной пленкой с испарением максимального количества влаги. В качестве греющей среды выбирают влажный пар, это обеспечивает передачу максимального количества тепла к водяной пленке в условиях ограниченной разности температур благодаря наиболее высокому коэффициенту теплопередачи от греющего пара, имеющему место при его конденсации, а также облегчает поддержание ограничения разности температур благодаря однозначной связи между температурой насыщения и давлением греющего пара. Для этого достаточно соединить внутреннюю полость направляющей лопатки с определенной точкой проточной части перед рассматриваемой влажно-паровой турбинной ступенью. Затем греющий пар направляют через входное отверстие 5 во внутреннюю полость 4 направляющей лопатки, где и происходит его конденсация. Конденсат греющего пара покидает внутреннюю полость 4 через выходное отверстие 6. При этом проходное сечение выходного отверстия 6 выбирают меньше сечения входного отверстия 5 в соответствии с отношением плотностей входящего пара и выходящего конденсата и их скоростями, определяемыми по перепадам давления на входе и выходе таким образом, чтобы обеспечить полную конденсацию греющего пара в полости лопаток и не допустить его сквозного прохода. Тем самым обеспечивается минимальный расход греющего пара, так как используется полная величина теплоты его конденсации, а значит, и минимальное снижение экономичности турбины.

Предлагаемый способ был опробован и прошел испытания на турбине ХТГЗ типа К-300-240 станционный №3 Ставропольской ГРЭС. В двухпоточном ЦНД турбины в пустотелые направляющие лопатки последней ступени одного из потоков (экспериментальная ступень) был подведен влажный греющий пар от одной из предшествующих ступеней. В другом потоке последняя ступень (контрольная) была оставлена в штатном исполнении (без обогрева). Испытания проводились при одинаковых нагрузках турбины, но при разных давлениях греющего пара и основного потока пара, поступающего в ступень.

Результаты расчета и испытаний испарительного влагоудаления путем парового обогрева пустотелых направляющих лопаток приведены в таблице.

Таблица

Вариант:	Без обогрева	С обогревом
Температурный напор Δt, °C	0	4,8	19,5
Расчетный коэффициент: теплопередачи, ккал/м2·ч·град	˜5000	˜5000	˜200
Расчетное количество испарившейся влаги, %	0	˜75	˜3
Эрозия рабочих лопаток (по замерам хорды лопаток)	100	˜40	˜100

При разности температур 19,5°С, укладывающейся в диапазон прототипа (10-93°С), испарения влаги практически нет и износ последующих рабочих лопаток примерно такой же, как вообще без подвода греющего пара.

При разности температур 4,8°С, укладывающейся в диапазон по предлагаемому изобретению (<10°С) испаряется ˜75% влаги и износ последующих рабочих лопаток составляет 40% по сравнению со случаем без подвода греющего пара.

Способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени, включающий нагрев наружной поверхности направляющих лопаток выше температуры насыщения обтекающего ее основного потока пара, входящего в ступень путем пропуска по внутренним полостям направляющих лопаток греющего пара через входные и выходные отверстия, отличающийся тем, что величину превышения температуры поверхности направляющих лопаток над температурой насыщения пара, входящего в ступень, выбирают в диапазоне менее 10°С, при этом в качестве греющего пара используют влажный пар, а сечение выходного отверстия внутренней полости направляющей лопатки выбирают меньше сечения входного отверстия из условия полной конденсации греющего пара.