Противоточная паровая турбина (варианты) и способ ее работы

Изобретение относится к энергетике. Предложена противоточная паровая турбина 10, содержащая секцию 12 высокого давления и секцию 14 среднего давления, соединенные валом 16, центральное уплотнение 18, окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями, и паропровод 28, проходящий от указанного центрального уплотнения через кожух турбины и содержащий штуцер 32 для измерения давления, предназначенный для непосредственного и непрерывного измерения давления в указанном центральном уплотнении во время работы паровой турбины. Также представлен способ работы противоточной паровой турбины. Изобретение позволяет обеспечить надежную диагностику характеристик различных компонентов турбины. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

[0001] Изобретение относится к диагностическому средству, используемому для определения ухудшения характеристик компонентов турбин путем измерения давления в зоне центрального уплотнения между секциями высокого и среднего давления турбины.

[0002] Часто при проведении проверочных испытаний паровой турбины поток между секциями высокого давления (ВД) и среднего давления (СД) через центральное уплотнение неизвестен, так как его невозможно измерить непосредственно. Способы, используемые для определения этого потока, требуют очень много времени и существенного взаимодействия между потребителем и обслуживающим персоналом и выполняются только на установках при проведении точных договорных испытаний или на установках, которые являются предметом контрольных испытаний. Из-за этих ограничений в большинстве анализов производительности используется предполагаемое значение этого потока.

[0003] Некоторые установки имеют средства для выполнения испытаний с помощью продувки. Для проведения таких испытаний в верхней части уплотнения и в кожухе делают отверстие, к которому присоединяют трубу, содержащую запорный клапан и тестовую секцию для крепления приборов, используемых для измерения температуры, давления и расхода. Во время нормальной работы, когда испытания не проводятся, запорный клапан закрыт и приборы удалены.

[0004] Поэтому остается потребность в простой и сравнительно недорогой технологии для непрерывного измерения давления в центральном уплотнении между секциями ВД и СД паровой турбины, так что измеренное давление может использоваться как постоянное средство диагностики для определения/идентификации ухудшения характеристик различных компонентов турбины.

[0005] Сущность изобретения

[0006] В первом примерном, но неограничивающем варианте выполнения изобретение относится к противоточной паровой турбине, содержащей секцию высокого давления (ВД) и секцию среднего давления (СД), соединенные валом, центральное уплотнение, окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями ВД и СД, и паропровод, проходящий от указанного центрального уплотнения через кожух турбины и содержащий штуцер для измерения давления, предназначенный для непосредственного и непрерывного измерения давления в указанном центральном уплотнении во время работы паровой турбины.

[0007] В другом примерном, но неограничивающем варианте выполнения, изобретение относится к противоточной паровой турбине, содержащей секцию высокого давления (ВД) и секцию среднего давления (СД), соединенные валом, и центральное уплотнение, окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями ВД и СД, причем от указанного центрального уплотнения через кожух турбины проходит паропровод, присоединенный к конденсатору и содержащий запорный клапан и продувочное отверстие, расположенные перед конденсатором, и штуцер для измерения давления, прикрепленный к указанному паропроводу и предназначенный для непосредственного и непрерывного измерения давления пара в указанном центральном уплотнении, причем указанный штуцер расположен снаружи центрального уплотнения перед запорным клапаном.

[0008] В еще одном примерном, но неограничивающем варианте выполнения, изобретение относится к способу работы противоточной паровой турбины, содержащей секцию высокого давления (ВД) и секцию среднего давления (СД), соединенные валом, и центральное уплотнение, окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями ВД и СД, при этом способ включает обеспечение паропровода, проходящего от указанного центрального уплотнения через кожух турбины, установку штуцера для измерения давления в указанном паропроводе и измерение давления пара в центральном уплотнении непосредственно и по существу непрерывно во время работы противоточной паровой турбины.

[0009] Изобретение ниже описано с привлечением чертежей, которые указаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг. 1 изображает упрощенную схему противоточных секций ВД и СД паровой турбины, выполненной с возможностью проведения испытаний с помощью продувки, но измененной в соответствии с первым примерным, но не ограничивающим вариантом выполнения изобретения; и

[0011] Фиг. 2 изображает упрощенную схему противоточных секций ВД и СД паровой турбины, которая не предназначена для испытаний с помощью продувки, но модифицирована в соответствии со вторым примерным, но неограничивающим вариантом выполнения изобретения.

Подробное описание изобретения

[0012] Как показано на фиг. 1, паровая турбина в соответствии с первым примерным, но неограничивающим вариантом выполнения изобретения в целом обозначена номером 10 позиции. Паровая турбина 10 содержит первую турбинную секцию 12, или секцию высокого давления (ВД), функционально соединенную с противоположной, второй турбинной секцией 14, или секцией среднего давления (СД), валом или ротором 16. Вокруг вала 16 проходит центральный уплотнительный узел (или просто центральное уплотнение) 18, которое может содержать несколько уплотнительных колец (не показаны, но имеют обычную конструкцию), которые предотвращают или сводят к минимуму протечки пара вокруг и вдоль вала 16.

[0013] Пар высокого давления поступает в турбину, или в корпус 12 ВД, по трубопроводу 20, в то время как отработанный пар направляется в холодный перегреватель через трубопровод 22. Сильно разогретый пар подается в корпус 14 СД по трубопроводу 24, а отработанный пар выходит по трубопроводу 26. Во время работы часть пара с высокой температурой и высоким давлением протекает вдоль вала 16 в центральном уплотнительном узле 18 к секции 14 СД. Пар, поступающий в секцию 14, влияет на общую эффективность работы турбины 10, и, таким образом, имеется потребность в контроле протечек вокруг и вдоль вала 16 через центральное уплотнение.

