ТУРБОУСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к области паротурбостроения, конкретно к турбоустановкам теплоцентралей, тепловых и атомных электростанций.
Известна турбоустановка, содержащая цилиндр низкого давления (ЦНД) с выхлопными патрубками. Нижние половины патрубков по периметру имеют балконы (опорные лапы), которыми корпус ЦНД опирается на верхний ярус фундамента. В поперечном направлении корпус ЦНД фиксируется двумя продольными шпонками, расположенными по продольной оси корпуса. Шпонки крепятся к фундаментным плитам, а пазы под них выполнены на опорных лапах ЦНД. На опорных лапах выхлопных патрубков выполнено два паза под поперечные шпонки. Конденсатор, который жестко соединен с выхлопными патрубками ЦНД, установлен на пружинных опорах на нижней части фундамента и имеет патрубки циркводоводов, как правило, расположенные тоже в нижней части конденсатора.
Недостатком данной конструкции является то, что во время работы турбоустановки в конденсаторе возникают различные переменные усилия, например, от присоединенных к патрубкам конденсатора циркводоводов:
- поперечные силы относительно продольной оси турбоустановки, которые, в свою очередь, создают крутящие моменты относительно продольной оси турбоустановки и передаются через конденсатор и выхлопные патрубки ЦНД, а также через продольные шпонки между ЦНД и фундаментом на верхний ярус фундамента, деформируя при этом ЦНД и фундамент в поперечном направлении относительно оси турбоустановки и вызывают в результате этих деформаций и перемещений расцентровки роторов турбины по полумуфтам, расцентровки между ротором и ЦНД, приводят к появлению неравномерной нагрузки на опорные лапы ЦНД относительно продольной оси турбоустановки. Кроме этого, во время землетрясения поперечные усилия относительно оси турбоустановки от сдвиговых волн передаются на верхний ярус фундамента и вызывают большие динамические напряжения в элементах фундамента и деталях турбоустановки;
- осевые силы, которые, в свою очередь, создают крутящие моменты относительно поперечной оси ЦНД и передаются через конденсатор и выхлопные патрубки ЦНД, а также через поперечные шпонки между ЦНД и фундаментом на верхний ярус фундамента, деформируя при этом ЦНД и фундамент в продольном направлении относительно поперечной оси ЦНД и вызывают в результате этих деформаций и перемещений расцентровки роторов турбины по полумуфтам, расцентровки между ротором и ЦНД, приводят к появлению неравномерной нагрузки на опорные лапы ЦНД относительно поперечной оси ЦНД. Кроме этого, во время землетрясения продольные усилия относительно оси турбоустановки от сдвиговых волн передаются на верхний ярус фундамента и вызывают большие динамические напряжения в элементах фундамента и деталях турбоустановки. (Паротурбинные установки атомных электростанций, под редакцией Ю.Ф.Косяка, Энергия, 1978, с.88-90, 111-114).
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является конструкция, описанная в изобретении «Турбоустановка» (авторское свидетельство SU 1203977, F01D 25/28, опубл. 10.09.1996 г.). В указанном изобретении турбоустановка содержит цилиндр низкого давления (ЦНД) с выхлопными патрубками, опорные лапы которых расположены на верхнем ярусе фундамента, устройства фиксации цилиндра относительно верхнего яруса фундамента (продольные шпоночные соединения) и конденсатор, жестко соединенный с выхлопными патрубками и установленный на пружинных опорах на нижнем ярусе фундамента. Конденсатор имеет патрубки циркводоводов. На днище или на торцевых стенках конденсатора размещены устройства фиксации в направлении, перпендикулярном плоскости продольного сечения турбоустановки и симметрично ей. Устройства фиксации могут быть выполнены в виде шпоночных соединений, состоящих из шпонок и пазов. Шпонки размещены в пазах и жестко соединены с нижним ярусом фундамента. Устройства фиксации конденсатора могут быть выполнены в виде балок и промежуточных соединительных элементов, каждый из которых выполнен в виде сварной конструкции и жестко соединен с днищем конденсатора и соответствующей балкой.
