CS246804B1 - Výstupní hrdlo turbíny - Google Patents

Abstract

Radiální difuzor je tvořený vnější (3) a vnitřní stěnou (6) a přechází do prstencové souosé komory (11). Tato komora .je omezena buď přímo vnějším pláštěm hrdla (4), nebo je vytvořena samostatně uvnitř tlakového pláětě hrdla. Komora (11) přechází do radiálně eentripetální části, tvořené víkem (5), radiální stěnou (7) ■ usměrňovačla kuželem (8) nebo vnitřním kuželem a vnější částí souosé výstupní dýzy s radiálními usměrňovačími lopatkami (9).

Description

Vynález se týká výstupního hrdla turbíny. 246 804

Při vývoji turbín se stále soustřeďuje znáčná pozornost ke snižování ztrát vznikajících dissipací kinetické energie při průtoku pracovní látky strojem. Zatímco řešení vlastního lopatkování dosáhlo z tohoto hlediska již vysoké dokonalosti, představuje výstupní hrdlo dosud část stroje, která bývá řešena spíše z hledisek technologických než s ohledem na snížení tak zvané výstupní ztráty. Přitom v některých případech, kdy se v turbíně zpracovává poměrně malý energetický spád, tvoří tato výstupní ztráta významnou část ztrát celkových. Zvláši nepříznivě poměry nastávají tehdy, kdy je třeba výrazněji měnit z provozních a technologických důvodů hmotnostní tok turbínou a současně udržovat její >

otáčky na konstatntní hodnotě. Pak vzniká za oběžným lopatkováním turbíny výrazná obvodové složka výstupní rychlosti, která mění nejen svou velikost, ale často i smysl, přeměna kinetické energie vázané na tuto obvodovou složku rychlostí^ zpět na energii tlakovou není ve výstupních hrdlech obvyklého provedení možná, a tím vznikají v oblasti mimonávrhových provozních stavů turbíny značně přídavné ztráty. Takové případy nastávají u parních a plynových turbín především v těch případech, kdy se expanze v turbíně používá ke snižování teploty pracovní látky a její hmotnostní tok; se řídí technologickými požadavky práce celého systému. Zvyšování přídavných ztrát v mimonávrhových režimech pak často působí nesnáze při dosažení požadovaného a technologicky podmíněného ochlazení pracovní látky«, ·

Zlepšení tohoto stavu by sice bylo možné zařazením zvláštního výstupního rozváděcího kola s jednou nebo více řadami natáčivých rozváděčích lopatek za rotor turbíny. Takové řešení je však

- 2 246 804 vždy složité, nákladné a provozně obtížné, zvláště v těch případech, kdy mění obvodové složka výstupního proudu za rotorem turbíny svůj smysl»

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu výstupní hrdlo turbíny s radiálním difuzorem. Jeho podstata spočívá v tom, že radiální difuzor, tvořený vnější stěnou a vnitřní stěnou, přechází do prstencové souosé komory, omezené bučí přímo vnějším pláštěm hrdla, nebo vytvořené samostatně uvnitř tlakového pláště hrdla, která přechází do radiálně cetripetální části, tvořené víkem, radiální stěnou a usměrňovacím kuželem nebo vnitřním kuželem a vnější částí souosé výstupní dýzy s radiálními usměrňovacími lopatkami. Podle dalšího význaku vynálezu mají usměrňovači lopatky na vstupu konstantní tloušíku a poměrnou rozteč ~ ^1, kde c

s značí rozteč lopatek a c délku tětivy profilu lopatek.

Konečně podle posledního význaku vynálezu jsou usměrňovači lopatky tvořeny profily s maximální tloušíkou posunutou k náběžné hraně podle podmínky

I < 0,3, kde a značí vzdálenost místa největší tloušťky lopatky od náběžné hrany a náběžnou hranou zaoblenou podle podmínky

0,l< < o,5, kde r_n značí poloměr zaoblení náběžné hrany lopatek a d největší tloušťku lopatky.

Základní výhoda výstupního hrdla podle vynálezu spočívá ve snížení jak obvodové, tak axiální složky rychlosti výstupního proudu za oběžnými lopatkami turbíny s nepatrnými ztrátami. Pracovní látka se pak odvádí z komory obklopující radiální difuzor axiálně uspořádanou dýzou se vstupními usměrňovacími lopatkami.

pro lepší objasnění je příklad provedení výstupního hrdla podle' vynálezu naznačen na přiložených obr. 1 až 4» Na obr. 1 je hlavní řez výstupním hrdlem, na obr. 2 je řez tímto hrdlem rovi- 3 246 804 nou kolmou k ose turbíny, procházející usmšrňovacími lopatkami ve vstupu do axiálně uspořádané dýzy* na obr. 5 a 4 jsou naznačeny ve zvětšeném měřítku řezy usměrňovacími lopatkami různého provedení a na obr. 5 jiné provedení usměrňovači mříže.

