Отсек проточной части паровой турбины для смешения потоков пара

Полезная модель относится к области паротурбостроения, в частности к паровым турбинам, работающим в составе парогазовых установок (ПГУ).
Известно техническое решение по заявке на предполагаемое изобретение №2013136231 от 01.07.2013 г. «Отсек проточной части паровой турбины для смешения потоков пара», опубл. 10.02.2015 Бюллетень №4, которое может быть принято за прототип. В указанном техническом решении пустотелые профильные элементы образуют решетку, через которую проходит в аксиальном направлении поток основного пара, а через выходные отверстия в стенках пустотелых профильных элементов, размещенных со стороны натекания, на эти профильные элементы основного потока, в этот поток добавляется пар дополнительного потока. Недостаток такого решения состоит в том, что решетка создает дополнительные гидравлические потери давления. Их количественная оценка выполнена с помощью «Справочника по гидравлическим потерям. Идельчик И.Е.,. Госэнергоиздат, М. - Л. 1960 г. стр. 298, диаграмма 8-9. Расчетная величина потерь в данной конфигурации составляет 1,53 кПа. Дополнительно, энергия основного потока теряется на преодоление напора струй пара дополнительного потока, вытекающих из отверстий в пустотелом профильном элементе, размещенных со стороны натекания основного потока.
Задачей заявленной полезной модели является устранение отмеченных недостатков прототипа и обеспечение равномерного перемешивания потоков пара.
Указанная задача достигается тем, что в отсеке проточной части паровой турбины, работающей в составе ПГУ, для смешения потоков пара, один из которых поступил к началу проточной части через паровпуск турбины, а второй поступил от внешнего источника в середину проточной части через кольцевую паровпускную камеру, образованную стенкой цилиндра турбины и двумя последовательно расположенными обоймами с размещенными в них ступенями давления с конструктивно выбранным интервалом между обоймами, в котором размещена камера смешения, концентричная ступеням давления, образованная наружной и внутренней оболочками, выполненными из колец, между которыми радиально установлены пустотелые профильные элементы, имеющие паровпускное отверстие только со стороны наружной оболочки, и паровыпускные отверстия на боковых поверхностях. Паровой канал между соседними пустотелыми профильными элементами выполнен в виде сопла Лаваля. Часть паровыпускных отверстий на боковых поверхностях пустотелых профильных элементов камеры смешения выполнена на горловине сопла, а часть паровыпускных отверстий на выходном участке поверхности профильного элемента. Наружная и внутренняя оболочки, образующие камеру смешения могут быть выполнены соосно коническими.
Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает равномерное перемешивание потоков пара, снижая при этом потери давления в камере смешения, что приводит к частичному восстановлению давления протекающего потока пара.
Заявленное техническое решение предполагается к использованию в двух турбинах Т-40/50-8,8 и Тп-35/40-8,8, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость». При полученном снижении гидравлических потерь давления в камере смешения по отношению к прототипу в турбинах Т-40/50-8,8 и Тп-35/40-8,8 на номинальном режиме работы выигрыш в электрической мощности составит 200 кВт и 120 кВт соответственно.
Отсек проточной части паровой турбины для смешения потоков пара поясняется следующими чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - установка камеры смешения в проточной части паровой турбины;
Фиг. 2 - разрез А-А камеры смешения, установленной в проточной части паровой турбины;
Фиг. 3 - разрез Б-Б пустотелого профильного элемента согласно независимому пункту 1 формулы полезной модели с обозначением движения основного, дополнительного и перемешанного пара;
Отсек проточной части паровой турбины содержит кольцевую паровпускную камеру 1 с пароподводящими патрубками, образованную стенкой цилиндра 2, обоймой 3, с размещенной в ней ступенью давления 4, и обоймой 5, с размещенной в ней ступенью давления 6. Между обоймами выполнен интервал 7, который по конструктивным соображениям меньше суммы высот рабочих лопаток ступени 4 и ступени 6. В интервале между обоймами 3 и 5 размещена камера смешения, образованная наружным кольцом 8, внутренним кольцом 9 и несколькими пустотелыми профильными элементами 10, установленными радиально и закрепленными на кольцах 8 и 9, например сваркой. Паровой канал между соседними пустотелыми профильными элементами 10 выполнен в виде сопла Лаваля (фиг. 3 разрез Б-Б). На боковых стенках пустотелых профильных элементов 10 часть паровыпускных отверстий 11 выполнены на горловине сопла, а остальная часть паровыпускных отверстий 12 - на выходном участке поверхности пустотелого профильного элемента. Со стороны наружного кольца 8 выполнено паровпускное отверстие 13, профиль и сечение которого совпадает с профилем и сечением пустотелого элемента 10. Со стороны внутреннего кольца 9 пустотелые профильные элементы 10 заглушены. Кольца 8 и 9 состоят из двух половин - верхней и нижней, соединенных фланцем горизонтального разъема. Поверхности колец 8 и 9 отличаются от ометаемого диаметра и корневого диаметра рабочих лопаток ступени давления, размещенной в первой по ходу пара обойме не более, чем на величину расчетной перекрыши. Стрелками показана схема движения потоков пара основного 14, дополнительного 15 и перемешанного 16. Количество и сечение пустотелых профильных элементов выбирается конструктивно таким образом, чтобы скорость парового потока, проходящего через паровыпускные отверстия 11 и 12, была бы равна или незначительно превышала скорость парового потока, выходящего из ступени давления 4, величина которой определяется при тепловом расчете проточной части турбины. По конструктивным соображениям определяется также минимальная величина интервала 7, при которой возможна и целесообразна установка описанной выше камеры смешения.
Смешение основного потока пара 14 и дополнительного потока пара 15 происходит следующим образом.
В кольцевую паровпускную камеру 1 подается дополнительный поток 15 пара из постороннего источника, например, из контура низкого давления котла-утилизатора. Через паровпускные отверстия 13 пар поступает в пустотелые профильные элементы 10, из которых через паровыпускные отверстия 11 и 12 выходит в зону смешения камеры смешения, перемешивается с основным потоком пара 14 и перемешанный поток пара 16 поступает в ступень давления 6. Пар, выходящий из паровыпускных отверстий 12, разрушает концевой след перемешанного потока пара 16, обтекающего профиль пустотелого элемента.