СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА В КАМЕРЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
SYSTEM FOR CONTROL OF DIRECTION OF FLOW IN CHAMBER OF REGULATING STAGE OF STEAM TURBINE

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а точнее к паротурбиностроению, и предназначено для повышения эффективности работы первых ступеней давления цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины с сопловым парораспределением.
При сопловом парораспределении впуск пара в турбину управляется несколькими регулирующими клапанами. От каждого клапана пар направляется к самостоятельному сегменту сопел и на рабочее колесо регулирующей ступени (PC). Таким образом, осуществляется парциальный впуск рабочего тела (р.т.) в камеру регулирующей ступени. Открытие клапанов происходит последовательно. В результате такой системы регулирования расхода р.т. перед первой ступенью давления создается неравномерное в окружном и радиальном направлениях поле скоростей [1].
Известен способ снижения неравномерности параметров р.т. перед первой ступенью давления ЦВД, представляющий собой применение в камере регулирующей ступени перфорированного экрана [2]. Данный способ не обеспечивает необходимого распределения параметров р.т. перед ступенью давления при переменных режимах работы паровой турбины, вследствие однозначного положения в окружном направлении перфорационных отверстий.
Наиболее близким техническим средством решения к заявляемому является поворотная диафрагма [3], которая применяется для регулирования расхода р.т. для промышленных и теплофикационных потребителей. Поворотная диафрагма представляет собой сочетание диафрагмы и поворотного кольца, в котором выфрезерованы окна. С помощью сервомотора кольцо поворачивается относительно диафрагмы по заданной программе регулирования. В закрытом положении поворотной диафрагмы окна кольца располагаются напротив сопловых лопаток, и в этом случае пар не проходит, а при повороте кольца проход пара через окна открывается. Таким образом, площадь живого сечения соплового аппарата изменяется и зависит от положения поворотного кольца относительно диафрагмы.
Недостатком является невозможность устанавливать различное сопротивление движению потока р.т. в окружном направлении.
Близким техническим решением к заявляемому является система регулирования параметрами потока р.т. в паровой турбине, содержащая регулирующие клапаны, соединенные со своими сервомоторами, сопловые коробки, каждая со своим сегментом сопел, камеру регулирующей ступени, диафрагму первой ступени давления [4].
Недостатком этой системы является отсутствие регулирования направлением потока р.т. в камере регулирующей ступени. При этом создается неравномерное в окружном и радиальном направлениях поле скоростей, что снижает коэффициент полезного действия первых ступеней давления и ЦВД в целом.
Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы первых ступеней давления ЦВД паровой турбины с сопловым парораспределением путем снижения неравномерности параметров потока р.т. в окружном и радиальном направлениях в камере регулирующей ступени. В частности снижается уровень возмущающих сил и вибрации лопаток, возникающие вследствие неодинакового распределения давления по окружности перед первой ступенью давления.
Поставленная цель достигается тем, что система регулирования направлением потока в камере регулирующей ступени паровой турбины, содержащая регулирующие клапаны, соединенные со своими сервомоторами, сопловые коробки, каждая со своим сегментом сопел, камеру регулирующей ступени, диафрагму первой ступени давления, снабжается системой регулирования направлением потока р.т. в камере регулирующей ступени. Работа системы осуществляется поворотной диафрагмой, содержащей поворотное кольцо, при этом поворотное кольцо разделяется на автономные сегменты, каждый из таких сегментов снабжен собственным сервомотором, рабочее положение которого в свою очередь связывается с определенным положением соответствующего ему регулирующего клапана.
Положение поворотных сегментов кольца относительно диафрагмы определяет проходное сечение соответствующих им групп сопел. Следовательно, в окружном направлении появляется возможность устанавливать различное сопротивление сопловой решетки. Таким образом, устанавливая большее сопротивление напротив активной дуги PC, создаются условия равномерного распределения параметров р.т. в камере регулирующей ступени. Рабочее тело будет стремиться проходить через область наименьшего местного сопротивления. Связь системы регулирования положения сегментов кольца поворотной диафрагмы и системы регулирования расхода р.т. через регулирующие клапаны позволяет создавать оптимальные условия для организации течения р.т. в камере при переменных режимах работы турбины.
Новым в системе регулирования параметрами потока р.т. в паровой турбине является регулирование направлением потока в камере регулирующей ступени через применение поворотной диафрагмы. Принцип влияния поворотной диафрагмы на организацию течения р.т. до сих пор не применялся для уменьшения неравномерности параметров р.т. в камере регулирующей ступени ЦВД.
