Регулятор расхода пара для турбин с промышленным и теплофикационным отборами
STEAM FLOW RATE CONTROLLER FOR TURBINES WITH INDUSTRIAL AND THERMAL EXTRACTION EFFUSES

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и предназначена для повышения надежности и экономичности органов, регулирующих расход пара, идущего для промышленных целей и целей теплофикации.
Известные регуляторы расхода пара наиболее часто используемые в турбинах указанного типа представляют собой поворотную диафрагму с дискретным числом окон для прохода пара, которая устанавливается перед сопловым аппаратом после отборной ступени.
Типичная конструкция такого устройства приведена на фигуре 1, 2, 3 [1, 2] (Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.Ю. Култнинов и др. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода. (3-е издание), Екатеринбург «Априо» 2106. Булкин А.Е. Автоматическое регулирование энергоустановок. Издательский дом МЭИ 2009 г.) где приняты следующие обозначения:
На фигуре 1
1 - диафрагма соплового аппарата;
2 - сопловой аппарат;
3 - поворотная диафрагма;
4 - окна поворотной диафрагмы;
5 - полукольцо разгрузки
6 - рабочие лопатки ступени.
На фигурах 2
4 - окна поворотной диафрагмы;
7 - решетка профилей соплового аппарата;
8 - перегородки между окнами поворотной диафрагмы, выполненные со стороны входа пара в виде входных частей профилей сопловых решеток профилей.
Приведенное устройство работает следующим образом.
На полном открытии перегородки 8 поворотной диафрагмы 3 совмещаются с входным срезом сопловых решеток 2 (фигура 2), в результате чего образуются плавные профили указанных решеток с минимальным значением потерь энергии, так как окна 4 поворотной диафрагмы 3 в этом ее положении являются естественной частью межлопаточных каналов соплового аппарата.
При повороте диафрагмы 3 ситуация меняется, так как перегородки 8 начинают перекрывать входное сечение сопловой решетки 7 и в закрытом положении перегородки 8 в поворотной диафрагме полностью перекрывают вход пара в каналы сопловой решетки профиля (фигура 2). В результате при частичном перекрытии канала сопловой решетки не только уменьшается площадь входа пара в решетку 7, но при этом нарушается плавность межлопаточных каналов, что ведет к увеличению потерь энергии и нарушает окружную равномерность потока, что является причиной возникновения периодической окружной неравномерности поля скоростей перед рабочими лопатками 6 ступени. По мере увеличения угла поворота диафрагмы 3 отрицательное влияние отмеченных факторов на процесс преобразования энергии в турбинной ступени до некоторого угла поворота диафрагмы 3 нарастает и нарастает уровень динамических нагрузок, действующих на рабочие лопатки таких ступеней, вызванных нарастанием окружной периодической неравномерности поля скоростей за сопловой решеткой ступени. Последнее обстоятельство неизбежно снижает надежность работы всей турбины.
Таким образом, недостатками прототипа являются сильное увеличение потерь энергии в послеотборной и последующих ступенях турбины при сниженных расходах пара через эти ступени и происходит снижение надежности работы ступеней, расположенными за камерами отбора пара из проточной части турбины. Кроме того усилие, необходимое для поворота диафрагмы пропорционально давлению пара в камере отбора и в случае промышленного отбора пара необходимо вводить разгрузку поворотной диафрагмы от паровой нагрузки.
Отмеченные недостатки полностью устранены в рассмотренном далее регуляторе расхода пара, продольный разрез которого приведен на фигуре 3, где приняты следующие обозначения:
На фигуре 3
1 - диафрагма соплового аппарата;
2 - решетка профилей соплового аппарата;
8 - корпус регулятора расхода;
9 - окна для прохода пара в корпусе регулятора расхода;
10 - поворотное кольцо;
11 - окна для прохода пара в поворотном кольце;
12 - торцевая стенка регулятора расхода пара;
13 - внутренний торцевой фланец корпуса регулятора расхода;
14 - наружный торцевой фланец корпуса регулятора расхода
15 - паровая камера перед сопловой решеткой профилей.
На фигуре 4 схематически показано положение окон и перегородок между поворотным кольцом 10 и корпусом регулятора расхода 8 в закрытом состоянии, где использованы следующие обозначения:
16 - перегородки между окнами поворотного кольца;
17 - перегородки между окнами корпуса регулятора расхода пара.
1
0
Регулятор расхода пара состоит из корпуса 8, который своим внутренним фланцем 13 крепится к диафрагме 1. На цилиндрической части корпуса выполнен ряд окон 9 для прохода пара, суммарная площадь которых F должна быть не менее 30% от торцевой площади F решетки профилей 2. На внешней цилиндрической части корпуса 8 устанавливается поворотное кольцо 10 с окнами 11. Их число и форма полностью совпадает с формой и числом окон 9 на цилиндрической части корпуса 8.
К корпусу 8 крепится торцевая стенка 12, образующая замкнутую паровую камеру 15 перед сопловым аппаратом 2 рассматриваемой ступени турбины, где и происходит выравнивание всех параметров пара перед входом в сопловой аппарат ступени. Устройство работает следующим образом.
В конденсационном режиме работы турбины при отсутствии отбора пара окна 11 на поворотном кольце 10 полностью совпадает с окнами 9 на корпусе 8 регулятора расхода и пар при минимальном сопротивлении проходит в камеру 15 и далее поступает при равномерном поле скоростей в сопловой аппарат ступени.
При выполнении отбора пара на теплофикацию или на промышленный отбор система регулирования поворачивает кольцо 10 и происходит частичное перекрытие окон 9 перегородками 16 поворотного кольца 10 (фигура 4), сокращая тем самым расход пара к сопловому аппарату 2. Меняя степень перекрытия окон 9 на корпусе регулятора, оказывается возможным менять расход пара в послеотборный отсек турбины практически от 0 до максимального значения при сохранении почти равномерного поля скоростей перед сопловым аппаратом послеотборной ступени при минимальном изменении потерь энергии в сопловой решетке и минимальных значениях динамических нагрузок на рабочих лопатках.
Важным достоинством предлагаемого регулятора расхода в отличии от прототипа является независимость силы, необходимой для привода поворотного кольца 10 и давления пара в камере отбора.
Таким образом, предлагается новый регулятор расхода пара преимущественно для паровых турбин с промышленным или теплофикационным отборами пара, содержащий диафрагму с сопловым аппаратом, корпус регулятора расхода пара, поворотное регулирующее кольцо, отличающееся тем, что регулирующий орган (поворотное кольцо), содержащий окна для прохода пара, площадь которых не менее 30% от торцевой площади сопловой решетки, располагается на внешней цилиндрической поверхности корпуса регулятора расхода пара, имеющего ответные окна того же размера, той же конфигурации, что и окна на поворотном кольце, а съемная торцевая стенка корпуса регулятора образует специальную камеру, выравнивающую все параметры пара и поле скоростей перед входным сечением соплового аппарата послеотборной ступени паровой турбины.
Использованные источники
1. Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.А. Гольдберг, Л.С.Иоффе, В.В. Кортенко, В.Б. Новоселов, Ю.А. Сахнин «Паровые турбины и турбоустановки уральского турбинного завода»; под общей редакцией проф., д.т.н. Ю.М. Бродова и к.т.н. В.В. Кортенко; 2-е изд., переработанное и дополненное. Екатеринбург: «Априо», 2010. 488 с.
2. А.Е. Булкин. Автоматическое регулирование паровых турбин. Издательский дом МЭИ, 2012.