CZ2001546A3 - Způsob regulace zatíľení polodráľky a teplot vzduchového/olejového těsnění v turbíně - Google Patents

Description

plynové turbiny pro výrobu elektrické energie, přičemž se zejména týká způsobu regulování hmotnostního průtoku odsávacího ventilátoru pro udržování zatížení polodrážky, a to za účelem zabránění vznícení či vyhoření ložiska v důsledku vysoké teploty vzduchového/olejového těsnění.

Dosavadní stav techniky

U běžné plynové turbíny je rotor turbíny vytvořen prostřednictvím naskládání oběžných kol a rozpěrných vložek za sebou, přičemž jsou takto naskládaná oběžná kola a rozpěrné vložky k sobě vzájemně sešroubovány. Mezi oběžnými koly a rozpěrnými vložkami jsou obvykle provedeny spoje na polodrážku.

Během obvyklého odstavení turbíny může dojít k tomu, že spoj na polodrážku mezi oběžným kolem čtvrtého stupně a zadním hřídelem nebude zatížen v důsledku vysokého stupně chlazení, způsobovaného neustálým provozem ložiskového odsávacího ventilátoru, čehož výsledkem bude vytvoření mezery. Otevřený nebo nezatížený spoj na polodrážku může způsobit, že dojde k pohybu součástí vzájemně vůči sobě,

v důsledku čehož může dojít ke ztrátě vyváženosti rotoru, což může případně vést ke vzniku vysokých vibrací a k potřebě nákladného a časově náročného opětovného vyvažování nebo přímo výměny rotoru.

Nevyváženost rotoru je z provozního hlediska nepřijatelná, a proto se konstrukční inženýři obvykle snaží o to, aby bylo zajištěno, že k takové nevyváženosti vůbec nedojde. Pokud je naopak ložiskový odsávací ventilátor během odstávky turbíny vypnut, pak teplota předního vzduchového/olejového těsnění přesáhne maximální konstrukční praktická kriteria v důsledku jevu „zpětného nasakování. Teplota vzduchového/olejového těsnění, která přesáhne· stanovené maximální konstrukční meze, může způsobit vznícení či vyhoření ložiska s katastrofickými důsledky pro celé soustrojí turbíny.

Podstata vynálezu

V souladu s příkladným provedením předmětu tohoto vynálezu byl proto vyvinut způsob provozu turbíny, který obsahuje udržování zatížení spoje na polodrážku při udržování teploty vzduchového/olejového těsnění přijatelně nízké prostřednictvím regulování tepelného parametru turbíny s existující součástí turbíny.

Krok regulování tepelného parametru turbíny s výhodou obsahuje regulování hmotnostního průtoku vzduchu odsávacím rámem turbíny.

· odsávací

ú.· ·· • ·

9 9 • · ·

Existující součást turbíny s výhodou obsahuje ventilátor, přičemž krok regulování hmotnostního průtoku vzduchu obsahuje regulování rychlosti odsávacího ventilátoru.

V souladu s dalším výhodným vynálezu byl rovněž obsahující oběžné kolo vyvinut turbíny spolu spojené v osovém mezi nimi, odlišně citlivé na tepelný nesoulad, provedením předmětu tohoto způsob provozu turbíny, a zadní hřídel, vzájemně uspořádání se spojem na polodrážku přičemž oběžné kolo turbíny a zadní hřídel jsou přechodný stanovení termodynamického s charakteristikami uplatňované teploty, vytvářející přičemž daný způsob obsahuje modelu součástí turbíny a regulováním hmotnostního rámem turbíny v souladu v souladu součástí, průtoku vzduchu odsávacím nú' s termodynamickým modelem.

Charakteristiky součástí teplotu, hmotnost, hustotu, relativní polohu a rychlost.

s výhodou zahrnují provozní

Krok regulování obsahuje regulování rámem turbíny.

tepelného parametru hmotnostního průtoku turbíny vzduchu s výhodou odsávacím

Krok regulování hmotnostního průtoku vzduchu s výhodou obsahuje regulování rychlosti odsávacího ventilátoru turbíny v souladu s termodynamickým modelem.

