Двухпоточный цилиндр низкого давления паровой турбины

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в энергоблоках с паротурбинными установками (ПТУ), имеющими выхлоп в конденсатор.

Известен двухпоточный цилиндр паровой турбины, содержащий корпус, расположенные по его концам входные патрубки, лабиринтные концевые уплотнения и облопаченный ротор, опирающийся на подшипники и соединенный с генератором, содержащий также группу влажнопаровых ступеней прямого, направленного в сторону генератора, потока пара с выхлопным осерадиальным диффузором и группу влажнопаровых ступеней обратного потока с выхлопным осерадиальным диффузором. При этом диффузоры расположены внутри выхлопного патрубка цилиндра и образованы парой кольцевых лопастей, осуществляющих конфузорный поворот потока от осевого направления к радиальному, внешние лопасти заканчиваются радиальными стенками, перпендикулярными оси вращения, ограничивающими осевой размер выхлопной части диффузоров («Энергетические и приводные паротурбинные установки», Промышленный каталог 09-06, М.: ФГУП ВНИИАМ, 2006, с. 108, рис. 86. ЦСД-II турбины Т-250/300-240 УТЗ).

Недостатком известного двухпоточного цилиндра паровой турбины является выполнение внутренней образующей внешней кольцевой поворотной лопасти по дуге окружности, касательной осевому и радиальному участкам диффузора, что вызывает отрыв потока от ее поверхности при резком повороте и не позволяет сократить осевые габариты цилиндра путем уменьшения длины осерадиального диффузора, особенно при использовании двухпоточного цилиндра в качестве цилиндра низкого давления (ЦНД), соединенного находящимся под вакуумом выхлопным патрубком с входным патрубком конденсатора, ввиду больших объемных расходов пара, что существенно увеличивает габариты ЦНД и, соответственно, стоимость киловатта установленной мощности ПТУ.

Известен двухпоточный цилиндр низкого давления паровой турбины, соединенный с конденсатором, содержащий корпус, расположенные по его концам входные патрубки, лабиринтные концевые уплотнения и облопаченный ротор, опирающийся на подшипники и соединенный с генератором, содержащий также группу влажнопаровых ступеней прямого, направленного в сторону генератора, потока пара с выхлопным осерадиальным диффузором и группу влажнопаровых ступеней обратного потока с выхлопным осерадиальным диффузором. При этом диффузоры расположены внутри выхлопного патрубка цилиндра, соединенного с входным патрубком конденсатора, находящимся под вакуумом, и образованы парой кольцевых лопастей, осуществляющих конфузорный безотрывный поворот потока от осевого направления к радиальному, внешние лопасти заканчиваются радиальными стенками, перпендикулярными оси вращения, ограничивающими осевой размер выхлопной части диффузоров («Энергетические и приводные паротурбинные установки», Промышленный каталог 09-06, М.: ФГУП ВНИИАМ, 2006, с. 4, 19, 20, рис. 6, Продольный разрез паровой турбины К-1000-60/3000-3).

По совокупности признаков этот известный двухпоточный ЦНД паровой турбины является наиболее близким к заявленному и принят за прототип.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, являются большие присосы воздуха в конденсатор через концевые уплотнения, примыкающие к находящимся под вакуумом выхлопным патрубкам ЦНД. Другим недостатком прототипа является попадание на рабочие лопатки последних ступеней эрозионно-опасной капельной влаги, конденсирующейся на внутренних стенках концевых уплотнений и выхлопных патрубков ЦНД и заносимой в ступени обратными токами пара на малорасходных, в т.ч. пусковых режимах. Указанные недостатки прототипа существенно снижают экономичность и надежность ПТУ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым. При этом предложенное изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем.

Определение из выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков позволило установить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационную экономичность и надежность энергоблока и снизить себестоимость его изготовления за счет введения в конструкцию двухпоточного ЦНД паровой турбины элементов, существенно отличающих его от аналогов и прототипа и устраняющих их эксплуатационные недостатки. Выполнение прямоугольных уступов на внутренней образующей внешней кольцевой поворотной лопасти осерадиального выхлопного диффузора устраняет отрыв потока от поверхности лопасти и позволяет сделать более компактным поворотный участок диффузора, тем самым сокращая осевые габариты и себестоимость ЦНД. Расположение в средней части цилиндра низкого давления выхлопных частей диффузоров, ограниченных радиальными стенками, размещенными внутри находящегося под вакуумом выхлопного патрубка ЦНД, устраняет присосы воздуха в конденсатор через концевые уплотнения, что существенно повышает экономичность ПТУ, а также устраняет конденсацию пара на выхлопных частях, исключая эрозию в последних ступенях и повышая надежность турбины.

