Паровая турбина с распорками для подшипника
Паровая турбина содержит паровыпускной патрубок для направления отработавшего пара, подшипник для опоры турбинного вала, а также, по меньшей мере, две распорки для подшипника, с помощью которых подшипник крепится на паровыпускном патрубке. Каждая из распорок имеет расположенное в ней охлаждающее полое пространство для прохождения охлаждающего средства. Охлаждающие полые пространства распорок для подшипника соединены по текучей среде через закрытое соединительное полое пространство в зоне подшипника вала так, что обеспечивается возможность всасывания окружающего воздуха в качестве охлаждающего средства через одну из распорок для подшипника, его прохождения через соединительное полое пространство и выпуска через другую распорку для подшипника. Изобретение позволяет повысить эффективность паровой турбины. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к паровой турбине с паровыпускным патрубком для направления массового потока отработавшего пара, подшипником для опоры турбинного вала, а также, по меньшей мере, двумя распорками для подшипника, с помощью которых подшипник вала крепится на паровыпускном патрубке.
В таких паровых турбинах распорки для подшипника находятся непосредственно в потоке отработавшего пара. На фиг.4 показано поперечное сечение известной из уровня техники распорки 18 для подшипника. Она выполнена в виде сплошного тела и имеет отверстия 34 для внутреннего размещения подводящих трубопроводов, таких как, например, трубопроводы для запирающего пара. Между подводящими трубопроводами и распоркой 18 для подшипника предусмотрен лишь небольшой зазор, за счет чего происходит внутренний перенос тепла между подводящими трубопроводами, в частности трубопроводами для запирающего пара, и распоркой 18 для подшипника. Также происходит подача тепла в распорку 18 для подшипника за счет непосредственного воздействия отработавшего пара турбины. Температура массового потока отработавшего пара может сильно изменяться в зависимости от рабочей точки, что непосредственно влияет на характеристики деформации распорки 18 для подшипника. Поэтому известные из уровня техники системы распорок для подшипника являются чувствительными относительно влияний температуры извне и изнутри. Поэтому согласно уровню техники температура запирающего пара ограничивается величинами ниже 150°С, а также предусматриваются радиальные зазоры между распорками для подшипника и паровыпускным патрубком, соответственно подшипником вала.
Положенная в основу изобретения задача состоит в улучшении паровой турбины указанного в начале вида с целью повышения термодинамического коэффициента полезного действия всей турбины.
Эта задача решена согласно изобретению с помощью паровой турбины, в которой каждая из, по меньшей мере, двух распорок для подшипника имеет расположенное в соответствующей распорке для подшипника охлаждающее полое пространство для прохождения охлаждающего средства, и охлаждающие полые пространства, по меньшей мере, двух распорок для подшипника соединены по текучей среде через закрытое соединительное полое пространство в зоне подшипника вала. В качестве охлаждающего средства можно использовать, например, охлаждающий воздух, в этом случае охлаждающие полые пространства распорок для подшипника выполнены в виде вентиляционных полых пространств для прохождения охлаждающего воздуха.
За счет предусмотрения согласно изобретению охлаждающих полых пространств в соответствующих распорках для подшипника и их соединения через закрытое соединительное полое пространство в зоне вала подшипника можно эффективно охлаждать изнутри распорки для подшипника за счет пропускания подходящего охлаждающего средства. В случае применения воздуха в качестве охлаждающего средства может за счет конвекции возникать внутренний поток охлаждающего воздуха через распорки для подшипника. В этом случае, по меньшей мере, через одну из распорок для подшипника в качестве охлаждающего средства всасывается окружающий воздух, направляется через соединительное полое пространство и через другую распорку для подшипника снова выводится в окружающее пространство. Таким образом, отводится тепло изнутри распорок для подшипника и минимизируется влияние температуры потока отработавшего пара снаружи распорок для подшипника и/или температуры проходящих подводимых сред внутри распорок для подшипника на характеристики деформации распорок для подшипника. В результате можно выполнять радиальные зазоры относительно подшипника вала, а также паровыпускного патрубка небольшими и менее консервативно.
