Уплотнение влажнопаровой ступени турбины

Полезная модель относится к области турбостроения, а именно к уплотнениям паровых турбин тепловых и атомных электростанций, и может быть использована для уплотнения рабочих решеток ступеней, работающих в зоне повышенной влажности пара.
Известно уплотнение паровой турбины (патент РФ на полезную модель №171111, опубл. 22.05.2017, МПК F01D 11/08), которое может быть использовано в качестве уплотнения влажнопаровой ступени, содержащее статорную обечайку, в которой установлена перфорированная цилиндрическая пластина, внутри которой расположены кольцевые пластины, радиальные пластины, образующие с кольцевыми пластинами ячеистую структуру прямоугольной конфигурации, соединенную сваркой и снабженную кольцевыми установочными пластинами и кольцевой расточкой с осерадиальными отверстиями вокруг цилиндрической пластины.
Недостатками данного технического решения являются большие утечки по газовой фазе, в особенности в первых по ходу пара камерах через перфорацию в цилиндрической пластине, сбои в работе системы влагоудаления, вызванные запиранием перфорации жидкой фазой в последних по ходу пара камерах вследствие снижения перепада давлений по ходу пара, значительный эрозионный износ кромок радиальных пластин от движения капельной фазы в окружном направлении.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение стабильности безаварийной работы уплотнения, как по газовой, так и по капельно-пленочной фазе пара.
Технический результат заключается в обеспечении высокой экономичности и надежности влажнопаровых ступеней турбины во всем возможном диапазоне параметров пара и режимов работы турбины.
Это достигается тем, что известное уплотнение влажнопаровой ступени турбины, содержащее роторную часть и статорную часть, содержащую статорную обечайку, в которой выполнена кольцевая расточка с осерадиальными отверстиями в периферийное пространство за ступенью турбины, расположенная вокруг цилиндрической пластины, перфорированной радиальными отверстиями, внутри которой расположены кольцевые пластины, плоскость каждой из которых перпендикулярна оси турбины, центр совпадает с осью турбины, и в наружной части выполнены прорези с установленными в них продольными пластинами, образующими с кольцевыми пластинами ячеистую структуру, соединенную сваркой, согласно полезной модели, снабжено прямоугольными сливными отверстиями, расположенными в наружной части кольцевых пластин, при этом кольцевая расточка в статорной обечайке выполнена протяженностью 1/3 от длины цилиндрической пластины в осевом направлении, радиальные отверстия диаметром 4 мм выполнены в виде одного ряда отверстий из камер последнего по ходу пара ряда, при этом прорези в наружной части кольцевых пластин выполнены под углом 40° к касательной по их наружному обводу, а плоскость каждой из установленных в них продольных пластин параллельна оси турбины.
Кроме того, проходная площадь прямоугольных сливных отверстий для каждой из кольцевых пластин равна суммарной проходной площади радиальных отверстий и равна суммарной проходной площади осерадиальных отверстий.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено уплотнение влажнопаровой ступени турбины.
Уплотнение влажнопаровой ступени турбины содержит роторную часть 1 и статорную часть, содержащую статорную обечайку 2, в которой установлена цилиндрическая пластина 3. Внутри цилиндрической пластины 3 расположены кольцевые пластины 4, плоскость каждой из которых перпендикулярна оси турбины, центр совпадает с осью турбины, и продольные пластины 5, плоскость каждой из которых параллельна оси турбины, установленные с зазором 2 мм к внутренней поверхности цилиндрической пластины 3 в прорезях 6, выполненных в наружной части кольцевых пластин 4 под углом 40° к касательной по их наружному обводу, и образующие с кольцевыми пластинами ячеистую структуру. В кольцевых пластинах 4 выполнены прямоугольные сливные отверстия 7. В цилиндрической пластине 3 выполнены радиальные отверстия 8 диаметром 4 мм из камер последнего по ходу пара ряда. В статорной обечайке 2 выполнены кольцевая расточка 9 и осерадиальные отверстия 10 из кольцевой расточки 9 в периферийное пространство за ступенью турбины. Таким образом, пространство внутри камер посредством прямоугольных сливных отверстий 7 в кольцевых пластинах 4, радиальных отверстий 8 в цилиндрической пластине 3 и осерадиальных отверстий 10 из кольцевой расточки 9 соединено с периферийным пространством за ступенью турбины. Кольцевые 4, продольные 5 пластины выполнены из стального листа толщиной 0,6 мм, цилиндрическая пластина 3 из стального листа толщиной 2 мм. Проходная площадь прямоугольных сливных отверстий 7 для каждой из кольцевых пластин 4 равна суммарной проходной площади радиальных отверстий 8 и равна суммарной проходной площади осерадиальных отверстий 10.
Уплотнение влажнопаровой ступени турбины работает следующим образом.
Влажный пар, представляющий собой двухфазную среду, поступает на уплотнение со значительной начальной окружной составляющей скорости потока, которая не снижается в радиальном зазоре между ротором и статором за счет центробежной силы, возникающей в результате вращения роторной части 1. Эта центробежная сила отжимает жидкую фазу к статорной части, где продольные пластины 5 за счет установки в прорезях 6 кольцевых пластин 4 не в радиальном, а в наклонном положении, способствуют беспрепятственному забросу влаги в периферийное пространство камер, где организуется вращательное движение жидкой фазы, обращающей капельную субстанцию в пленочную, что способствует более эффективной ее эвакуации путем осевой транспортировки через прямоугольные сливные отверстия 7 с последующим удалением через радиальные отверстия 8 в цилиндрической пластине 3 в пространство кольцевой расточки 9, и далее через осерадиальные отверстия 10 и периферийное пространство за ступенью турбины. Проходная площадь прямоугольных сливных отверстий 7 способствует беспрепятственной транспортировке жидкой фазы по всему тракту влагоудаления.
Экспериментально установлено, что организация периферийных течений жидкой фазы и подбора проходных сечений по всему ее отводящему тракту позволяет снизить межкамерные перетечки газообразной фазы, и тем самым повысить экономичность уплотнения в аэродинамическом смысле во всем возможном диапазоне параметров пара и режимов работы турбины.
Цилиндрическую пластину 3, кольцевые 4 и продольные 5 пластины целесообразно изготавливать в виде сегментов с учетом горизонтального разъема по соответствующим программам на листовырубных штампах с последующим применением автоматов точечной сварки, что определяет невысокую трудоемкость и, соответственно, затратность технологического процесса. Все сегменты целесообразно изготавливать из обычных нелегированных сталей и решать вопросы ремонтопригодности путем простой замены сегментов в статорных обечайках.
Использование полезной модели позволяет повысить экономичность и надежность влажнопаровых ступеней турбины во всем возможном диапазоне параметров пара и режимов работы турбины благодаря повышению эффективности работы уплотнения, как по газовой, так и по капельно-пленочной фазе пара.