Предложен двухпоточный цилиндр низкого давления (ЦНД) паровой турбины, соединенный с входным патрубком конденсатора, включающий корпус, расположенные по его концам входные патрубки, лабиринтовые концевые уплотнения и облопаченный ротор, опирающийся на подшипники, соединенный с генератором и содержащий группу влажнопаровых ступеней прямого, направленного в сторону генератора, потока пара с выхлопным осерадиальным диффузором и группу влажнопаровых ступеней обратного потока с выхлопным осерадиальным диффузором, при этом диффузоры расположены внутри выхлопного патрубка ЦНД, соединенного с входным патрубком конденсатора, находящимся под вакуумом, и образованы парой кольцевых лопастей, осуществляющих конфузорный поворот потока от осевого направления к радиальному, внешние лопасти заканчиваются радиальными стенками, перпендикулярными оси вращения, ограничивающими осевой размер выхлопной части осерадиальных диффузоров и образующими объединенную выхлопную часть осерадиальных диффузоров обеих групп ступеней, кроме этого выхлопной патрубок и выхлопные части диффузоров, ограниченные радиальными стенками и размещенные внутри выхлопного патрубка, расположены в средней части ЦНД, а внутренняя образующая лопасти со стороны потока выполнена с прямоугольными уступами.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Двухпоточный ЦНД паровой турбины включает корпус 1, расположенные по его концам входные патрубки 2, лабиринтовые концевые уплотнения 3 и облопаченный ротор 4, опирающийся на подшипники 5 и соединенный с генератором 6. Ротор 4 содержит группу 7 влажнопаровых ступеней прямого потока пара, направленного в сторону генератора 6, заканчивающуюся выхлопным осерадиальным диффузором 8, а также группу 9 влажнопаровых ступеней обратного потока с выхлопным осерадиальным диффузором 10. Диффузоры 8, 10 размещены внутри выхлопного патрубка 11, расположенного в средней части ЦНД и соединенного с входным патрубком 12 конденсатора, находящимся под вакуумом. Осерадиальные диффузоры 8, 10 образованы парой кольцевых лопастей 13 и 14, осуществляющих поворот потока от осевого А направления к радиальному R. Внутренняя образующая 17 лопасти 14 со стороны потока выполнена с прямоугольными уступами. Внешние лопасти 14 заканчиваются радиальными стенками 15, перпендикулярными оси вращения 16 и образующими объединенную выхлопную часть осерадиальных диффузоров 8, 10 обеих групп ступеней 7, 9. Выхлопной патрубок 11 и выхлопные части диффузоров 8 и 10, ограниченные радиальными стенками и размещенные внутри выхлопного патрубка 11, расположены в средней части ЦНД.

Двухпоточный ЦНД паровой турбины работает следующим образом.

Рабочий пар в корпус 1 двухпоточного ЦНД подается по двум входным патрубкам 2, расположенным по концам ЦНД, откуда поступает в группы 7, 9 ступеней, где через облопаченный ротор 4 отдает свою энергию соединенному с ним генератору 6. Утечки пара избыточного давления между ротором 4 и корпусом 1 от входа в группы ступеней отводятся через концевые уплотнения 3. Из обеих групп 7 и 9 ступеней пар выходит в осевом направлении (по стрелке А) и попадает в осерадиальные диффузоры 8 и 10, образованные парой кольцевых лопастей 13 и 14, между которыми меняет свое направление на радиальное (по стрелке R). Обтекая прямоугольные уступы внутренних образующих 17 внешней лопасти 14, поток пара создает разрежение между выступами, предотвращая отрыв потока от лопасти. Выполнение поворотных участков диффузоров 8 и 10 в виде прямоугольных уступов минимизирует осевые габариты ЦНД. Встречные потоки пара из обеих групп 7 и 9 ступеней после поворота объединяются в радиальной части диффузоров между стенками 15, откуда попадают в находящийся под вакуумом выхлопной патрубок 11, расположенный в средней части ЦНД и соединенный с входным патрубком 12 конденсатора. Благодаря расположению выхлопного патрубка 11 в средней части двухпоточного ЦНД для устранения присосов воздуха в вакуумную часть парового тракта ПТУ (включающую последние ступени групп 7, 9, выхлопные диффузоры 8, 10, выхлопные патрубки 11 ЦНД и конденсатор с входным патрубком 12) достаточно иметь плотные стенки и соединения находящихся под вакуумом деталей статора (конденсатор, патрубки 11, 12, разъемы и др.), поскольку в оснащенных лабиринтовыми уплотнениями местах прохода ротора через статор давление пара внутри ЦНД больше атмосферного и присосы воздуха исключены. Благодаря расположению осерадиальных диффузоров 8, 10 внутри выхлопного патрубка 11 кольцевые поворотные лопасти 13, 14 не охлаждаются атмосферным воздухом, что исключает конденсацию на них влаги, эрозионно-опасной для рабочих лопаток последних ступеней.