КЛАПАННО-СОПЛОВАЯ СХЕМА ОБОГРЕВА КОРПУСА ЦИЛИНДРА ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к теплоэнергетике в частности к турбостроению.
Уровень техники.
Характеристика проблемы на которую направлена полезная модель.
Конкретно полезная модель относится к турбинам всех типов высоких и сверхвысоких параметров пара: ЗАО УТЗ, ПР-25-90, Т-110, ОАО ЛМЗ, К-100-5, К-200. Лит.1 стр.27-30, Лит.2 стр.418 лит.3 листы 44-45.
Для анализа поведения цилиндра высокого давление аналогами служат вышеперечисленные турбины, а в заявленном устройстве являются прототипами, в которых раскрывается причина, ведущая к получению технического результата, его достижению.
Для решения многообразия технических и экономических задач поставленных при проектировании, изготовлении, эксплуатации турбоагрегата в различных временных режимах проявляются для аналитика (специалиста) как в эксплуатации так и в обнаруженных при остановках и вскрытии состояния деталей воспринимаемых за недостатки, что не всегда получают правильные пути их устранения. Причин много.
Характеристика проблемы на которую направлена полезная модель. Приводим четыре прототипа не исключая и другие известные паровые турбины как отечественного, так и зарубежного производства. В конкретном случае имеем турбины двух отечественных фирм: ЗАО «Уральский турбинный завод» и ОАО «Ленинградский металлический завод».
Прототип №1.
Турбина ПР-25-90 выпуск ОАО УТЗ 1969 г., установлена 1970 году на одной из станции Урала. Лит.1 стр.27. На аналоге в настоящее время полностью выведено из строя переднее уплотнение. Установлены 2 инжектора с целью исключения пожара на переднем стуле. Иметься трещина в корпусе цилиндра в районе переднего окончания уплотнения между 2 и 3 клапаном. Лит.3 листы 44-45, фиг.№7.
Крышка цилиндра имеет хроническое искривление горизонтального разъема в свободном состоянии.
После кап.ремонта наблюдается парение разъема/
Прототип №2. Турбина Т-100.
Несколько лет назад на турбинах данного типа часто после ремонта вибрация достигала срабатывания автоматов безопасности, с явным выходом из строя переднего уплотнения. В 90-х годах активно устанавливались метеллофторополимерные ленты, под корпус переднего стула, применялась и специальная смазка. Вскрытие переднего стула проводиться и по сегодняшний день для шабрения. Все мероприятия идут с целью обеспечения нормального движения переднего стула. По прототипам №3 и №4 имеем обрывы шпилек, трещины в крышках цилиндра, выход из строя крепежа вертикальной шпонки цилиндра высокого давления, и это не все дефекты данного типа турбин.
Все прототипы имеют 4-х клапанное парораспределение. В заявленной полезной модели основным признаком является равномерный прогрев всех паровых коробок до соплового аппарата, а отсюда и всего цилиндра. В конкретном случае цилиндры имеют неравномерный прогрев с перекосом по температурам. В этом заключается поставленная задача с причинно-следственной связью с признаком формулы полезной модели.
Раскрытие полезной модели
Технический результат.
В цилиндре высокого давления всех типов фикспункт не является центром (точкой) от которой должны идти линейные расширения всех частей цилиндра. Нормальному движению по трем направлениям мешает заклинивание шпонок любого сечения имеющее знакопеременные значения в процессе движения цилиндра в сторону повышения либо понижения температуры.
Все изыскания, опыты проведения одновременного прогрева сопловых коробок за счет применения разгрузок для турбин от ПТ-25 КТЗ до К-500 ХТГЗ проигрывают по надежности.
Если посмотреть разрез по паропуску любой турбины независимо в какую сторону можно увидеть раскрываемую дальше сущность заявленной полезной модели. Фиг.1
Специалисту должно быть видно, что при всех пусках данных турбин машинисты систематически «забывают» открывать полностью и с запасом четвертый клапан. А он имеет «свойство» при наборе оборотов прикрываться. При закрытом четвертом клапане происходит однобокий прогрев корпуса ЦВД и представление о том, что при частично открытом четвертом клапане корпус прогреется равномерно глубоко ошибочно. Конкретно. Прогревая правую сторону цилиндра при имеющихся линейных соединениях взаимнопересекающихся плоскостей в напряженном состоянии невозможно догнать четкое чертежное расположение деталей внутри цилиндра за счет прилива температурного градиента со стороны первого клапана при отставании по температуре зоны четвертого клапана. Многообразие вариантов бесконечно, например, испытание автомата безопасности, проведение балансировочных пусков, резкие отключения турбины от различных причин. Холостой ход не дает желаемого прогрева цилиндра высокого давления для продолжения изменения линейных размеров в шпонках для режимов турбины. На холостом ходу работает только первый клапан. Температура при работе первого клапана корпуса цилиндра естественно перекашивается, как и при малых нагрузках. При открытии первого и второго клапана возникает перекос температур корпуса цилиндра по диагонали, так как первый и второй клапан нагреты со своими патрубками и сопловыми коробками, а третий и четвертый отстают по температуре, создавая перекос.
