Совмещенный цилиндр высокого и среднего давления паровой турбины

Область техники
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, может быть использована при проектировании новых мощных паровых турбин, в том числе для энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара.
Уровень техники
Известен принятый в качестве прототипа патентуемой полезной модели совмещенный цилиндр высокого и среднего давления паровой турбины, содержащий общий ротор и общий корпус с расположенными в средней части последнего соответствующими пароподводами и направленными в разные стороны от них проточными частями соответствующих турбинных ступеней, а также расположенный на границе между зонами высокого и среднего давления разделительный узел с лабиринтным уплотнением между корпусом и ротором (SU 1831578, F01D 25/26, 1993, [1]).
Согласно [1] лабиринтное уплотнение является единственным уплотнительным средством, разделяющим зоны пароподводов высокого и среднего давления указанного цилиндра. Недостатком такого технического решения является то, что лабиринтное уплотнение, уменьшая перепад давления только за счет дросселирования пара, не может существенно снизить перепад температур ротора в зоне пароподводов высокого и среднего давления, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках ротора и может привести к его поломке или деформации. Кроме того, дросселирование пара в лабиринтном уплотнении приводит к потере некоторой части его потенциально полезной энергии с соответствующим уменьшением мощности турбины. Данные недостатки особенно неблагоприятно должны сказываться в турбинах, работающих с ультрасверхкритическими параметрами пара.
Раскрытие полезной модели
Задачей патентуемой полезной модели является улучшение условий работы ротора, расположенного в совмещенном цилиндре высокого и среднего давления, а техническим результатом - наряду со снижением перепада давлений существенное уменьшение разности температур участков ротора в зоне пароподводов высокого и среднего давления. Дополнительным техническим результатом патентуемой полезной модели является увеличение мощности турбины.
Решение указанной задачи путем достижения указанного технического результата обеспечивается тем, что в совмещенном цилиндре высокого и среднего давления паровой турбины, содержащем общий ротор и общий корпус с расположенными в средней части последнего пароподводами соответствующего давления и направленными в разные стороны от них проточными частями соответствующих турбинных ступеней, а также расположенный на границе между зонами высокого и среднего давления разделительный узел с лабиринтным уплотнением зазора между ротором и корпусом, согласно полезной модели лабиринтное уплотнение расположено на концевых участках указанного зазора, а в средней части последнего разделительный узел снабжен по меньшей мере одной осевой турбинной ступенью с сопловыми и рабочими лопатками.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков патентуемой полезной модели и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Установка в средней части зазора между корпусом и ротором в разделительном узле осевых турбинных ступеней с сопловыми и рабочими лопатками позволяет за счет совершения работы в указанных ступенях существенно снизить до приемлемого уровня разницу температур ротора в зонах пароподводов высокого и среднего давлений, а расположение лабиринтных уплотнений на концевых участках указанного зазора корректирует расход пара и обеспечивает возможность дополнительного выравнивания до требуемого уровня давлений пара в указанных зонах пароподводов. Дополнительный технический результат увеличения мощности турбины обеспечивается за счет совершения (как уже отмечалось) работы перетекающим между указанными зонами пароподводов паром в указанных осевых турбинных ступенях.
Краткое описание фигур чертежа
На фиг. 1 схематически изображена в продольном разрезе средняя часть совмещенного цилиндра высокого и среднего давлений с разделительным узлом между зонами пароподводов; на фиг. 2 - участок iS-диаграммы с изображением процесса расширения пара на двух участках лабиринтного уплотнения и осевых турбинных ступенях зазора между корпусом и ротором в указанном разделительном узле.
Условные обозначения
ВД - высокое давление;
ЛУ - лабиринтное уплотнение;
РУ - разделительный узел;
СД - среднее давление.
Перечень позиций чертежа
10 - общий ротор; 20 - корпус совмещенного цилиндра высокого и среднего давления; 30 и 40 - турбинные ступени соответственно высокого и среднего давления; 50 - разделительный узел; 51 - зазор между корпусом и ротором в разделительном узле; 511 и 512 - лабиринтное уплотнение на концевых участках зазора разделительного узла; 513 и 514 - соответственно сопловые и рабочие лопатки турбинных ступеней разделительного узла.
Осуществление полезной модели
Совмещенный цилиндр высокого (ВД) и среднего (СД) давлений паровой турбины согласно патентуемой полезной модели содержит (фиг. 1) общий ротор 10 и общий корпус 20 с расположенными в средней части последнего соответствующими пароподводами (ПП) 21 ВД и ПП 22 СД и направленными в разные стороны от них проточными частями, образуемыми сопловыми и рабочими лопатками соответствующих турбинных ступеней 30 и 40. На границе между зонами ВД и СД расположен разделительный узел (РУ) 50 с зазором 51 между корпусом и ротором. На концевых участках указанного зазора установлено лабиринтное уплотнение соответственно 511 и 512, а в его средней части установлены в данном примере две осевые турбинные ступени с сопловыми и рабочими лопатками соответственно 513 и 514.
Работа совмещенного цилиндра ВД и СД паровой турбины согласно полезной модели осуществляется следующим образом.
Пар высокого давления из главного паропровода (не показан) и пар среднего давления из паропровода после промежуточного перегрева (не показан) подается в общий корпус 20 совмещенного цилиндра через расположенные в его средней части пароподводы (ПП) соответственно 21 ВД и 22 СД и поступает в направленные в разные стороны от них проточные части соответствующих турбинных ступеней 30 и 40. При этом из-за наличия перепада давления между зонами указанных пароподводов часть пара высокого давления проходит через зазор 51 между корпусом и ротором в разделительном узле РУ 50. В указанном РУ 50 пар проходит сначала первый участок 511 лабиринтного уплотнения, где осуществляется дросселирование пара. Затем в средней части РУ 50 пар проходит (для данного примера) две осевые турбинные ступени с сопловыми и рабочими лопатками соответственно 513 и 514, где расширяется со снижением температуры за счет совершения работы по созданию дополнительного крутящего момента ротора 10. В последней части РУ 50 пар дополнительно дросселируется во втором участке 512 лабиринтного уплотнения. Ход процесса дросселирования и расширения пара в зазоре 51 РУ 50 проиллюстрирован для конкретного примера на iS-диаграмме (фиг. 2), где линией а обозначено дросселирование пара на 1-ом участке 511 лабиринтного уплотнения, линией b - расширение пара в двух осевых турбинных ступенях с сопловыми и рабочими лопатками соответственно 513 и 514, линией c - завершающее дросселирование пара на 2-ом 512 лабиринтном уплотнении. Как уже отмечалось наличие турбинных ступеней в указанном РУ обеспечивает также выработку паровой турбиной дополнительной мощности.
Промышленная применимость
Совмещенный цилиндр высокого и среднего давлений паровой турбины согласно патентуемой полезной модели отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области теплоэнергетики.