Двухпоточный цилиндр среднего давления паровой турбины
DOUBLE-FLOW CYLINDER OF MEDIUM PRESSURE IN STEAM TURBINE

Изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и может быть использовано при модернизации действующего оборудования и создании новых турбин.
Известна конструкция паротурбинной установки, имеющей двухпоточный цилиндр с наружным и внутренним корпусом, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потоков и подводом охлаждающего пара от внешнего источника в кольцевую камеру, ограниченную ротором и специальным корпусом с осевыми уплотнениями, расположенными на выходе охлаждающего пара к дискам первых ступеней прямого и обратного потоков (RU 2299332, МПК: F01D 3/02, F01B 5/08, опубликован 20.05.2007).
Недостатком известного устройства является сложная конструкция устанавливаемых уплотнений, возможность местного нагрева вала при задеваниях о них, наличие осевого градиента температур в дисках первых ступеней, что снижает эффективность охлаждения ротора двухпоточного цилиндра.
Известна конструкция двухпоточного цилиндра среднего давления паровой турбины, включающей наружный и внутренний корпусы, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потоков, диафрагму второй ступени прямого потока и диафрагму второй ступени обратного потока, подводящий трубопровод подачи охлаждающего пара от внешнего источника, проходящий через ребро внутреннего корпуса и обойму. В центральной части внутреннего корпуса цилиндра по посадке с опиранием на внутренний корпус цилиндра установлено экранирующее тело. Обойма расположена осесимметрично внутри экранирующего тела и снабжена кольцевыми камерами, соединенными между собой и имеющими отверстия на внутренней и торцевых стенках обоймы. В диафрагмах вторых ступеней прямого и обратного потока выполнены кольцевые камеры и установлены форсунки. В направляющих лопатках диафрагм вторых ступеней обоих потоков выполнены отверстия. Кольцевые камеры в диафрагмах соединены посредством трубопроводов с внешним источником охлаждающего пара (RU 2421622, МПК: F01D 3/02, F01B 5/08, опубликован 20.06.2011).
Это известное техническое решение является наиболее близким к заявленному по совокупности признаков и принято за прототип.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является неширокий диапазон устойчивого направления потока охлаждающего пара, поступающего из отверстий на торцевых и внутренней кольцевой камеры для охлаждения центральной части ротора, при перекосах давления за направляющими лопатками диафрагм прямого и обратного потоков. Расчеты показывают, что если давление, например, за направляющими лопатками первой ступени прямого потока больше на 25 КПа, чем за направляющими лопатками первой ступени обратного потока, то горячий пар из прямого потока устремляется по осевым и радиальному зазору между обоймой и диском ротора первой ступени в сторону обратного потока, смешиваясь с охлаждающим паром и снижая эффективность охлаждения.
Заявленное техническое решение позволяет повысить надежность цилиндра турбины за счет повышения эффективности охлаждения дисков первых ступеней и центральной части ротора. Заявленная конструкция системы охлаждения, при перекосах давления за направляющими лопатками первых ступеней между прямым и обратным потоками до 100 КПа, позволяет надежно охлаждать центральную часть ротора двухпоточных цилиндров и наиболее напряженные диски первых ступеней обоих потоков со стороны паровпуска и со стороны вторых ступеней, при этом снижается ползучесть металла, увеличивается его длительная прочность, в результате чего продлевается ресурс работы ротора. Установка дополнительного трубопровода также позволяет существенно повысить эффективность охлаждения ротора за счет эффекта экранирования, получаемого при установке трубопровода подачи охлаждающего пара в дополнительный защитный трубопровод.
