СОПЛОВАЯ КОРОБКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Техническое решение относится к теплоэнергетике, к сопловым коробкам и паровпускным камерам паровых турбин.
Для подвода пара в цилиндры высокого и среднего давления используются сопловые коробки (при парциальном подводе пара) или паровпускные камеры (при дроссельном парораспределении) с окружными пазами, в которые вставляются сварные или цельно фрезерованные сопловые сегменты с направляющими лопатками, образующие профильную часть соплового канала. Торцы сегментов заводятся в расточки (окружные пазы) сопловых коробок и удерживаются от осевого перемещения (Баринберг Г.Д. и др. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода. Екатеринбург : «Априори». 2007 г., Рис 4.32). Сопловая коробка нагружена внутренним давлением подводимого пара. Для уменьшения напряжений камера сопловой коробки выполняется близкой к тороидальной. Но из-за проточки для сопловых сегментов имеет свободные края и испытывает изгибные напряжения. Такая конструкция успешно применяется для умеренных давлений до 17 МПа. В турбинах на сверхкритические параметры с начальным давлением пара 24 МПа и выше и температурой более 540°C в такой конструкции возникают недопустимые напряжения более 120 МПа, что ограничивает ее ресурс 100000 ч.
За прототип принимаем указанную конструкцию сопловой коробки. Его недостатком является ограниченный срок службы при сверхкритических параметрах пара. Для уменьшения напряжений обычно утолщают стенки, что приводит к повышенным термическим напряжениям по толщине, ухудшению маневренности, увеличению продолжительности пуска. При температурах выше 555°C утолщением стенки сопловой коробки не удается получить допускаемые напряжения.
Задачей данного технического решения является совершенствование конструкций сопловых коробок путем ограничения радиальных перемещений свободных краев за счет сопловых сегментов. Это достигается с помощью дополнительных окружных пазов, в которые заходят специальные выступы сопловых сегментов и стягивают свободные края сопловой коробки и уменьшают изгибные напряжения. Все сказанное далее относится и к паровпускным камерам цилиндров.
На фиг. 1 показано осевое сечение сопловой коробки 1 с сопловыми сегментами 2 и направляющими лопатками 3. Сопловые сегменты устанавливаются в радиальные пазы 4 сопловой коробки и удерживаются от осевого перемещения с помощью радиальных выступов 5. Так как края коробки 6 свободны, то внутреннее давление вызывает в сечении 7 повышенные изгибные напряжения. Если перемещения краев коробки 6 ограничить в радиальном направлении, то изгибающие напряжения в сечении 7 уменьшатся. Это достигается выполнением дополнительных окружных осевых пазов 8 в сопловой коробке и осевых выступов 9 в сопловых сегментах. В этом случае выступы 9 ограничивают радиальное смещение краев сопловой коробки. Как показывают расчеты, максимальные напряжения в сечении 7 уменьшаются на 20…40 %, что приводит к увеличению ресурса сопловой коробки. Зазор по контактным поверхностям 11 выполняется с малым допуском, а при возможности с натягом. По контактным поверхностям возникают радиальные усилия, которые ограничивают радиальные перемещения краев коробки 6.
Осевые выступы можно выполнить в противоположную сторону, а также в обе стороны (фиг. 2), но это сложнее технологически и, как правило, достаточно выступов показанных на фиг. 1
Отметим, что эффект от заплечиков будет только в случае соблюдения малых зазоров, что затрудняет сборку. Для увеличения эффекта рекомендуем использовать материал сопловых сегментов с коэффициентом теплового расширения меньшим, чем у материала сопловой коробки.
Предложенная конструкция сопловой коробки с дополнительными пазами имеет следующие преимущества:
- Уменьшает максимальные изгибные напряжения в сопловой коробке;
- позволяет уменьшить толщину сопловой коробки, термические напряжения при пусках и время пуска;
- увеличивается ресурс сопловой коробки.