С помощью изобретения можно обеспечивать значительные преимущества относительно термодинамического коэффициента полезного действия всей турбины. При осуществлении охлаждающей системы согласно изобретению можно радиальные зазоры уменьшать даже так, что распорки для подшипника можно непосредственно приваривать между паровыпускным патрубком и внутренним уплотнительным корпусом подшипника вала. Кроме того, можно допускать более высокие температуры запирающего пара в проложенных внутри распорок для подшипника трубопроводах для запирающего пара, чем было допустимо согласно уровню техники. В паровой турбине согласно изобретению возможны температуры запирающего пара свыше 150°С. Это уменьшает сложность системы запирающего пара и поэтому обеспечивает уменьшение стоимости изготовления и технического обслуживания.
В предпочтительном варианте выполнения охлаждающие полые пространства, по меньшей мере, двух распорок для подшипника имеют, каждое, обращенное к паровыпускному патрубку отверстие. Эти отверстия предпочтительно расположены на обращенных к паровыпускному патрубку концах распорок для подшипника. Тем самым охлаждающее средство, такое как охлаждающий воздух, может входить через соответствующее отверстие одной или нескольких определенных распорок для подшипника в охлаждающую систему и через соответствующее отверстие в одной или нескольких предусмотренных для этого распорках для подшипника снова выходить в окружающее пространство.
Для особенно эффективного осуществления охлаждения распорок для подшипника охлаждающие полые пространства, по меньшей мере, двух распорок для подшипника и соединительное полое пространство образуют закрытое от потока отработавшего пара паровой турбины нагнетательное пространство.
Подшипник вала предпочтительно имеет уплотнительный корпус вала, и соединительное полое пространство расположено внутри уплотнительного корпуса вала. Тем самым исключается влияние на динамику потока отработавшего пара. В альтернативном варианте выполнения соединительное полое пространство образовано с помощью проходящих вне уплотнительного корпуса вала трубопроводов. В другом варианте выполнения соединительное полое пространство образовано внутри подшипника вала.
В одном целесообразном варианте выполнения соединительное полое пространство выполнено в виде канала, в частности, в случае, по меньшей мере, трех распорок для подшипника в виде звездообразной канальной системы. В этом варианте выполнения соединительное полое пространство может особенно хорошо распределять охлаждающее средство между распорками для подшипника.
Предпочтительно, по меньшей мере, одна из распорок для подшипника расположена в нижнем участке паровой турбины и тем самым выполнена в качестве несущей распорки для подшипника. Охлаждение согласно изобретению этой несущей распорки для подшипника с помощью проходящего через охлаждающее полое пространство охлаждающего средства в такой несущей распорке для подшипника является особенно предпочтительным вследствие больших действующих на нее механических сил. В случае, когда подшипник вала удерживается с помощью, по меньшей мере, трех распорок для подшипника, предпочтительно выполнять, по меньшей мере, две распорки для подшипника в качестве несущих распорок для подшипника и тем самым располагать в нижнем участке паровой турбины. За счет этого вес опирающегося на подшипник вала турбины распределяется на несколько распорок для подшипника, что, в свою очередь, позволяет уменьшать радиальные зазоры.
В предпочтительном варианте выполнения, по меньшей мере, две распорки для подшипника выполнены, каждая, в виде полого тела. При этом внутреннее пространство полого тела образует соответствующее охлаждающее полое пространство. В этом случае охлаждающее воздействие на распорку для подшипника проходящего через охлаждающее полое пространство охлаждающего средства особенно велико, поскольку оно протекает вдоль наружной стенки полого тела.
В другом предпочтительном варианте выполнения охлаждающие полые пространства проходят, каждое, вдоль, по меньшей мере, участка поверхности соответствующей распорки в продольном направлении. Тем самым можно охлаждающее средство направлять непосредственно на соответствующий участок вдоль поверхности распорки, что обеспечивает его оптимальное охлаждение. За счет прохождения охлаждающих полых пространств в продольном направлении соответствующей распорки для подшипника можно особенно просто направлять охлаждающее средство через объединенное нагнетательное пространство для охлаждающего средства.
Для экранирования несущих частей распорок для подшипника от отдаваемого трубопроводом для запирающего пара тепла внутри вентиляционных каналов предпочтительно расположен, по меньшей мере, один трубопровод для запирающего пара.