[0014] В схеме турбины, показанной на фиг. 1, обеспечена возможность выполнения испытаний с помощью продувки, для чего в верхней части уплотнения и корпусе сделано отверстие, к которому прикреплена труба или трубопровод 28, включающий запорный или продувочный клапан 30 и продувочное отверстие, как показано на фиг. 1. За клапаном 30 находится испытательная секция, где проводятся измерения давления, температуры и расхода. Во время нормальной работы турбины клапан 30 закрыт. Если необходимо провести испытания с помощью продувки, все необходимое оборудование добавляют в испытательную секцию и открывают клапан 30, вытягивая пар из обеих секций 12 и 13 в трубопровод 28. Как правило, после испытаний с помощью продувки приборы для сбора данных удаляют, а продувочный клапан 30 закрывают, и нормальная работа турбины продолжается.

[0015] В соответствии с примерным, но неограничивающим вариантом выполнения этого изобретения на трубопроводе 28 перед запорным клапаном 30 расположен штуцер для измерения давления или датчик 32. Во время нормальной работы турбины, когда продувочный клапан 30 закрыт, датчик 32 будет регистрировать давление в центральном уплотнении 18, когда какая-либо протечка пара течет через центральное уплотнение в одном направлении вдоль ротора из секции 12 ВД в секцию 14 СД.

[0016] Непосредственные измерения давления, проведенные в течение длительных периодов времени, пока турбина находится в эксплуатации, обеспечивают надежное средство диагностики. Например, указание на состояние уплотнения в центральном уплотнении 18 может быть получено различными способами. В частности, измеряемое давление во время испытаний может сравниваться с расчетным давлением для формирования предположения о размере потока N2; измеряемое давление во время N2 испытаний со стратегией логических выводов может использоваться для того, чтобы гарантировать, что само испытание не влияет на уплотнительные поверхности турбины; измеряемое соотношение давления между секцией 12 ВД и центральным уплотнением 18 с течением времени может использоваться для проведения мониторинга изменений в зазорах уплотнения в уплотнении 18 или постоянное измеряемое давление в течение периода времени, когда имеют место изменения в эффективности секции СД, может указывать на внутренние повреждения, что могут быть открыты другие каналы для протечки потока между секциями ВД и СД.

[0017] Таким образом, предложенная конструкция может помочь диагностировать снижение характеристик на новых установках, а также указывать на ухудшение характеристик работающих установок. Обслуживающий персонал может использовать эти показания давления для проведения более точного анализа, проектные группы могут использовать эти данные, чтобы проверить свои предположения, и коммерческий персонал может использовать данные для устранения любых снижений характеристик и обеспечения, а также выявления любых областей в существующих устройствах, для которых могут быть необходимы обновления.

[0018] Фиг. 2 иллюстрирует аналогичную конструкцию, но в ней средства для продувки не включены в турбину. Здесь датчик 32 может быть присоединен непосредственно к центральному уплотнению 18 для достижения того же результата, как это предусмотрено в конструкции, показанной на Фиг. 1.

[0019] Хотя изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом выполнения, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытым вариантом выполнения, но, напротив, предполагается, что оно охватывает различные модификации и эквивалентные конструкции, включенные в суть и объем прилагаемой формулы изобретения.

1. Противоточная паровая турбина (10), содержащая секцию (12) высокого давления (ВД) и секцию (14) среднего давления (СД), соединенные валом (16), и центральное уплотнение (18), окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями (ВД) и (СД), и
паропровод (28), проходящий от указанного центрального уплотнения через кожух турбины и содержащий штуцер (32) для измерения давления, предназначенный для непосредственного и непрерывного измерения давления в указанном центральном уплотнении во время работы паровой турбины,
при этом указанный паропровод присоединен к конденсатору и содержит запорный клапан (30), расположенный за штуцером (32) для измерения давления и перед конденсатором, и
между запорным клапаном (30) и конденсатором расположено продувочное отверстие.

2. Способ работы противоточной паровой турбины (10), содержащей секцию (12) высокого давления (ВД) и секцию (14) среднего давления (СД), соединенные валом (16), и центральное уплотнение (18), окружающее указанный вал в зоне между указанными секциями (ВД) и (СД), включающий:
a) обеспечение паропровода (28), проходящего от указанного центрального уплотнения через кожух турбины,
b) установку в указанном паропроводе штуцера (32) для измерения давления,
c) измерение давления пара в центральном уплотнении непосредственно и по существу непрерывно во время работы противоточной паровой турбины,
d) присоединение указанного паропровода к конденсатору и размещение запорного клапана (30) за штуцером (32) и перед конденсатором и
e) расположение продувочного отверстия между запорным клапаном (30) и конденсатором.

3. Способ по п. 2, в котором дополнительно:
f) используют данные измеренного давления пара, полученные от указанного штуцера (32), в качестве диагностического средства для определения снижения характеристик новых турбин или ухудшения характеристик работающих турбин.

4. Способ по п. 3, в котором снижение характеристик новых турбин или ухудшение характеристик работающих турбин включает в себя не удовлетворяющий техническим требованиям зазор в уплотнении.

5. Способ по п. 3, в котором снижение характеристик новых турбин или ухудшение характеристик работающих турбин включает в себя протечку из секции ВД в секцию СД из одного или более уплотнений, отличных от указанного центрального уплотнения.

6. Способ по п. 3, в котором на этапе f) сравнивают данные измеренного давления пара с проектным давлением для формирования предположения о количестве N2, протекающем в центральном уплотнении.

7. Способ по п. 3, в котором на этапе f) используют данные измеренного давления пара, полученные от указанного штуцера, в качестве диагностического средства для мониторинга изменений зазора в уплотнении с течением времени.