На фиг.2 представлен виртуально-создаваемый рычаг на одной стороне цилиндра (в данном случае правой) на левую сторону. Условно представляется раствор в виде рычага между плоскостями цилиндра.
В данном случае срабатывает обычная человеческая умозрительность не принятая во внимание вековым присутствием дефекта. Фиг. 3
Легко объясняются обрывы шпилек именно с левой стороны турбин К-100 и К-200, как правило, первой шпильки поз.1, редко второй поз.2, претерпевающих усилия на разрыв при прогреве правой стороны цилиндра после набора нагрузки. Фиг.3
Подтверждает обрыв по этой логике именно на верхней нитке резьбы в разъеме на излом. Если ЗАО УТЗ укрепляет шпильки то нагрузки переходят на шпонки, ввиду того, что фасонные шпильки гнуться, а не рвутся.
Оставаясь в холодной зоне нижняя (именно левая четверть цилиндра) постоянно создает температурные напряжения в корпусе. Не решают задачу изыскания по напряжениям в ригелях. Особенно для турбин К-300 ХТГЗ, но это другая тема. Окончательную точку в проблеме ставят факты обрывов и смятия крепежа на вертикальных шпонках между стульями и цилиндром вышеназванных прототипов. (Фиг.4 поз.1)
Не имеет значения мнутся ли шпильки, рвется ли крепеж шпонок, образуются ли трещины в верхней крышке цилиндра и когда сварной корпус легко удерживает шпонку, то мнутся, допустим четыре болта с контрольными для турбин К-100 и т.д.
Слабость изначального конструктивного решения подвода пара в первую ступень ротора определяет неравномерный прогрев в данной плоскости цилиндра (Фиг.1, 2, 3). Запаздывание, либо опережение температур в различных частях цилиндра изначально определенное в зоне четвертой сопловой коробки можно считать полностью доказанным, как и несостоятельные рассуждения различных ученых выводов приводящих к ложным исходным данным о состоянии цилиндра турбоагрегата ведущим к непредсказуемым выводам и результатам. Достаточно фактов многоразовых до 30-40 пусков турбин приведенных прототипов, так и турбин К-300 ХТГЗ при балансировки, не зная места агрегата являющееся источником вибрации. Путаясь в весовых параметрах балансировщики при пусках получают как прогнутый ротор, так и расцентрованные опоры. Например в период замены грузов цилиндр теряет свои оси по расточкам подшипников в застойном состоянии ввиду изменения реакций опор на шпонках. Соответственно пуск идет по ложному, неправильному пути. И показывает балансировщикам совершенно другие исходные данные. Однако, известные специалисты прошлых лет исправляли положение за 2 пуска. Однозначно формируется технический результат представляющий собой технический эффект заключающийся в условии при решении задачи по внутреннему равномерному прогреву всех четырех патрубков и сопловых коробок фиг.1, 2, 3, 5, 6. Это должна быть аксиома, которую нет смысла доказывать - разницы температур не должно быть. Достаточно вспомнить схемы контроля температур фланцев и шпилек с 60-х годов прошлого века.
Прогрев цилиндра и движение всех закрепленных элементов должен идти по одному закону с нагревом и охлаждением. Ускорения переходных режимов да и внесение изменений в заводские схемы обогрева, охлаждения, прогрева пароперепускных труб от стопорных клапанов к цилиндру не должно иметь место при анализе проблемы.
Все турбины приведенные как прототипы установленные, за редчайшим исключением, по инструкциям заводов изготовителей после монтажных пусков на любых режимах не имеют вибрации, да и гарантийные сроки отрабатывают без замечаний. Проблемы начинаются после первых одного- двух капремонтов.
Вышеперечисленные недостатки устраняются, если устранить причину с исключением следствий и надуманных идей.
Цилиндр должен обогреваться равномерно при любом режиме по времени и возвращаться в исходное положение так же по времени и температуре.
Легко видеть требование подачи пара на все четыре паровые коробки с начала открытия первого клапана.
В этом случае техническое решение будет направленно на достижение результата- нивелирование температур всех звеньев от пароподводящего парубка к регулирующему клапану №1 до сопловых коробок клапанов №2, №3, №4.
Предлагаемый инструкцией прогрев всех пароподводящих труб от стопорного клапана до цилиндра при открытых клапанах байпасом не выполняет функцию прогрева в заданном решении задачи.
Выход на холостой ход и работа на малых нагрузках заклинивают цилиндр и передний стул во всех степенях свободы на шпонках, что предопределяет его не возврат в исходное положение в охлажденном состоянии.
Полезной моделью в данной конструкции пароподвода предлагается повышение качества операции кольцевого прогрева за счет установки пароперепускных труб от паровой коробки за седлом первого клапана к паровым коробкам соседних, клапанов за седлами, а именно к третьему №3 и четвертому №4 соответственно от них к клапану №2.