Данная конструкция турбоустановки исключает неравномерность нагрузок относительно продольной оси турбоустановки на опорные лапы ЦНД и боковой нагрузки на верхний ярус фундамента, вследствие чего уменьшается расцентровка роторов турбины между собой, расцентровка роторов и цилиндров турбины, что приводит к повышению надежности и экономичности турбоустановки, а также к уменьшению трудоемкости и сроков ремонта турбины. Во время землетрясения поперечные относительно продольной оси турбоустановки сдвиговые усилия передаются на верхний ярус фундамента в меньшей степени, так как часть поперечных усилий от сдвиговых волн передается на опоры в нижней части конденсатора, которые не связаны с колоннами фундамента, что уменьшает динамические напряжения в колоннах фундамента и деталях турбоустановки в поперечном относительно продольной оси турбоустановки направлении.
Недостатком данной конструкции является то, что во время работы турбоустановки возникают осевые силы под конденсатором от присоединенных к патрубкам конденсатора циркводоводов (на нижнем ярусе фундамента) и возникающие от них крутящие моменты относительно поперечной оси ЦНД. Указанные переменные усилия передаются через конденсатор и выхлопные патрубки ЦНД на верхний ярус фундамента, деформируя при этом ЦНД и перемещая его относительно фундамента (ввиду отсутствия поперечных шпоночных соединений на опорных лапах ЦНД). При этом происходит перераспределение осевых зазоров между роторами и цилиндрами паровой турбины, что может привести к осевым задеваниям между статорными и роторными частями, что приводит к тяжелым аварийным последствиям. Во время землетрясения продольные усилия от продольных сдвиговых волн передаются на верхний ярус фундамента и вызывают аналогичные осевые задевания между статорными и роторными частями турбины.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в дальнейшем повышении надежности и экономичности работы турбоустановки.
Указанный технический результат достигается тем, что турбоустановка содержит ЦНД с выхлопными патрубками, опорные лапы которых расположены на верхнем ярусе фундамента, устройства фиксации цилиндра относительно верхнего яруса фундамента в направлении, перпендикулярном плоскости продольного сечения турбоустановки, конденсатор, жестко соединенный с выхлопными патрубками ЦНД и установленный на нижнем ярусе фундамента на пружинных опорах. На днище или на торцевых стенках конденсатора размещены устройства фиксации относительно нижнего яруса фундамента в направлении, перпендикулярном плоскости продольного сечения турбоустановки и симметрично последней. ЦНД снабжен дополнительными устройствами фиксации относительно верхнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки. Конденсатор снабжен дополнительными устройствами фиксации относительно нижнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки и размещенными на днище конденсатора в направлении, перпендикулярном проходящей через фикс-пункт ЦНД вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости продольного сечения турбоустановки.
При размещении дополнительных устройств фиксации ЦНД относительно верхнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки а также дополнительных устройств фиксации относительно нижнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки и размещенных на днище конденсатора в направлении, перпендикулярном проходящей через фикс-пункт ЦНД вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости продольного сечения турбоустановки, возникающие в устройствах фиксации переменные усилия, создающие переменный крутящий момент относительно поперечной оси ЦНД равны и противоположно направлены переменному крутящему моменту относительно поперечной оси ЦНД, возникающему во время работы турбоустановки например, от циркводоводов, присоединенных к нижней части конденсатора. В результате этого не происходит перераспределения нагрузок опорных лап ЦНД от указанного крутящего момента, что приводит к уменьшению осевого усилия, передающегося на верхний ярус фундамента. Уменьшение указанной неравномерности нагрузок уменьшает деформации ЦНД и фундамента, следовательно, уменьшается расцентровка роторов турбины между собой и расцентровка роторов и цилиндров турбины. В результате повышается надежность и экономичность работы турбоустановки.
Наличие дополнительных устройств фиксации ЦНД относительно верхнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки при эксплуатации турбоустановки исключает перемещение фикс-пункта ЦНД относительно фундамента, что дополнительно повышает надежность турбоустановки из-за отсутствия дополнительных осевых перемещений роторных и статорных деталей турбины в районе фикс-пункта ЦНД.