В предпочтительном варианте выполнения паровая турбина выполнена в виде турбины низкого давления с осевым потоком отработавшего пара. В таких паровых турбинах перенос тепла с помощью потока отработавшего пара на распорки для подшипника сказывается особенно отрицательно. Предусмотренное согласно изобретению охлаждающее устройство для распорок для подшипника паровой турбины низкого давления обеспечивает возможность особенно предпочтительного увеличения термодинамического коэффициента полезного действия за счет уменьшения радиальных зазоров как в нормальном режиме, так и в нестационарном режиме работы турбины.
В другом предпочтительном варианте выполнения подшипник вала выполнен в качестве заднего подшипника вала паровой турбины низкого давления. Задний подшипник вала, а также несущие распорки для подшипника паровой турбины низкого давления находятся непосредственно в массовом потоке отработавшего пара низкого давления. Тем самым меры согласно изобретению сказываются особенно предпочтительно на термодинамическом коэффициенте полезного действия паровой турбины.
Ниже приводится подробное пояснение примера выполнения паровой турбины согласно изобретению со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - поперечный разрез паровой турбины низкого давления согласно изобретению с задним подшипником вала;
фиг.2 - часть разреза согласно фиг.1 паровой турбины низкого давления в зоне нижней несущей распорки для подшипника;
фиг.3 - часть разреза согласно фиг.1 паровой турбины низкого давления в зоне верхней распорки для подшипника;
фиг.4 - поперечный разрез известной из уровня техники несущей распорки для подшипника.
На фиг.1 показана конструкция паровой турбины 10 низкого давления согласно изобретению. Паровая турбина 10 низкого давления имеет наружный паровыпускной патрубок 12 и внутренний уплотнительный корпус 14 вала. Уплотнительный корпус 14 вала содержит задний подшипник 16 вала для размещения не изображенного вала турбины. Уплотнительный корпус 14 вала закреплен на паровыпускном патрубке 12 через три несущие распорки 18 для подшипника, а также верхнюю распорку 20 для подшипника. Для этого нижние несущие распорки 18 для подшипника, а также верхняя распорка 20 для подшипника выполнены в виде полых тел и приварены непосредственно между наружным паровыпускным патрубком 12 и внутренним уплотнительным корпусом 14 вала.
Внутренняя конструкция одной из распорок 18 для подшипника, распорки 20 для подшипника, а также уплотнительного корпуса 14 вала подробно показаны на фиг.2 и 3. На фиг.2 показана в разрезе часть показанной на фиг.1 паровой турбины низкого давления в зоне одной из трех нижних несущих распорок 18 для подшипника. Распорка 18 для подшипника имеет соединяющую паровыпускной патрубок 12 с уплотнительным корпусом 14 вала, массивно выполненную опору 22 для подшипника. Вдоль этой опоры 22 для подшипника проходит в ее продольном направлении выполненное в качестве вентиляционного канала охлаждающее полое пространство 24. Кроме того, распорка 18 для подшипника окружена теплозащитным кожухом 30, который имеет компенсатор 32 для компенсации изменения длины теплозащитного кожуха 30. Через вход в паровыпускном патрубке 12 через отверстие 25 в охлаждающем полом пространстве 24 всасывается охлаждающий воздух 26 в охлаждающее полое пространство 24 распорки 18 для подшипника. После прохождения через охлаждающее полое пространство 24 охлаждающий воздух 26 входит в соединительное полое пространство 28 уплотнительного корпуса 14 вала. Соединительное полое пространство 28 в уплотнительном корпусе 14 вала соединяет звездообразно соответствующие охлаждающие полые пространства 24 всех распорок для подшипника, т.е. как трех нижних распорок 18 для подшипника, так и верхней распорки 20 для подшипника. Тем самым возникает закрытое относительно массового потока отработавшего пара, пропускающее поток охлаждающего воздуха так называемое звездчатое нагнетательное пространство подшипника, которое содержит охлаждающие полые пространства 24 всех распорок 18 и 20 для подшипника, а также соединительное полое пространство 28 уплотнительного корпуса 14 вала. Как показано на фиг.1, через все нижние несущие распорки 18 для подшипника проходит всасываемый на стороне уплотнительного корпуса вала поток свежего воздуха, который затем полностью снова выводится в окружающее пространство через не несущую распорку 18 для подшипника.