V souladu s ještě dalším výhodným provedením tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut turbíny, obsahující oběžné kolo čtvrtého v blízkosti zadního hřídele, přičemž daný regulování rychlosti odsávacího předmětu způsob provozu stupně, způsob ventilátoru umístěné obsahuje turbíny .

v blízkosti spoje na polodrážku mezi oběžným kolem čtvrtého stupně a zadním hřídelem pro regulování rychlosti chlazeni spoje na polodrážku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 turbíny; a	znázorňuje	částečný pohled v řezu	na část
obr. 2	znázorňuje	příkladné vyobrazení	turbiny,
zobrazuj ící	stanovení	termodynamického modelu.

Příklady provedení vynálezu

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněna část turbíny, zahrnující rotor turbíny, obecně označený vztahovou značkou 10 a sestávající ze za sebou uspořádaných součástí, například z oběžných kol 12, 14, 16 a 18, která tvoří části čtyřstupňového příkladného rotoru 10 turbíny, přičemž jsou mezi těmito oběžnými koly 12, 14, 16 a 18 střídavě uspořádány rozpěrné vložky 20, 22 a 24.

Zde je nutno zdůraznit, že oběžná kola 12, 14, 16 a 18 a rozpěrné vložky 20, 22 a 24 jsou k sobě vzájemně v rotoru 10 turbíny přidržovány prostřednictvím většího počtu podélných po obvodu umístěných šroubů, z nichž je znázorněn pouze jeden, který je označen vztahovou značkou 26.

Oběžná kola 12, 14, 16 a 18 jsou příslušně opatřena velkým množstvím obvodově rozmístěných turbínových lopatek 12a, 14a, 16a a 18a. Trysky 30, 32, 34 a 36 vytvářejí společně s příslušnými lopatkami 12a, 14a, 16a a 18a stupně turbíny.

Oběžná kola 12, 14, 16 a 18 a rozpěrné vložky 20, 22 a 24 leží ve vzájemném osovém uspořádání, přičemž jsou mezi oběžnými koly a rozpěrnými vložkami uspořádány spoje na polodrážku. Jeden příkladný spoj 40 na polodrážku je znázorněn mezi oběžným kolem 18 posledního stupně a zadním hřídelovým kolem 42, tvořícím součást zadního hřídele 44.

Spoje na polodrážku jsou udržovány jako vzájemně upevněné ve všech rozmezích provozu turbíny. Jak je na obr.. 1 znázorněno, je zadní hřídel 44 otočný spolu s rotorem 10 turbíny v zadním ložisku 46.

Během provozu turbíny dochází k tepelným rozdílům mezi různými součástmi rotoru, a to zejména během odstávky turbíny nebo během jejího spouštění. Soustrojí je obvykle opatřeno neustále běžícím ložiskovým odsávacím ventilátorem 48. Během provozu turbíny za ustáleného stavu leží rozdělení teplot mezi různými součástmi turbíny v rámci předem stanoveného rozmezí tepelného nesouladu, ve kterém nebude docházet k nepříznivému ovlivňování provozu turbíny.

Avšak během přechodných provozních stavů (například během odstávky turbíny nebo během jejího spouštění) jsou tepelné rozdíly výrazně větší v důsledku vysokého stupně chlazení, způsobovaného odsávacím ventilátorem £8, což musí být příslušně vyrovnáno.

