Результат интеллектуальной деятельности: ДВУХЪЯРУСНАЯ СТУПЕНЬ С НЕРАЗЪЕМНОЙ ВИЛЬЧАТОЙ ЛОПАТКОЙ

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и призвано повысить экономичность двухъярусных ступеней, используемых в качестве предпоследних ступеней в цилиндрах низкого давления конденсационных турбин.

Известна двухъярусная ступень осевой турбомашины A.M. Репина [1] (Патент RU №2072428, опубл. 27.01.1997, МПК F01D 1/04) содержащая диафрагму с двухъярусным сопловым аппаратом и двухъярусное рабочее колесо, облопачивание которого выполнено в два радиальных ряда с промежуточным цельным кольцом между рядами, лопатки внутреннего ряда с помощью усиленных полок-фланцев соединены сваркой с промежуточным кольцом, а лопатки внешнего ряда, выполненные из прочных легких материалов, установлены на промежуточном кольце.

Основной недостаток данного технического решения заключается в сложности изготовления рабочих лопаток предлагаемой двухъярусной ступени и низких прочностных характеристиках, поскольку единый толстый промежуточный бандаж с глубокими пазами для хвостовиков лопаток верхнего яруса трудно (почти невозможно) скрепить с лопатками нижнего яруса.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является двухъярусная ступень Карла Баумана [2] (А.В. Щегляев, Паровые турбины Энергоатом издательство Москва 1993), установленная на отечественной турбине К-200-130, содержащая диафрагму, сопловой аппарат нижнего яруса двухъярусной ступени, сопловой аппарат верхнего яруса, перегородку соплового аппарата, рабочий аппарат нижнего яруса, рабочий аппарат верхнего яруса, перегородку рабочего аппарата.

Основной недостаток состоит в низкой экономичности двухъярусной ступени Баумана из-за недопустимо большой перекрыши Δl между вершиной рабочих лопаток предшествующей ступени и входом в сопловой аппарат верхнего яруса ступени Баумана, составляющей около 35% от высоты соплового аппарата верхнего яруса ступени, а также большой веерности рабочих решеток.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в уменьшении потерь энергии в ступени, связанных с наличием перекрыши на входе в ступень и потерь энергии, связанных с веерностью лопаток последней ступени.

Технический результат, возникающий с применением предлагаемого изобретения, заключается в повышении эффективности и надежности работы двухъярусных ступеней ЦНД с полуторными выхлопами и достигается тем, что в известной двухъярусной ступени для цилиндра низкого давления мощной конденсационной паровой турбины, содержащей диафрагму, сопловой аппарат нижнего яруса двухъярусной ступени, сопловой аппарат верхнего яруса, перегородку соплового аппарата, рабочий аппарат нижнего яруса, рабочий аппарат верхнего яруса, перегородку рабочего аппарата, согласно изобретению, рабочие лопатки двухъярусной ступени выполнены в виде неразъемных вильчатых лопаток, а в диафрагме перед входом пара в сопловую решетку профилей верхнего яруса двухъярусной ступени расположена распределительная решетка, образованная системой кольцевых конических обводов с радиальным шагом l_i=(7°)l₀/α, где l₀ - длина сопловых лопаток на входе в сопловую решетку профилей, а угол α - угол наклона периферийного обвода соплового аппарата к продольной оси ступени, и углами наклона конусных обводов к продольной оси ступени β_i, которые уменьшаются от периферии к корню по следующему закону β_i=α-(7+i), где i - номер конического обвода при отсчете его от периферийного обвода диафрагмы.

Кроме того, в двухъярусной ступени для цилиндра низкого давления мощной конденсационной паровой турбины радиальные ребра, связывающие между собой кольцевые конические обводы, выполнены перфорированными.

На фиг. 1 представлен продольный разрез двухъярусной ступени с неразъемной вильчатой лопаткой. На фиг. 2 для справки приведена аксонометрия двухъярусного рабочего колеса, входящего в состав предлагаемой двухъярусной ступени.

Двухъярусная ступень с неразъемной вильчатой лопаткой, представленная на фиг. 1 содержит: сопловой аппарат верхнего яруса 1, сопловый аппарат нижнего яруса 2, рабочие лопатки нижнего яруса 3, сплошную перегородку 4, отделяющую рабочие лопатки нижнего яруса двухъярусной ступени от рабочих лопаток верхнего яруса, перегородку соплового аппарата двухъярусной ступени 5, вильчатые лопатки верхнего яруса 6, диафрагму ступени Баумана 7, перфорированные радиальные ребра 8, кольцевые конические обводы 9, периферийный обвод двухъярусной ступени 10.

Начиная с периферийного обвода двухъярусной ступени 10, расположенного под углом а к продольной оси ступени, первый конический обвод распределительной решетки выполнен с углом, равным углу β, уменьшенному на 7°. Каждый последующий конический обвод выполняется с углом, уменьшенным на 7° относительно выше расположенного ребра.

Указанное снижение угла конусности для каждого последующего конического обвода на 7° принято из условия обеспечения безотрывного течения пара во всех, образованных соседними коническими обводами, кольцевых диффузорных каналах распределительной решетки.

Для принятого шага углов (Δβ=7°) получим, что число конических обводов п в решетке должно равняться целому от деления угла на угловой шаг Δβ. То есть n=α/7. При этом условии и равномерном расположении колец по высоте l₀ (l₀ - высота входного сечения в сопловой аппарат верхнего яруса расстояние между коническими обводами 9 будет равно l_i=l₀/n=7⋅l₀/α.

Вильчатая лопатка отличается от рабочей лопатки Баумана прототипа тем, что на одном пере нижнего яруса 3, на перегородке 4 располагаются два пера рабочих лопаток верхнего яруса 6. Аксонометрия указанной вильчатой лопатки представлена на фиг. 2.

Двухъярусная ступень с неразъемной вильчатой лопаткой работает следующим образом. Пар подводится к сопловым аппаратам верхнего и нижнего ярусов с одинаковыми начальными параметрами из предстоящей ступени, где происходит преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую энергии, причем пар вышедший из предстоящей ступени первоначально взаимодействует с распределительной решеткой. Указанная распределительная решетка воспринимает поток из верхней части рабочих лопаток предшествующей ступени с нулевой перекрышей и далее по кольцевым каналам, образованными коническими поверхностями, равномерно распределяются по всей высоте соплового аппарата верхнего яруса двухъярусной ступени, полностью исключая потери от перекрыши. Пар вышедший из каналов сопловой решетки предлагаемой двухъярусной ступени направляется в каналы двухъярусного рабочего колеса, образованного «вильчатыми» рабочими лопатками, благодаря которым удается достичь практически полное снижение потерь энергии от веерности решетки.

Список литературы

1. Патент RU №2072428, опубл. 27.01.1997, МПК F01D 1/04

2. А. В. Щегляев, «Паровые турбины», издательство «Энергоатом», Москва, 1993