ПАРОВАЯ ТУРБИНА С УСТРОЙСТВОМ ОХЛАЖДЕНИЯ
STEAM TURBINE WITH COOLING DEVICE

Изобретение относится к турбомашине, включающей в себя ротор, размещенный вокруг ротора внутренний корпус, а также размещенный вокруг внутреннего корпуса внешний корпус, причем вокруг области внутреннего корпуса размещена герметизирующая замкнутая оболочка.
Под турбомашиной здесь, в частности, понимается паровая турбина. Паровые турбины разделяются на частичные турбины высокого давления, среднего давления или низкого давления. Однако единого подразделения паровой турбины на упомянутые частичные турбины в настоящее время не существует. Как правило, турбина высокого давления нагружается паром с температурой до 620°С и давлением до 350 бар. Вытекающий из турбины высокого давления пар подогревается в промежуточном (вторичном) перегревателе вновь до температуры до 620°С и затем течет в турбину среднего давления, причем затем пар из турбины среднего давления течет в турбину низкого давления. Как правило, паровые турбины с внутренним корпусом выполняются по так называемому двухоболочному или трехоболочному типу конструкции.
В турбине среднего давления, например, внутренний корпус обтекается отработавшим паром среднего давления. В зависимости от параметров контура циркуляции этот отработавший пар среднего давления может иметь сравнительно низкие температуры, что ведет к сравнительно высокой разности температур между внутренней стенкой внутреннего корпуса и внешней стенкой внутреннего корпуса. Внутренняя стенка внутреннего корпуса нагружается так называемым паром промежуточного перегрева, причем внешняя стенка внутреннего корпуса, как описано выше, обтекается отработавшим паром среднего давления. Так как температуры отработавшего пара среднего давления и пара промежуточного перегрева сравнительно различны, это приводит к различным термическим напряжениям внутреннего корпуса. Высокие разности температур приводят к недопустимо большим напряжениям, например, на винтах на линиях стыка и на внутреннем корпусе, что может привести к повышенным упругим и/или пластичным деформациям корпуса.
Чтобы предотвратить эти деформации корпуса, в настоящее время является общепринятым окружать внутренний корпус стальными листами, чтобы избегать непосредственного обтекания внешней поверхности внутреннего корпуса отработавшим паром среднего давления. Такая оболочка часто называется теплозащитной оболочкой или тепловым экраном и размещается вокруг всего внутреннего корпуса. Чтобы получить сравнительно равномерные окружающие условия, температурные распределения и равномерные или незначительные скорости потока отработавшего пара среднего давления на поверхности внутреннего корпуса, теплозащитная оболочка выполняется таким образом, что возникают зазоры между теплозащитной оболочкой и внутренним корпусом. Кроме того, в теплозащитной оболочке располагаются дополнительные отверстия, чтобы обеспечить возможность течения отработавшего пара среднего давления через теплозащитную оболочку.
При этом недостатком является то, что фактические условия внутри теплозащитной оболочки едва ли могут изменяться. Это означает, что фактические условия не могут быть согласованы с требованиями внутреннего корпуса. Здесь было бы желательным иметь возможность устанавливать температуру внутри теплозащитной оболочки. Это означает, что целенаправленное повышение или снижение температуры внутри оболочки было бы предпочтительным.
Так, из DE2049430 (А1) известен сварной цилиндр низкого давления двухпоточной паровой турбины, содержащей ротор, внутренний корпус и внешний корпус, размещенный вокруг внутреннего корпуса, причем внутренний корпус окружает конструкцию, которую заключают во внешнюю конструкцию. Конструкция внутреннего корпуса (2) предназначена для отбора пара из проточного канала и для его последующего отвода через кольцевую камеру.
Задачей изобретения является усовершенствовать турбомашину таким образом, чтобы можно было избежать недопустимых разностей температур во внутреннем корпусе.
Эта задача решается посредством турбомашины, содержащей ротор, размещенный вокруг ротора внутренний корпус, а также размещенный вокруг внутреннего корпуса внешний корпус, причем вокруг области внутреннего корпуса размещена герметизирующая замкнутая оболочка, причем оболочка имеет приток (приточный канал) для притекания пара и выпуск (выпускной канал) для вытекания находящегося в оболочке пара, и приточный канал включает в себя кольцевой канал.
С помощью изобретения тем самым предложен путь, которым обеспечивается возможность целенаправленного потока пара в область оболочки. Посредством массового протекания пара в область оболочки можно изменить температуру в этой области. Это означает, что для различных рабочих условий, при которых внутри внутреннего корпуса могут возникать различные температуры, можно изменять температуру на внешней поверхности внутреннего корпуса.
