Результат интеллектуальной деятельности: ЧАСТЬ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) с конденсационными паровыми турбинами, в том числе имеющими отбор на теплофикацию.

Известны части низкого давления паровой турбины, включающие входной трубопровод с регулирующим органом и группы ступеней с промежуточными камерами, расположенные в отдельных цилиндрах и соединенные выхлопными патрубками с конденсатором (Промышленный каталог 09-06, Энергетические и приводные паротурбинные установки - М.: ФГУП ВНИИАМ, 2006: с.42-43, рис.18-20; с.37-41, рис.16-17; с.99-103, рис.82-83.

Недостатком известных частей низкого давления паровой турбины является эрозионный износ рабочих лопаток последних ступеней капельной влагой, транспортируемой из конденсатора обратными токами в выхлопных патрубках при малых расходах пара, а также возникающий при этом вентиляционный нагрев ступеней низкого давления, проявляющийся в виде перегрева выхлопов, вызывающего расцентровку ротора со статором, задевания и износ уплотнений вала и лопаточного аппарата, и в виде перегрева рабочих лопаток, ведущего к обрыву паяных стеллитных пластинок, защищающих лопатки от эрозии.

Известна часть низкого давления паровой турбины, включающая входной трубопровод с регулирующим органом и три группы ступеней низкого давления с промежуточными камерами, причем одна из групп ступеней расположена в цилиндре среднего давления (ЦСД), две другие - в двухпоточном цилиндре низкого давления (ЦНД) и соединены выхлопными патрубками с конденсатором (Иванов А.В. и др. Реконструкция паровой турбины К-300-240 ЛМЗ. - Электрические станции, 1997, №5, с.16-21, рис.1).

По совокупности признаков эта известная часть низкого давления паровой турбины наиболее близка к заявленной и принята за прототип.

Недостатком прототипа, кроме описанных выше недостатков аналогов, является разность температур между соседними выхлопами в конденсатор отдельных цилиндров (ЦСД и ЦНД), возникающая при уменьшении расхода пара в случае прикрытия регулирующих органов на трубопроводах перед ЦНД. Выхлоп же ЦСД при этом работает с более полным расходом пара при его более низкой температуре в конце процесса расширения, а выхлопы двухпоточного ЦНД при малых расходах пара нагреваются от вентиляционных потерь энергии до высокой температуры. Это приводит к температурной расцентровке опорных подшипников ротора, расположенных в соседних выхлопах ЦСД и ЦНД. При этом весовая вертикальная нагрузка подшипника, опирающегося на одну из опор, оказывается меньше, чем на другой подшипник, который принимает на себя часть веса ротора. В конечном итоге недопустимо возрастает вибрация менее нагруженного подшипника, например низкочастотная.

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 надежность и экономичность паровой турбины при малых расходах пара в ЦНД за счет снижения вентиляционного нагрева его проточной части и устранения следующих негативных последствий этого нагрева и последствий вынужденного применения дефектных методов снижения нагрева в известных паровых турбин:

- перегрев выхлопов ЦНД, вызывающий температурные расцентровки соседних опор, вибрацию ротора, задевания и износ проточной части, повреждение подшипников;

- перегрев рабочих лопаток, вызывающий ослабление паяных соединений и обрыв стеллитных пластинок, защищающих лопатки от эрозии;

- обрывы рабочих лопаток последних ступеней ЦНД от эрозии выходных кромок, вызванной охлаждающими впрысками воды;

- увеличенный расход пара на вентиляцию, сокращающий отпуск тепла и электроэнергии.

Заявляемое техническое решение позволяет снизить вентиляционный нагрев проточной части и выхлопов ЦНД, так как основано на следующей особенности работы ЦНД при малых расходах пара, когда последние ступени ЦНД не вырабатывают мощности, а тратят ее на вентиляцию, повышая температуру пара. При таком «компрессорном» режиме работы давление перед последней ступенью оказывается ниже, чем за нею, т.е. ниже, чем в конденсаторе. Это позволяет направить в камеру перед последней ступенью ЦНД для ее охлаждения более холодный пар из соседнего выхлопа (ЦСД), работающего с полным расходом пара, т.е. без вентиляционного нагрева, и устранить недостатки аналогов и прототипа.

Предложена часть низкого давления паровой турбины, включающая входной трубопровод с регулирующим органом и группы ступеней низкого давления с промежуточными камерами, расположенные в отдельных цилиндрах и соединенные выхлопными патрубками с конденсатором, при этом промежуточные камеры перед последними ступенями одного цилиндра соединены с выхлопным патрубком соседнего цилиндра посредством трубопровода с клапаном.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Часть низкого давления паровой турбины включает входной трубопровод 1 с регулирующим органом 2 и группы 3, 4, 5 ступеней низкого давления с промежуточными камерами 6, 7, 8, 9, расположенные в отдельных цилиндрах 10, 11. Каждая из групп (3, 4, 5) ступеней имеет выхлопные патрубки 12, 13, 14, соединенные с конденсатором 15. В выхлопных патрубках расположены опорные подшипники 16, 17, 18 роторов цилиндров 10 и 11. Промежуточные камеры 9 перед последними ступенями цилиндра 11 соединены с выхлопным патрубком 12 соседнего цилиндра 10 посредством трубопровод 19 с запорным или обратным клапаном 20.

Часть низкого давления паровой турбины работает следующим образом. В случае глубокого прикрытия регулирующего органа 2 (необходимого для снижения электрической или для увеличения тепловой нагрузки турбины) расход пара в цилиндр 11 резко уменьшается и начинается вентиляционный разогрев 4 и 5 групп ступеней и выхлопных патрубков 13 и 14. При этом расход пара через 3 группу ступеней и выхлопной патрубок 12 остается полным и их разогрева не происходит. Это угрожает температурной расцентровкой подшипников 16 и 17, опирающихся на различно нагретые патрубки 12 и 13, и появлением вибрационной неустойчивости ротора. Однако наличие в предложенной части низкого давления паровой турбины трубопровода 19 с запорным клапаном 2, позволяет открыть его и направить холодный пар из выхлопного патрубка 12 в промежуточные камеры 9 перед последними ступенями цилиндра 11, работающими в компрессорном режиме и создающими в камерах более низкое давление (если клапаны 20 обратные, то их открытие производится автоматически). Таким образом вентиляционный разогрев выхлопа и рабочих лопаток цилиндра 11 предотвращается и устраняется появление температурной расцентровки подшипников 16 и 17 и угроза вибрации ротора. С устранением разогрева устраняется и опасность ослабления паяных соединений и обрыва стеллитных пластинок, защищающих лопатки от эрозии без применения менее эффективных методов охлаждения, упомянутых выше.