Во время землетрясения продольные относительно продольной оси турбоустановки сдвиговые усилия передаются на верхний ярус фундамента в меньшей степени, так как часть осевых усилий от сдвиговых волн передается на опоры в нижней части конденсатора, которые не связаны с колоннами фундамента, что уменьшает динамические напряжения в колоннах фундамента и деталях турбоустановки в продольном направлении относительно продольной оси турбоустановки.
Возможно два варианта выполнения устройств фиксации:
1. Каждое устройство фиксации цилиндра низкого давления и конденсатора выполнено в виде шпоночного соединения, состоящего из шпонки и паза.
2. Каждое устройство фиксации цилиндра низкого давления выполнено в виде шпоночного соединения, а каждое устройство фиксации конденсатора выполнено в виде балок, жестко соединенных с конденсатором при помощи сварных промежуточных элементов, ось симметрии последних размещена в проходящей через фикс-пункт ЦНД вертикальной плоскости, балки размещены в горизонтальной плоскости симметрично относительно продольной плоскости турбоустановки, а второй конец каждой балки жестко или шарнирно соединен с фундаментом.
Новым в заявляемом устройстве является то, что ЦНД снабжен дополнительными устройствами фиксации цилиндра относительно верхнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки. Конденсатор снабжен дополнительными устройствами фиксации относительно нижнего яруса фундамента в направлении продольной оси турбоустановки и размещенными на днище конденсатора в направлении, перпендикулярном проходящей через фикс-пункт ЦНД вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости продольного сечения турбоустановки.
На фиг.1 представлена турбоустановка, вид сбоку; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 то же, вид спереди; на фиг.4 - соединение конденсатора с фундаментом шпоночными соединениями; на фиг.5 - вид А фиг.4; на фиг 6 - соединение конденсатора с фундаментом с помощью соединительного элемента и балки; на фиг.7 - вид Б фиг.6.
Турбоустановка содержит ЦНД 1 с выхлопными патрубками 2, опорные лапы 3 которых расположены на верхнем ярусе 4 фундамента, устройства фиксации цилиндра (продольные шпоночные соединения) 5, фиксирующие ЦНД 1 относительно верхнего яруса 4 фундамента в направлении, перпендикулярном плоскости продольного сечения 6 турбины, и конденсатор 7, жестко соединенный с выхлопными патрубками 2 и установленный на нижнем ярусе 8 фундамента на пружинных опорах 9. Конденсатор 7 имеет патрубки 10 циркводоводов. Продольные шпоночные соединения 5 размещены на торцевых плоскостях 11 выхлопных патрубков 2 ЦНД 1. На днище 12 или на торцевых стенках 13 конденсатора 7 размещены устройства фиксации относительно нижнего яруса 8 фундамента в направлении, перпендикулярном плоскости продольного сечения 6 турбоустановки и симметрично последней. Каждое устройство фиксации может быть выполнено в виде шпоночного соединения, состоящего из шпонки 14 и паза 15. Шпонки 14 размещены в пазах 15, которые жестко соединены с нижним ярусом 8 фундамента. Каждое устройство фиксации конденсатора 7 может быть выполнено в виде балки 16, жестко соединенной с конденсатором 7 при помощи промежуточных (соединительных) элементов 17, каждый из которых выполнен в виде сварной конструкции и жестко соединен с днищем 12 конденсатора 7 и соответствующей балкой 16. Оси симметрии 18 элементов 17 размещены в плоскости 6. Балки 16 размещены перепендикулярно плоскости 6 между нижним ярусом 8 фундамента и днищем 12 конденсатора 7. По меньшей мере один конец 19 (или 20) балок 16 жестко или шарнирно соединен с опорами 21 пружинных опор 9. Опоры 21 жестко соединены с нижним ярусом 8 фундамента. ЦНД 1 снабжен дополнительными устройствами фиксации (поперечными шпоночными соединениями) 22, фиксирующими ЦНД 1 относительно верхнего яруса 4 фундамента в направлении продольной оси турбоустановки. Шпоночные соединения 22 расположены симметрично относительно вертикальной плоскости 23, перпендикулярно плоскости продольного сечения 6 турбоустановки. Конденсатор 7 снабжен дополнительными устройствами фиксации (шпоночными соединениями, состоящими из шпонок 24 и пазов 25), фиксирующими конденсатор 7 относительно нижнего яруса 8 фундамента в направлении продольной оси турбоустановки, размещенными на днище 12 конденсатора 7 в направлении, перпендикулярном проходящей через фикс-пункт ЦНД 1 вертикальной плоскости 23, перпендикулярно плоскости продольного сечения 6 турбоустановки. Шпонки 24 размещены в пазах 25, которые жестко соединены с нижним ярусом 8 фундамента. В точке пересечения вертикальной плоскости 23 и плоскости продольного сечения 6 на днище 12 конденсатора 7 образован фикс-пункт 26 конденсатора 7, который расположен на одной вертикали с фикс-пунктом ЦНД 1. (Фикс-пункт ЦНД 1 образован пересечением оси поперечных шпоночных соединений 22 с плоскостью продольного сечения 6 турбоустановки на верхнем ярусе 4 фундамента).