Предложен двухпоточный цилиндр среднего давления паровой турбины, включающий наружный и внутренний корпусы, ротор с дисками и рабочими лопатками проточной части прямого и обратного потоков, направляющие лопатки первых ступеней прямого и обратного потоков, диафрагмы вторых ступеней прямого и обратного потоков, кольцевое экранирующее тело, установленное в центральной части внутреннего корпуса, и обойму, расположенную осесимметрично внутри экранирующего тела и снабженную кольцевыми камерами, соединенными между собой и имеющими отверстия на внутренней и торцевых стенках обоймы, трубопровод подачи охлаждающего пара от внешнего источника в обойму, при этом в диафрагмах вторых ступеней прямого и обратного потоков выполнены кольцевые камеры и установлены форсунки, в направляющих лопатках диафрагм вторых ступеней обоих потоков выполнены отверстия, причем кольцевые камеры в диафрагмах соединены посредством трубопроводов с внешним источником охлаждающего пара, кроме этого в кольцевом экранирующем теле выполнены отверстия для перепуска пара, а трубопровод подачи охлаждающего пара от внешнего источника в обойму установлен в дополнительный защитный трубопровод, закрепленный во внутреннем корпусе.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
Двухпоточный цилиндр среднего давления паровой турбины включает наружный 1 и внутренний 2 корпусы, ротор 3 с диском 4 и рабочими лопатками 5 проточной части прямого потока и с диском 6 и рабочими лопатками 7 обратного потока, направляющие лопатки 8 первой ступени и диафрагму 9 второй ступени прямого потока, направляющие лопатки 10 первой ступени и диафрагму второй ступени 11 обратного потока. Во внутреннем корпусе закреплен трубопровод 12, установленный в дополнительный защитный трубопровод 13, для подачи охлаждающего пара от внешнего источника к обойме 14. В центральной части внутреннего корпуса 2 цилиндра установлено кольцевое экранирующее тело 15. В экранирующем теле 15 выполнены отверстия 16 и 17 для перепуска пара. Обойма 14 расположена осесимметрично внутри экранирующего тела 15 и снабжена кольцевыми камерами 18, 19 и 20, соединенными между собой и имеющими отверстия 21 на внутренней и 22, 23 на торцевых стенках обоймы 14. В диафрагмах вторых ступеней 9 и 11 прямого и обратного потоков выполнены кольцевые камеры 24 и 25 и установлены форсунки 26 и 27. В направляющих лопатках 28 и 29 диафрагм 9 и 11 вторых ступеней обоих потоков выполнены отверстия 30 и 31, соединяющие кольцевые камеры 24 и 25 с форсунками 26 и 27. Кольцевые камеры 24 и 25 в диафрагмах 9 и 11 вторых ступеней обоих потоков соединены посредством трубопроводов 32 и 33 с внешним источником охлаждающего пара.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Охлаждающий пар, отбираемый от внешнего источника, поступает по подводящему трубопроводу 12, расположенному в дополнительном защитном трубопроводе 13. Дополнительный защитный трубопровод 13 уменьшает нагрев подводящего трубопровода 12 с охлаждающим паром и защищает подводящий трубопровод 12 от силового воздействия рабочего пара, повышая его надежность. Охлаждающий пар через экранирующее тело 15 попадает в обойму 14 с кольцевой камерой 18. Далее охлаждающий пар разделяется - часть выходит через отверстия 21 в кольцевой зазор между обоймой 14 и ротором 3, обдувая центральную часть ротора, остальной охлаждающий пар попадает в кольцевые камеры 19 и 20, выходя через отверстия 22 и 23, обдувает торцевые поверхности первых дисков 4 и 6 прямого и обратного потоков со стороны паровпуска. При наличии перепада давления за направляющими лопатками 8 и 10 первых ступеней прямого и обратного потока рабочий горячий пар перетекает через осевые и кольцевые зазоры и отверстия 16 и 17 в кольцевом экранирующем теле 15, не соприкасаясь с поверхностью ротора 3 под обоймой 14. Кроме того, охлаждающий пар, отбираемый так же от внешнего источника, поступает по подводящим трубопроводам 32 и 33 в кольцевые камеры 24 и 25 диафрагм вторых ступеней 9 и 11, проходя через отверстия 30 и 31, которые просверлены в направляющих лопатках 28 и 29, и через форсунки 26 и 27 попадает в кольцевые зазоры между первыми дисками 4 и 6 прямого и обратного потоков и диафрагм вторых ступеней 9 и 11, охлаждая торцевые поверхности дисков 4 и 6 со стороны диафрагм вторых ступеней 9 и 11 прямого и обратного потоков. В результате первые диски 4 и 6 прямого и обратного потоков равномерно обдуваются охлаждающим паром со стороны паровпуска и со стороны диафрагм вторых ступеней 9 и 11, при этом охлаждаются первые диски 4, 6 и центральная часть ротора 3.