ОТСЕК СТУПЕНЕЙ С ПАРЦИАЛЬНЫМ ПОДВОДОМ ПАРА

Техническое решение относится к теплоэнергетике, к проектированию ступеней паровых турбин с относительно малым объемным расходом.
Для паровых турбин мощностью 10-25 МВт при принятой на станциях частоте 50 Гц (3000 об/мин) первые ступени высокого давления (9-13 МПа) имеют лопатки высотой менее 20 мм, которые нетехнологичны, так как небольшие отклонения в производстве (радиусов галтелей, размеров горла и т.д.) приводят к существенным отклонениям эксплуатационных параметров от проектных. Кроме того, такие лопатки имеют завышенные концевые потери, что приводит к заниженным КПД этих ступеней.
Для увеличения высоты лопаток обычно применяется парциальный подвод, то есть сопловые лопатки устанавливаются только по части дуги подвода пара, но, как правило, применяется постоянная парциальность на группе ступеней или переменная таким образом, что высоты лопаток изменяются от ступени к ступени.
В качестве ближайшего аналога можно принять проточную часть с одинаковой высотой сопловых и рабочих лопаток (патент RU 2306424 C1, опубл. 20.09.2007), но он касается двухъярусных ступеней низкого давления с длинными лопатками. При этом лопатки в разных ступенях различны, так как поперечные перегородки в них располагаются на разных высотах.
Целью данного технического решения является создание конструкции группы ступеней с одинаковыми корневыми диаметрами и высотами сопловых и рабочих лопаток, что унифицирует и существенно упростит технологическую подготовку и производство диафрагм и облопаченных дисков. Это достигается подбором количества каналов, углов установки и шагов сопловых лопаток для каждой ступени.
Парциальность ступени может изменяться дискретно, так как она пропорциональна количеству сопловых каналов. Поэтому увеличивая парциальность от ступени к ступени, как правило, получаем переменную высоту рабочих и сопловых лопаток. Сначала количеством сопел необходимая выходная площадь при выбранной высоте лопаток обеспечивается с точностью до площади соплового канала. Для получения точного значения выходной расчетной площади необходим дополнительный параметр. Таким параметром предлагается взять угол установки или шаг сопловых лопаток.
Предложенное техническое решение проверялось на двух вариантах проточной части:
c
p
c
p
- При параметрах пара давлении 12,5 МПа, температуре 551,9°C, расходе 62,2 кг/с получено четыре ступени с корневыми диаметрами сопловых и рабочих лопаток D=897 мм и D=895 мм соответственно и высотами L=22 мм, L=25 мм. При этом количество сопловых лопаток ступеней 1-4 равно 26,28,30,32 соответственно, а угол установки в первых двух ступенях равен 42,6°, а в двух следующих 43°. Количество рабочих лопаток постоянно и равно 168.
c
p
c
p
- При параметрах пара давлении 8,1 МПа, температуре 523°C, расходе 18,9 кг/с получено девять ступеней с корневыми диаметрами сопловых и рабочих лопаток D=1002 мм и D=1000 мм соответственно и высотами L=19 мм, L=21 мм. При этом количество сопловых лопаток ступеней 1-9 равно 14, 16, 19, 23, 26, 30, 33, 36, 40 соответственно, и имеется переменный угол установки. Количество рабочих лопаток постоянно и равно 188.
В приведенных примерах обеспечивается перекрыша 1 мм по корню и вершине внутри ступени. Отрицательная перекрыша между рабочей лопаткой предыдущей ступени и сопловой лопаткой следующей ступени исключается за счет расширения входных каналов сопловой лопатки на входе.
Приведенные примеры подтверждают, что изменяя дискретно количество сопловых каналов и выбрав соответствующий угол установки или шаг сопловых лопаток, можно спроектировать группу ступеней с одинаковыми высотами сопловых и рабочих лопаток. Количество рабочих лопаток и угол установки не изменяются, хотя в некоторых случаях для изменения реактивности ступени их можно изменять.
Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества:
- Позволяет выбрать начальную парциальность и длину лопаток группы ступеней при которых имеется наилучший КПД;
- Спроектировать группу ступеней с одинаковой геометрией за исключением количества каналов и углов установки сопловых лопаток, что унифицирует конструкцию и упрощает технологическую подготовку и производство турбины.