Тем самым можно изменить рабочие условия снаружи внутреннего корпуса, под чем в принципе понимается область, которая примыкает к внешней поверхности внутреннего корпуса. Другое преимущество изобретения состоит в том, что во время процесса пуска или процесса отключения могут устанавливаться температуры на внешней поверхности внутреннего корпуса, за счет чего может устанавливаться градиент температур на внутреннем корпусе, который приводит к тому, что предотвращаются недопустимо большие напряжения на винтах на линиях стыка и на внутреннем корпусе.
При этом кольцевой канал размещен вокруг оболочки. Предпочтительным образом реализуется сквозной кольцевой канал, то есть через внешний подводящий трубопровод пар подается в кольцевой канал, и этот пар в кольцевом канале полностью окружает оболочку и через отверстия гарантирует приток пара в пространство внутри оболочки. В альтернативной форме выполнения является возможным разделить кольцевой канал на две части кольца, причем одна часть кольцевого канала может соответствовать нижней части внутреннего корпуса, а вторая часть кольцевого канала - верхней части внутреннего корпуса. В общем случае при этом для каждой части кольцевого канала могут быть предусмотрены соответственно отдельные подводящие трубопроводы. Чтобы получить гибкую подачу пара, могут, разумеется, несколько приточных каналов вести к кольцевому каналу.
Предпочтительные варианты выполнения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Так, является предпочтительным, если оболочка выполнена из листового металла. Это является особенно благоприятной и быстро создаваемой возможностью достичь целей изобретения. В особенности, здесь может использоваться листовая сталь. Разумеется, температурные условия в турбомашине должны быть таковы, чтобы листовой металл или листовая сталь могли использоваться. В особенности, следует обращать внимание на то, чтобы температуры отработавшего пара среднего давления не приводили к повреждениям на листовом металле или листовой стали.
В другом предпочтительном варианте осуществления оболочка выполнена герметизирующей по отношению к внутреннему корпусу. Это имеет преимущество, состоящее в том, что никакой пар, который течет в оболочку, не вытекает снова неконтролируемым образом. Тем самым условия внутри оболочки можно лучше устанавливать внешним образом. Первая возможность устанавливать внешним образом условия состоит в том, чтобы просто расход пара устанавливать посредством вентиля. Другая возможность изменять условия состоит в том, чтобы варьировать температуру пара.
Приток пара во внутреннее пространство оболочки реализуется через отверстия, в особенности радиальные отверстия. За счет расположения, величины и числа отверстий может достигаться целенаправленный, равномерный приток в пространство оболочки.
В другом предпочтительном варианте осуществления оболочка расположена в области впускной зоны. Как раз в частичных турбинах среднего давления впускная зона является наиболее сильно термически нагруженной областью. Это означает, что как раз в этой области внутренний корпус термически недопустимо нагружается. Зона отработавшего пара внутреннего корпуса по отношению к этому сравнительно мало термически нагружена. Поэтому окружение оболочкой всего внутреннего корпуса не требуется. Скорее целесообразно окружить оболочкой только области, которые термически особенно нагружены и где следует избегать недопустимого градиента температур между внутренней поверхностью внутреннего корпуса и внешней поверхностью внутреннего корпуса. Этой областью является как раз впускная зона, из-за чего в этом предпочтительном варианте осуществления предлагается окружить оболочкой как раз эту впускную зону.
В другом предпочтительном варианте осуществления отток (выпускной канал) имеет несколько радиальных отверстий в оболочке. Тем самым является возможным легко отводить исходящий из оболочки пар, который, разумеется, имеет другие термодинамические параметры, такие как температура и давление, чем втекающий в оболочку пар. За счет расположения, величины и числа отверстий может достигаться целенаправленный, равномерный отток из оболочки.
В другом предпочтительном варианте осуществления между оболочкой и внутренним корпусом может располагаться уплотнительная прокладка (16), расширяемая за счет тепла. Паровые турбины, как правило, непрерывно нагружаются паром, что приводит к равномерному температурному распределению внутри паровой турбины. В общем случае существуют рабочие условия, как, например, пуск и разгон паровой турбины, при которых возможны различные тепловые расширения различных компонентов паровой турбины. В частности, оболочка, изготовленная из листового металла, может иметь тепловое расширение иное, чем у внутреннего корпуса, что может привести к перекосу оболочки или к нежелательному зазору между оболочкой и внутренним корпусом. С помощью уплотнительной прокладки (16), расширяемой за счет тепла, этот нежелательный эффект может быть устранен.
Кроме того, в предпочтительном варианте в оболочке выполнено несколько приточных каналов, распределенных по периметру.
