ВВОД ПАРА В БАЙПАСЕ
STEAM INPUT IN THE BYPASS

Изобретение относится к байпасной паровой системе для введения потока высокоэнергетического пара в конденсатор, содержащий компоновку для выравнивания потока, причем компоновка имеет корпус, выполненный для ограничения потока, причем корпус имеет отверстия, через которые поток протекает в виде струи в пространстве вне корпуса.
В паротурбинных установках пар создается в так называемом парогенераторе и подводится по трубопроводам к паровой турбине. Тепловая энергия пара преобразовывается в паровой турбине в механическую энергию вращения. При этом давление и температура пара уменьшаются. После протекания пара через паровую турбину пар поступает при сравнительно низких температурах и низком давлении в конденсатор, причем пар конденсируется в нем на охлаждающих трубопроводах конденсатора и снова превращается в воду.
Известны способы эксплуатации, например байпасный режим, при котором высокоэнергетический пар непосредственно направляется в конденсатор. В частности, высокоэнергетический пар, характеризующийся высокой температурой и высоким давлением, непосредственно протекает в конденсатор. Поэтому необходимы особенные меры предосторожности, чтобы не повредить конденсатор. Может случиться так, что последующее расширение пара, также связанное с расширением струи, приведет в конденсаторе, за байпасным впуском пара к сверхзвуковому или в зависимости от градиента – к локальному сверхзвуковому полю течения. Скорость пара зависит от величин давления в конденсаторе и на вводе пара в байпасе. Чем больше перепад давлений между конденсатором и давлением на вводе пара в байпасе, тем выше максимальная скорость потока.
При байпасном режиме эксплуатации должны соблюдаться, по существу, три критерия для надежной эксплуатации, несущей с собой, помимо этого, наименьшие повреждения. Таким критерием является, с одной стороны, то, что пар подается в конденсатор, без активного прохождения пара через ротор паровой турбины или приведения ее в движение. С другой стороны, ввод пара в байпас должен выполняться таким образом, чтобы он не повреждал охлаждающие трубы при прикладывании недопустимо высоких скоростей пара. Наконец, нужно обращать внимание на следующий критерий: так как пар охлаждается перед введением в конденсатор за счет впрыскивания воды, а вода может присутствовать в виде капель или влажности пара, необходимо, кроме того, обеспечивать, чтобы капельное насыщение не приводило к эрозионным повреждениям в конденсаторе или турбине.
Таким образом, вышеуказанные критерии сказываются на конструкции введения пара, подающей байпасный пар в конденсатор при заданном давлении в конденсаторе при наименьшей скорости потока и не оказывающей отрицательного воздействия на целостность турбины и конденсатора.
Поэтому известна подача байпасного пара, проходящего через перфорированный короб. Перфорированный короб отличается корпусом, имеющим отдельные отверстия, через которые проходит байпасный пар. При этом пар поступает после перфорированного короба в открытое пространство купола конденсатора, часто снабженное элементами жесткости различной геометрии.
Так называемые "разгрузочные трубы" представляют собой альтернативу перфорированному коробу. Они также выполнены для направления байпасного пара в конденсатор. Разгрузочная труба отличается подобным трубе корпусом, также имеющим отверстия, через которые байпасный пар проходит в конденсатор.
Однако при обеих компоновках следует обеспечивать (перфорированный короб и разгрузочную трубу), чтобы пар не проходил ни непосредственно в направлении труб конденсатора, ни в направлении турбины для предотвращения возможных повреждений в системе охлаждающих труб конденсатора и в лопаточной системе турбины.
Проблемой является эрозия. Поскольку вследствие газодинамически обусловленного разрыва струи в большей части может возникнуть сверхзвуковой поток, не всегда полностью возможно исключить обусловленные эрозией повреждения в конденсаторе. Эрозия возникает, в то время, как капли воды ускоряются до высокой скорости и падают в нем на вставные детали. Эти повреждения можно минимизировать, в частности, используя эрозионностойкие материалы, что требует больших затрат, однако, позже в случае сервисного ремонта может приводить к восстановлению конденсатора.
Прежние конфигурации перфорированных коробов и разгрузочных труб такие, что может происходить последующее расширение, с объединением струй из отдельных отверстий, называемых дроссельными отверстиями, а вследствие этого – в большую когерентную область со сверхзвуковым потоком, в которой потенциально существует опасность повреждения. Так как рассеивание струи проходит, по существу, только на крае струи, глубина проникновения струи в этом случае также очень большая. В случае перфорированного короба этот участок может простираться вплоть до находящейся напротив стенки конденсатора. Здесь изобретение решает указанную проблему.
Задача изобретения – предоставить байпасную паровую систему с компоновкой, минимизирующей опасность эрозии. Это осуществляется посредством оптимальной компоновки отверстий, с помощью которой можно предотвращать объединение отдельных струй.
Вследствие этого участок, на котором может рассеиваться энергия струй, многократно увеличивается, а благодаря этому многократно уменьшается глубина проникновения.
Поэтому задача решается с помощью байпасной паровой системы для введения потока высокоэнергетического пара в конденсатор, содержащий компоновку для выравнивания потока, причем компоновка имеет корпус, выполненный для ограничения потока, причем корпус имеет отверстия, через которые поток поступает в виде струи в пространство снаружи корпуса, причем расстояние D отверстий такое, что на расстоянии A от корпуса не происходит объединения выходящих из двух соседних отверстий струй, причем D ꞊ A, причем расстояние D, – двух соседних центров отверстий, составляет по меньшей мере D ꞊ 50 мм.