• ·

Například spoj 40 na polodrážku mezi zadním hřídelovým kolem 42 a oběžným kolem 18 posledního, tj. čtvrtého stupně, má výrazný tepelný nesoulad, který leží daleko za přípustným rozmezím tepelného nesouladu. Takovýto velký tepelný nesoulad může způsobit otevření nebo nezatížení polodrážky v důsledku odlišných velikostí tepelné roztažnosti a smršťování, což může způsobit, že dojde k vzájemnému pohybu součástí vůči sobě, v důsledku čehož může dojít ke ztrátě vyváženosti rotoru, což může vést k vysokým vibracím a k požadavkům na nákladné vyvážení rotoru nebo na jeho výměnu.

Během odstávky turbíny je přerušeno proudění horkých plynů, proudících přes dráhu horkých plynů v různých stupních turbíny, a proudění páry chladicími kanály v okruhu chladicího systému. Jelikož má oběžné kolo 18 velmi vysokou hmotnost, a jelikož bylo ohřáto na velmi vysokou teplotu během provozu turbíny za ustálených provozních podmínek, bude toto oběžné kolo 18 ztrácet teplo velmi malou rychlostí v porovnání s tepelnými ztrátami zadního hřídelového kola 42, v důsledku čehož bude docházet k velkému tepelnému nesouladu ve spoji 40 na polodrážku.

V souladu s jedním přístupem, jak napravit tento problém,, může být odsávací ventilátor 48 během odstávky turbíny zastaven za účelem boje s tepelným nesouladem ve spoji 40 na polodrážku. V tomto kontextu však při vypnutém odsávacím ventilátoru 48 během odstávky může teplota předního vzduchového/olejového těsnění 50 snadno přesáhnout maximální konstrukční praktická kriteria v důsledku „zpětného nasakování. Teplota vzduchového /olejového těsnění 50, která přesáhne stanovené maximální konstrukční limity, může · · · • · · způsobit vzníceni či vyhoření ložiska, což může mít pro soustrojí turbíny katastrofické následky.

Takže prostřednictvím regulace hmotnostního průtoku odsávaného vzduchu na výstupu ložiskového odsávacího ventilátoru 48 během přechodného stavu může být zátěž polodrážky udržována v přijatelných mezích, přičemž teplota vzduchového/olejového těsnění může být udržována pod stanovenými limity. Regulování hmotnostního průtoku vzduchu přes turbínový odsávací rám je dosaženo prostřednictvím regulování rychlosti provozu odsávacího ventilátoru 48.

Rychlost odsávacího ventilátoru 48 se mění v průběhu času v závislosti na profilu, stanoveném na základě termodynamických charakteristik stroje, kterými jsou vlastnosti. fyzikálních a mechanických aspektů strojních součástí.

S využitím rozvinutého podrobného fyzikálního modelu úplného proudění, znázorněného na vyobrazení podle obr. 2, může být základní linie přechodného stavu při odstávce turbíny analyzována jak z tepelného, tak i z mechanického hlediska pro účely stanovení, jaký pracovní program ložiskového odsávacího ventilátoru 48 zajistí dosažení požadovaných výsledků.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněn příkladný termodynamický model konstrukce plynové turbíny Generál Electric Model 7H. Tento model zahrnuje detailní po částech provedenou termodynamickou konstrukční analýzu stroje, zahrnující například 650 plných (stacionární a rotační část) fyzikálních tekutinových prvků, 25 000 dvourozměrných • · ··

tepelných pevných prvků, 40 000 uzlů, 7 000 povrchových prvků s 1 200 mezními podmínkami, 1 000 vodivých spojení pro přenos tepla, a 3 000 radiačních spojení pro přenos tepla při opakování za každých 100 vteřin.

Termodynamické modely, jako je ten, který je znázorněn na vyobrazení podle obr. 2, se budou ve skutečnosti u každého stroje měnit, takže jak již bylo zdůrazněno, je termodynamický model, znázorněný na vyobrazení podle obr. 2, pouze příkladný.