На фиг.1 представлен общий вид парциального отсека, на фиг.2 - система регулирования направлением потока рабочего тела в камере регулирующей ступени паровой турбины (вид А и вид Б с фиг.1).
Парциальный отсек (фиг.1) содержит сопловую коробку 1, через которую осуществляется подвод р.т. к сегменту сопел 3, рабочее колесо регулирующей ступени 22, корпус 21, камеру регулирующей ступени 23, в которой происходит выравнивание параметров потока р.т. в окружном и радиальном направлениях после парциальной PC. Из камеры р.т. поступает на поворотную диафрагму 24, содержащую поворотное кольцо 5. Система автоматического регулирования (CAP) направлением потока р.т. в камере регулирующей ступени (фиг.2) представлена сопловыми коробками 1, 2, подающими пар к сегментам сопел 3, 4. Управление расходом р.т. осуществляется регулирующими клапанами 7, 8, приводом которых служит система золотников 13, 14 и сервомоторов 9, 10. При помощи рычажных связей система управления регулирующими клапанами связана с системой регулирования положения поворотных сегментов 5, 6. Поворот сегментов 5, 6 производится через систему золотников 15, 16 и сервомоторов 11, 12.
Система регулирования направлением потока в камере регулирующей ступени паровой турбины осуществляется следующим образом (фиг.1. и фиг.2). Для удобства и наглядности изложения принципа действия предлагаемой системы рассматривается простой случай, когда применяются два регулирующих клапана 7, 8 и соответствующие им два поворотных сегмента 5, 6.
При проектировании ЦВД паровой турбины в первой ступени давления устанавливается поворотная диафрагма с двумя поворотными сегментами 5, 6. Система регулирования паровой турбины снабжается дополнительной системой связи регулирующих клапанов с сервомоторами поворотных сегментов (фиг.2).
При работе паровой турбины на расчетном режиме установлена оптимальная степень парциального впуска р.т. При этом в полностью открытом положении находятся оба регулирующих клапана 7, 8. Поворотные сегменты 5, 6 ступени давления занимают оптимальное положение с перекрытием проходного сечения соответствующих им групп сопел для равномерного распределения параметров р.т. в окружном направлении в камере. Сопротивление области расположения поворотных сегментов 5, 6 оказывается большим сопротивления полноподводной области сопловой решетки 20 ступени давления. Поток р.т. начинает быстрее заполнять безрасходную область 19 за PC и равномерно распределяться в окружном и радиальном направлениях, что важно для эффективной и надежной работы ступени давления. При необходимости уменьшить расход р.т. на турбину подается сигнал 17 от CAP на закрытие клапана 8 через систему золотник-сервомотор 10, 14. Одновременно по рычажным связям срабатывает система золотник-сервомотор 11, 15, которая приводит во вращение левый поворотный сегмент 5 на открытие проходного сечения сопловой решетки ступени давления. Сопротивление сопловой решетки ступени давления в области расположения левого поворотного сегмента 5 оказывается аналогичным сопротивлению полноподводной области. Большее сопротивление остается в области правого поворотного сегмента 6. Таким образом, поток р.т. будет эффективнее заполнять новую безрасходную область 19. При необходимости значительного снижения расхода р.т. от CAP подается сигнал 18 на закрытие клапана 7. В этом случае дополнительная система регулирования взаимодействия регулирующих клапанов и сервомоторов поворотных сегментов сработает аналогично вышеизложенному при сигнале 17. Таким образом, при изменении режимов работы турбины через систему регулирования направлением потока р.т. обеспечивается оптимальная настройка положения поворотных сегментов для равномерного распределения параметров р.т. в камере регулирующей ступени.
Предлагаемая система регулирования направлением потока р.т. в камере регулирующей ступени через применение поворотной диафрагмы позволяет повысить эффективность и надежность парциального отсека паровой турбины путем улучшения организации течения р.т. в камере регулирующей ступени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: Учеб. для вузов. В 2 кн. КН. 1. - 6-е изд., перераб., доп. и подгот. к печати Б.М.Трояновским. - М.: Энергоатомиздат, 1993, с.169, рис.8.7.
2. Снижение неравномерности параметров потока при входе в сопловой аппарат первой нерегулируемой ступени паровой турбины с сопловым парораспределением. / А.Е.Зарянкин, Н.А.Зройчиков, С.В.Арианов [и др.]. // Теплоэнергетика. - 2006. - №11 - С.4-9.
3. Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: Учебное пособие для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2002, с.99, рис.3.46.
4. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.399, рис.7.27. Там же с.400, рис.7.28.