Каждое дополнительное устройство фиксации может быть выполнено в виде шпоночного соединения 24 и 25. Каждое дополнительное устройство фиксации конденсатора 7 может быть выполнено в виде балок 27, жестко соединенных с конденсатором 7 при помощи сварных промежуточных элементов 28, ось симметрии 18 последних размещена в проходящей через фикс-пункт 26 конденсатора 7 плоскости продольного сечения 6 турбоустановки. Балки 27 размещены в горизонтальной плоскости симметрично относительно продольной плоскости 6 турбоустановки. На фиг.7 показан конкретный пример жесткого или шарнирного соединения второго конца каждой балки 27 через балку 16 с нижним ярусом 8 фундамента.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Во время работы турбоустановки в конденсаторе 7 возникают переменные усилия, например, от присоединенных к патрубкам 10 конденсатора 7 циркводоводов, создающие переменный крутящий момент относительно продольной оси турбоустановки. При этом в шпоночных соединениях 14 и 15, расположенных на нижнем ярусе 8 фундамента на конденсаторе 7, возникают усилия, создающие крутящий момент относительно продольной оси турбоустановки, равный указанному и противоположно ему направленный. В результате этого не происходит перераспределения нагрузок опорных лап 3 ЦНД 1 от указанного крутящего момента. Также во время работы турбоустановки в конденсаторе 7 возникают переменные усилия, например, от присоединенных к патрубкам 10 конденсатора 7 циркводоводов, создающие переменный крутящий момент относительно поперечной оси ЦНД 1. При этом в шпоночных соединениях 24 и 25, расположенных на нижнем ярусе 8 фундамента на конденсаторе 7, возникают усилия, создающие крутящий момент относительно поперечной оси ЦНД 1, равный указанному и противоположно ему направленный. В результате этого не происходит перераспределения нагрузок опорных лап 3 ЦНД 1 от указанного крутящего момента.
Исключение указанных неравномерностей нагрузок и уменьшение бокового и осевого усилий на верхний ярус 4 фундамента уменьшает деформации ЦНД 1 и фундамента, вследствие чего уменьшаются расцентровки роторов турбины между собой и расцентровки роторов и цилиндров турбины. Уменьшенные осевые усилия на ЦНД 1, передающиеся на верхний ярус 4 фундамента исключают перемещения выхлопного патрубка 2 ЦНД 1 относительно фундамента ввиду наличия поперечных шпоночных соединений 22, оси которых расположены в вертикальной плоскости 23.
При переменных режимах работы турбоустановки (потере вакуума, изменение вакуума, отключение одного циркнасоса, например, для чистки трубок конденсатора 7 на работающей турбоустановке) происходит тепловое расширение ЦНД 1 и жестко связанного с ним конденсатора 7 в вертикальном, осевом и поперечном направлениях. При этом в случае выполнения дополнительных устройств фиксации в виде шпоночных соединений 14, 15 и 24, 25 конденсатора 7 с нижним ярусом 8 фундамента шпонки 14 и 24 перемещаются в указанных направлениях.
В случае использования для фиксации конденсатора 7 балок 16, 27 с промежуточными элементами 17, 28 балки 16, 27 и промежуточные элементы 17 прогибаются в указанных направлениях за счет их упругости.