S využitím termodynamického modelu, jako je příkladný tepelný model, vyobrazený na obr. 2, může být stanoveno přijatelné profilové rozmezí pro regulaci odsávacího ventilátoru, které může být optimalizováno tak, aby splňovalo konstrukční kriteria pro udržování zatížení polodrážky a pro udržování uzavřeného spoje na polodrážku při současném udržování vzduchového/olejového těsnění 50 na přijatelně nízké teplotě.

V tomto kontextu mohou profily probíhat tímto modelem a mohou být optimalizovány s využitím statistických postupů pro získání robustního uspořádání, které poskytuje výrazné rozpětí mezi přijatelnými limity (to znamená zatížení polodrážky a teploty vzduchového/olejového těsnění).

S využitím způsobu podle tohoto vynálezu pak prostřednictvím regulace ložiskového odsávacího ventilátoru velice přesným způsobem v závislosti na optimalizovaném profilu odsávacího ventilátoru může být zatížení polodrážky udržováno v přijatelných mezích během přechodného stavu turbíny (jako je odstávka turbíny nebo její spouštění), '•4

4·· · Φ Φ Φ Φ Φ ♦ Φ

Φ φ φ Φ · ·ΦΦ

ΦΦΦ φφ ·Φ ΦΦΦΦ ΦΦ ΦΦΦ přičemž teplota vzduchového/olejového těsněni může být udržována pod stanovenými limity.

S pomoci přesné regulace průtoku ventilátoru, napájejícího chladicí okruh zadního hřídele, může schopnost procesu snadno přesáhnout šest sigma jak pro zátěž polodrážky, tak pro teplotu těsnění, v důsledku čehož může být odstraněn tepelný nesoulad ve spoji na polodrážku.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se neomezuje pouze na shora popsané provedení, neboť je naopak určen k pokrytí různých modifikací a ekvivalentních uspořádání, které spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků.

Claims (8)

1. Způsob provozu turbíny, vyznačující se tím, že obsahuje udržování zatížení spoje (40) na polodrážku při udržování teploty vzduchového/olejového těsnění (50) přijatelně nízké prostřednictvím regulování tepelného parametru turbíny s existující součástí turbíny.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok regulování tepelného parametru turbíny obsahuje regulování hmotnostního průtoku vzduchu odsávacím rámem turbíny.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že existující součást turbíny obsahuje odsávací ventilátor (48), přičemž krok regulování hmotnostního průtoku vzduchu obsahuje regulování rychlosti odsávacího ventilátoru.

4. Způsob provozu turbíny, obsahující oběžné kolo (18) turbíny a zadní hřídel (44), vzájemně spolu spojené v osovém uspořádání se spojem (40) na polodrážku mezi nimi, přičemž oběžné kolo turbíny a zadní hřídel jsou odlišně citlivé na uplatňované teploty, vytvářející přechodný tepelný nesoulad, vyznačující se tím, že daný způsob obsahuje stanovení termodynamického modelu součástí turbíny v souladu s charakteristikami součástí, a regulováním hmotnostního průtoku vzduchu odsávacím rámem turbíny v souladu s termodynamickým modelem.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím,že charakteristiky

11-í).

součásti zahrnují provozní teplotu, hmotnost, hustotu, relativní polohu a rychlost.

6. Způsob podle nároku 4, vyznačující setím, že krok regulování tepelného parametru turbíny obsahuje regulování hmotnostního průtoku vzduchu odsávacím rámem turbíny.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že krok regulování hmotnostního průtoku vzduchu obsahuje regulování rychlosti odsávacího ventilátoru (48) turbíny v souladu s termodynamickým modelem.

8. Způsob provozu turbíny, obsahující oběžné kolo (18) čtvrtého stupně, umístěné v blízkosti zadního hřídele (44), vyznačující se tím, že daný způsob obsahuje regulování rychlosti odsávacího ventilátoru (48) turbíny v blízkosti spoje (40) na polodrážku mezi oběžným kolem čtvrtého stupně a zadním hřídelem pro regulování rychlosti chlazení spoje na polodrážku.