На фиг.3 показана в разрезе часть паровой турбины 10 низкого давления в зоне верхней распорки 20 для подшипника. Она также содержит соединяющую внутренний уплотнительный корпус 14 вала с наружным паровыпускным патрубком 12 массивно выполненную опору 22 для подшипника. Вдоль нее также проходит образованное в качестве вентиляционного канала охлаждающее полое пространство 24, которое через отверстие 25 входит в паровыпускной патрубок 12. Поскольку охлаждающее полое пространство 24 верхней распорки 20 для подшипника должно принимать весь подводимый через три нижние распорки 18 для подшипника поток охлаждающего воздуха, то поперечное сечение охлаждающего полого пространства 24 верхней распорки 20 для подшипника имеет соответственно большие размеры. Охлаждающее действие проходящего через охлаждающее полое пространство 24 верхней распорки 20 для подшипника охлаждающего воздуха 26 уменьшается по сравнению с охлаждающим действием проходящего через несущие распорки 18 для подшипника охлаждающего воздуха 26, поскольку температура охлаждающего воздуха 26 повышается уже при прохождении через нижние распорки 18 для подшипника. Однако потребность в охлаждении верхней распорки 20 для подшипника меньше, поскольку на нее как на не несущую распорку для подшипника действуют меньшие механические нагрузки, и поэтому она меньше подвергается деформации. Для обеспечения полного запланированного действия охлаждающая система согласно изобретению должна работать, как показано на фиг.1. То есть поток 26 охлаждающего воздуха должен быть направлен снизу вверх, т.е. сначала проходить через нижние несущие распорки 18 для подшипника и лишь затем - через верхнюю распорку 20 для подшипника.
1. Паровая турбина, содержащая паровыпускной патрубок (12) для направления массового потока отработавшего пара, подшипник (16) для опоры турбинного вала, а также, по меньшей мере, две распорки (18, 20) для подшипника, с помощью которых подшипник (16) крепится на паровыпускном патрубке (12), отличающаяся тем, что каждая из, по меньшей мере, двух распорок (18, 20) для подшипника имеет расположенное в соответствующей распорке (18, 20) для подшипника охлаждающее полое пространство (24) для прохождения охлаждающего средства (26), и охлаждающие полые пространства (24), по меньшей мере, двух распорок (18, 20) для подшипника соединены по текучей среде через закрытое соединительное полое пространство (28) в зоне подшипника (16) вала так, что обеспечивается возможность всасывания в качестве охлаждающего средства (26) окружающего воздуха, по меньшей мере, через одну из распорок для подшипника, его прохождения через соединительное полое пространство (28) и выпуска через другую распорку для подшипника.
2. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что охлаждающие полые пространства (24), по меньшей мере, двух распорок (18, 20) для подшипника имеют, каждое, обращенное к паровыпускному патрубку (12) отверстие (25).
3. Паровая турбина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что охлаждающие полые пространства (24), по меньшей мере, двух распорок (18, 20) для подшипника и соединительное полое пространство (28) образуют закрытое от массового потока отработавшего пара паровой турбины (10) нагнетательное пространство.
4. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что подшипник (16) вала имеет уплотнительный корпус (14) вала, а также соединительное полое пространство (28) расположено внутри уплотнительного корпуса (14) вала.
5. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что соединительное полое пространство (28) выполнено в виде канала, в частности в случае, по меньшей мере, трех распорок (18, 20) для подшипника в виде звездообразной системы (28) каналов.
6. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из распорок (18, 20) для подшипника расположена в нижнем участке паровой турбины (10) и тем самым выполнена в качестве несущей распорки (18) для подшипника.
7. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, две распорки (18, 20) для подшипника выполнены каждая в виде полого тела.
8. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что охлаждающие полые пространства (24) проходят вдоль, по меньшей мере, участка поверхности соответствующей распорки в продольном направлении соответствующей распорки (18, 20) для подшипника.
9. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что внутри охлаждающих полых пространств (24) расположен, по меньшей мере, один трубопровод для запирающего пара.
10. Паровая турбина по п.1, отличающаяся тем, что паровая турбина (10) выполнена в качестве паровой турбины низкого давления с осевым потоком отработавшего пара.
11. Паровая турбина по п.10, отличающаяся тем, что подшипник (16) вала выполнен в качестве заднего подшипника вала паровой турбины (10) низкого давления.