Изобретение поясняется с помощью Фиг.1 и 2 более подробно.
На чертежах показано следующее:
Фиг.1 - вид поперечного разреза в радиальном направлении паровой турбины;
Фиг.2 - вид поперечного разреза частичной турбины среднего давления.
На Фиг.1 показан вид поперечного разреза в осевом направлении турбины 11 среднего давления. Турбина 11 среднего давления содержит внутренний корпус 6, выполненный по существу вращательно симметричным относительно оси вращения 12, причем внутренний корпус 6 состоит из верхней части 6а внутреннего корпуса и нижней части 6b внутреннего корпуса. Верхняя часть 6а внутреннего корпуса соединена с нижней частью 6b внутреннего корпуса через фланец 13 и винты, детально не показанные на чертеже. Ради наглядности чертежа, другие компоненты, такие как, например, ротор 14, подробно не изображены.
Вокруг внутреннего корпуса 6 размещен внешний корпус 15. Для термического экранирования вокруг внутреннего корпуса 6 размещена оболочка 1. Оболочка 1 может быть выполнена из листовой стали и может размещаться над уплотнительными прокладками 16, расширяемыми за счет тепла, на внутреннем корпусе 6. В процессе работы в камере 9 отработавшего пара находится отработавший пар среднего давления, который по сравнению со свежим паром, втекающим в паровую турбину 11 среднего давления, имеет существенно более низкую температуру и существенно более низкое давление. Оболочка 1 препятствует этому отработавшему пару среднего давления нагружать внешнюю поверхность 17 внутреннего корпуса. Оболочка 1, кроме того, имеет кольцевой канал 18, посредством которого образуется кольцевая камера 2, и он по текучей среде соединен с приточным каналом 10. Через приточный канал 10 пар, который обозначен стрелкой 19, течет в кольцевую камеру 2 и распределяется по периметру над внутренним корпусом 6. Через имеющиеся в оболочке 1 радиальные отверстия, обозначенные стрелкой 3, пар течет в камеру 5, которая образована между оболочкой 1 и внешней поверхностью 17 внутреннего корпуса.
В принципе, подаваемый через приточный канал 10 пар также может непосредственно направляться в камеру 5. Для лучшего распределения по периметру предусмотрена кольцевая камера 2.
Отток пара из камеры 5 на Фиг.1 подробно не показан.
На Фиг.2 показан вид поперечного разреза паровой турбины 11 среднего давления. Наиболее сильно нагруженной областью этой паровой турбины 1 среднего давления является область вокруг впускной зоны 20. Как можно видеть из Фиг.2, оболочка 1 размещена не над всем внутренним корпусом, а только вокруг впускной зоны 20, так как она термически наиболее сильно нагружена. Кольцевой канал 18 также выполнен не над всей осевой длиной оболочки 1, а только в небольшой осевой протяженности. Кольцевая камера 2 в примере выполнения по Фиг.2 размещена левее линии 22 на краю оболочки 1 и продолжается примерно на четверть осевой длины 21 оболочки 1. Пар, поступающий через отверстия, обозначенные стрелкой 3, которые выполнены предпочтительно радиально, выходит из камеры 5 через отверстия, обозначенные стрелкой 4, которые также выполнены предпочтительно радиально. Выходящий из отверстий, обозначенных стрелкой 4, пар имеет другие термодинамические параметры, такие как температура и давление, чем у пара, поступающего через отверстия, обозначенные стрелкой 3. За счет расположения, величины и числа отверстий, обозначенных стрелками 3, 4, может быть реализован целенаправленный, равномерный приток и отток. Пар, который течет через приточный канал 10 в кольцевую камеру 2, может отбираться из так называемого холодного промежуточного (вторичного) перегревателя. Оболочка 1 может выполняться таким образом, что давления в приточном канале 10, в кольцевой камере 2, а также в камере 5 лишь незначительно выше, чем в камере 9 выпускного пара, что приводит к тому, что оболочку 1 не требуется выполнять с расчетом на выдерживание давления. Подача пара в кольцевую камеру 2 и, в итоге, в камеру 5 приводит к воздействию на температуру и условия течения на внутренней поверхности 17 внутреннего корпуса, на которые может оказываться влияние через температуру и расход подаваемого пара в приточном канале 10. Это может устанавливаться за счет постоянно выбранной установки или посредством регулирования. Кроме того, может достигаться выравнивание температурного распределения. За счет подачи пара в камеру 5 достигается улучшение характеристики деформируемости внутреннего корпуса 6, за счет чего реализуется сниженный потребный радиальный зазор. Тем самым снижаются напряжения на корпусе и винтах, за счет чего также минимизируется пластические деформации из-за ползучести материала.