Причинно-следственная связь сообразуется с эффектом предлагаемого решения и техническим результатом.
Полезная модель направлена на достижение того технического результата, который должен быть заложен во всех исходных данных любой турбины в абсолютном круговом обогреве корпуса. Виртуально температурный фикспункт корпуса можно представить, подтвердив его как центр окружности на оси цилиндра экспериментально.
При проектировании естественно надежность идет впереди всех условий. Не могут быть и иметь место любые ограничения с точки зрения КПД и экономии на холостом ходу и малых нагрузках, так как они по большому счету и не имеются, имеется ввиду линейность характеристики парораспределения.
Проектирование паровыпуска при четырехклапанной схеме должно осуществлять равномерную подачу теплоносителя от первого клапана по кругу в обе стороны от своей паровой коробки за клапаном, причем теплоноситель по конструктивной схеме элементно сам выбирает место приложения.
Задача легко осуществима удобной передачей части пара из паровой коробки первого клапана в паровую коробку третьего клапана. От первого и третьего клапанов пар направляется к четвертому и второму патрубков соответствующих клапанов. Описание средств реализующих функцию передачи пара многообразны. Авторское решение доказано на схемах отсосов от клапанов применением бесфланцевых систем. Сечение трубопроводов, их трассировка выбирается с учетом опыта многократного разрезания для последующей сборки, например схемы отсосов, при вскрытиях верхней крышки цилиндра. По диаметру труб требование должно быть необходимое и достаточное для постоянного равномерного прогрева цилиндра в районе сопловых коробок легко выполнимо. Фирмы выполняющие клапанно-сопловую схему обогрева корпуса цилиндра турбины сами выбирают средства подачи пара по кругу. Фиг.5
В предложенном устройстве необходимо подчеркнуть простоту решения задачи при том же сопловом парораспределении с постоянным фоном подачи пара для прогрева как носителя тепла и его способность обогревать низкотемпературные участки.
Точки врезок в коробках, патрубков, диаметры сечений труб, компенсации их, места разрезов с неограниченным запасом для соединения труб между первым и четвертым, третьим и вторым клапанами выбираются конструктивно самим лицензиатом с соответствующими фирмами имеющими лицензию.(Фиг.6).
Кольцевая обвязка сама осуществляет движение пара в любую сторону как и прохождение в любую сопловую коробку.
Сущность полезной модели выражается в обеспечении достижения технического результата путем постоянного подвода парового потока для обогрева в любых режимах парораспределением цилиндра с исключением разницы температур в любых его точках.
Можно сказать, что, так называемое, шунтирование потока мимо клапана упрочняет надежность кулачкво-распределительной системы парораспределения.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан разрез парораспределения любого прототипа. Порядок открытия клапанов соответствует номеру.
На фиг.2 изображен цилиндр без крепежа. Условно показан виртуальный раствор разъема цилиндра, образуя рычаг с его углом при прогреве. Правая сторона с прогретыми фланцами, шпильками создают усилия в рычаге холодной левой стороны для обрыва шпильки №1 либо №2.
На фиг.№3 показан цилиндр с крепежом. В частности шпилька №1, №2 турбин К-100 и К-200.
На фиг.№4 изображен цилиндр высокого давления турбины Т-100 со шпонками поз.1, применительно к турбинам К-100 и К-200.
На фиг.№5 схемой поясняются конкретные пути подачи пара по кругу в наружном контуре.
На фиг.№6 показано условно одно из средств подачи пара через патрубки поз.1
На фиг.№7 приводиться продольный разрез турбины ВПР-25-90 с указанием зоны трещины «Т».
На фиг.№8 приводиться поперечный разрез турбины ВПР-25-90 по паровпуску, для обозначения позиций прототипов: 1-паровая коробка, 2-крышка, 3-клапан, 4-седло, 5-труба, 6-сопловая коробка, 7-шпилька, 8-трубы.
Осуществление полезной модели.
Наружная схема осуществима для всех турбин с четырех клапанной системой парораспределения не вызывает каких -либо вопросов.
Простота выполнения вписывается в существующею аналогичную бесфланцевую систему по типу схемы отсосов. Трубы берут свое начало из коробок под седлами и соединяются по кольцу, естественно с компенсацией и многократными возможностями вскрытия и закрытия цилиндра.
Материалы, поясняющие сущность полезной модели.
Фигуры №1, №2, №3, №4, №5, №6, №7, №8
Библиографические данные
Литература 1: Паровые турбины и турбоустановки уральского турбинного завода. Под редакцией Г.Д.Баринберг, Ю.М.Бродов: Екатеринбург 2007 г.
Литература 2: Ремонт паровых турбин. Екатеринбург 2005.
Литература 3: Турбомоторный завод. Пояснительная записка, г.Свердловск. 1959. листы 44-45.