Na obr. 1 je příklad provedení hrdla podle vynálezu znázorněn v hlavním řezu rovinou, v níž leží osa rotace turbíny, opatřené letmo uloženým oběžným kolem 1 turbíny s oběžnými lopatkami a řozváděcími lopatkami 2 turbíny. Vlastní hrdlo turbíny sestává z vnější části 2 difuzoru, válcového pláště 4 a víka 5, které nese prostřednictvím usměrňovačích lopatek % radiální stěnu 2 a vnitřní část 6 difuzoru. Radiální stěna 7 vybíhá usměrňovacím kuželem 8 do výstupní dýzy, vytvořené z víka Na výstupní dýzu navazuje potrubí 10, kterým se pracovní látka odvádí k dalším zařízením technologické soustavy.

Na obr. 2 je naznačeno jiné provedení výstupního hrdla turbíny jedle vynálezu, které je výhodné v případě, že expanzní turbína pracuje na vysoké tlakové hladině. V tomto případě je hrdl® tvořen© tlakovým pláštěm 24 anuloidického tvaru, který je rozdělen na dvě poloviny dělící rovinou, v níž leží osa stroje. Tento tlakový plášt 24 je přírubově připojen ke skříni 12 turbíny s roz váděcími lopatkami 13. Oběžné kolo 14 turbíny je neseno letmo hří delem 15 a má oběžné lopatky 16. Mezi přírubou skříně 12 turbíny a tlakového pláště 24 hrdla je zacentrována vnější stěna 17 radiálního difuzoru, která je s výhodou nedělená. Vnitřní stěna 18 radiálního difuzoru je spojena pevně s vnitřním kuželem 19 výstupní dýzy, například svařením, nebo tvoří vnitřní stěna 18 á vnitřní kužel 19 jediný odlitek a jsou déle spojeny s vnější částí 20 výstupní dýzy usměrňovacími lopatkami 21, například svařením nebo i rozebíratelným spojením. Vnější část 20 výstupní dýzy je přitom protažena proti proudu tak, že je na ní vytvořena vhodná centráž 22, kterou tato vnější část 20 zabírá do vnější stěny 17 radiálního difuzoru. Vnější čásx 20 výstupní dýzy je uchycena a centrována mezi přírubami 31 tlakového pláště hrdla a výstupního potrubí 23»

Na obr. 3 je znázorněn řez hrdlem rovinou kolmou k ose rota246 804 ce turbíny, která prochází usměrňovači mi lopatkan^i 2· Usměrňovači lopatky % jsou zde tvořeny mříží radiálního typu s malou poměrnou roztečí, která zajišťuje prakticky radiální vtok pracovní látky do výstupní dýzy bez ohledu na velikost obvodové složky v proudovém poli za difuzorem, tvořeným stěnami 2 ^a 6_}jak patrno z obr· 1· Znázorněná usměrňovači mříž může být tvořena například nezakřivenými profily konstantní tloušťky se zaoblenými náběžnými hranami·

Na obr. 4 je ve zvětšeném měřítku znafcomeh řez usměrňovači mříží 2, které je vytvořena z profilů, jejichž maximální tloušťka d je posunuta poměrně blízko k silně zaoblené náběŽné hraně, například platí £ 4 0,3 a 0,1 A 0,5· Přitom je tětiva pro filů položena radiálně a střední čára profilů je nezakřivená. Silná zaoblení náběžných hran umožní spolu s vhodnou volbou poměrná rozteče £ xCl a poměru poloměrů dosáhnout takovou usměrňovači mříží využití významné části obvodové složky kinetické energie, která ještě zbývá za radiálním difuzorem·

Na obr· 5 je jiná provedení usměrňovači mříže, které je vhodné v případech, kdy se smysl obvodové složky výstupní rychlosti za oběžným lopatkováním turbíny mění jen výjimečně· V těch případech áe pro usměrňovači mříž použije s výhodou profilů se zakřivenou střední čarou· I pak platí pro tvary profilů § ~0,5 ® θ»¹ Z.<0,5·

Claims (3)

1. I» Výstupní hrdlo turbíny s radiálním difuzorem_? vyznačené tím, že radiální difuzor, tvořený vnější stěnou /5, 17/ a vnitřní stěnou /6, 18/, přechází do prstencové souosé komory /11, 25/, omezené buň přím© vnějším pláštěm hrdla /44 nebo vytvořené samostatně uvnitř tlakového pláště hrdla /24/, které přechází do radiálně centripetální části, tvořené víkem /5/, radiální stěnou /7/ a usměrňovacím kuželem /8/ nebo vnitřním kuželem /19/ a vnější částí /20/ souosé výstupní dýzy s radiálními usměrňovacími lopatkami /9, 21/.
2. 2. Výstupní hrdl© turbíny podle bodu 1^vyznačené tím, že usměrňovači lopatky /9/ mají na vstupu konstantní tloušťku a poměrnou rozteč £ <1, kde _£ značí rozteč lopatek a _c_ značí délku tětivy profilu lopatek.
3. 3· Výstupní hrdl© turbíny podle bodu 1) vyznačené tím, že usměrňo vací lopatky /9/ jsou tvořeny profily s maximální tloušťkou posunutou k náběžné hraně podle podmínky |S0,3, kde a značí vzdálenost místa největší tloušťky lopatky od náběžné hrany a náhěžnou hranou zaoblenou podle podmínky ^0,5, kde r_n značí poloměr zaoblení náběžné hrany lopatek a ji. největší tloušťku lopatky.