Компоновкой является в одном случае перфорированный короб, а в другом случае – разгрузочная труба. Расстояние D двух соседних центров отверстий составляет по меньшей мере 50 мм. Это значение было определено эмпирически и представляет собой оптимальное значение. При этом значении, равном 50 мм, расстояние между отдельными отверстиями и конфигурациями отверстий таково, что при этом не может происходить объединения струи ни в какой рабочей точке. Это минимизирует опасность эрозии.
Предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения предоставлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В частности, первый предпочтительный усовершенствованный вариант представлен в том, что отверстия выполнены в виде отклоняющегося от круглого поперечного сечения отверстия. При этом отношение периметра отверстия к поперечному сечению отверстия должно увеличиваться, чтобы также увеличивался край струи.
В предпочтительном усовершенствованном варианте отверстие может быть выполнено в форме листа клевера. При такой форме соотношение периметра отверстия к поперечному сечению отверстия максимально увеличено и ведет к дальнейшему усовершенствованию.
В другом предпочтительном усовершенствованном варианте, согласно изобретению, предлагается выполнять отверстия в форме сопла Лаваля. Вследствие этого достигают эффекта, что расширение до сверхзвука неконтролируемо не проходит или происходит после отверстия. При сопле Лаваля имеет место контролируемое расширение до давления конденсатора. Предотвращается разрыв струи и, вследствие этого, уменьшается максимальный диаметр струи. Благодаря этому можно уменьшить по меньшей мере расстояние, которое нужно выдерживать между отверстиями и, тем самым, уменьшить также весь монтажный объем.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения становятся яснее и более понятными в связи с дальнейшим описанием примеров исполнения, более детально разъясняемых в связи с чертежами.
При этом идентичные конструктивные элементы или конструктивные элементы с одинаковым функционированием обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Примеры исполнения изобретения описываются далее со ссылкой на чертежи. Они не должны соразмерно изображать примеры исполнения, при этом чертежи, служащие для разъяснения, выполнены в схематическом и/или несколько искаженном виде. В отношении дополнений к непосредственно узнаваемым на чертежах технических решений делается ссылка на соответствующий уровень техники.
На чертежах представлено следующее:
Фигура 1. Перспективное изображение элемента конденсатора.
Фигура 2. Увеличенное изображение элемента по фигуре 1.
Фигура 3. Схематическое изображение альтернативного варианта исполнения изобретения компоновки.
Фигура 4. Увеличенное изображение предложенной согласно изобретению компоновки.
Фигура 5. Перспективное изображение элемента компоновки.
Фигура 6. Перспективное изображение альтернативного варианта исполнения изобретения элемента компоновки.
Фигура 7. Вид поперечного сечения элемента компоновки.
Фигура 8. Вид сверху элемента компоновки.
На фигуре 1 показан конденсатор 1. Конденсатор 1 содержит корпус 2 конденсатора и трубы 3 конденсатора. Через трубы 3 конденсатора протекает охлаждающая среда. На поверхности труб 3 конденсатора пар, подведенный в корпус 2 конденсатора из парциальной турбины низкого давления, конденсируется в воду. Подвод пара из парциальной турбины низкого давления в конденсатор 1 на фигуре 1 детально не изображен.
В байпасном режиме эксплуатации пар протекает с высокой энергией c помощью байпасной паровой системы, с помощью байпасного трубопровода 4 через корпус 2 конденсатора в компоновку 5, в этом случае являющуюся перфорированным коробом 6. Внутри конденсатора 1 расположены элементы 7 жесткости. Компоновка 5 содержит корпус 8, выполненный для ограничения потока из байпасного трубопровода 4.
Корпус 8 имеет отверстия 9. Компоновка 5 и корпус 8 выполнены так, что пар из байпасного трубопровода 4 может протекать только через отверстия 3 во внутреннюю полость конденсатора, а истечение пара между корпусом 8 и корпусом 2 конденсатора невозможно.
На фигуре 3 показан альтернативный вариант исполнения компоновки 5. В изображенном на фигуре 3 варианте исполнения компоновка 5 выполнена в виде разгрузочной трубы 10. Разгрузочная труба 10 также имеет корпус 8, в котором расположены отверстия 9.
На фигуре 6 показано увеличенное изображение элемента компоновки, которая может быть выполнена в виде перфорированного короба 6 или в виде разгрузочной трубы 10. На фигуре 6 виден элемент корпуса 8. Кроме того, на фигуре 6 изображены несколько отверстий 9. Центры 13 отверстия двух соседних отверстий 9 имеют друг от друга расстояние 11. Это расстояние 11 такое, что протекающая через отверстие 9 струя взаимно не соединяется. Поэтому расстояние 11 должно составлять по меньшей мере 50 мм.
На фигуре 5 показан альтернативный вариант исполнения отверстия 9a. Отверстие 9a выполнено в форме листа клевера. При этом соотношение периметра отверстия и поперечного сечения отверстия оптимально.
На фигуре 7 показан вариант исполнения отверстия 9. При этом отверстие 9 выполнено в форме сопла Лаваля. Поток 12 происходит слева направо.
На фигуре 8 показано изображение расстояний 11 двух соседних отверстий 9. Центр 13 отверстия обозначен крестом. Для наглядности только четыре центра отверстия снабжены ссылочной позицией 13.