CZ2004645A3 - Zpusob regulace tlaku v odberu turbiny a zarízeník provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Medium po pruchodu cástí turbiny nad místem odberu je vedeno do natácivých lopatek (1) statoru, upevnených v telese (2) bezlopatkového radiálne axiálního konfuzoru (8), ovládaných pákami (3), sprazenými pomocí vence (4), který je natácen servomotorem (5) pomocí táhla (6), zapadajícího do vidlice (7) na venci (4). Výstup z bezlopatkového radiálne axiálního konfuzoru (8) je veden do axiálního obezného kola turbiny. Bezlopatkový radiálne axiální konfuzor (8) je dutina v jeho telese (2), která navazuje na kanál tvorený natácivými lopatkami (1) statoru. Medium je v bezlopatkovém radiálne axiálním konfuzoru (8) usmernováno z radiálního smeru do smeru axiálního. Výstup z bezlopatkového radiálne axiálního konfuzoru (8) je veden do obezných lopatek(9).

Description

ZPŮSOB REGULACE TLAKU V ODBĚRU TURBINY A ZAŘÍZENÍ K PROVÁDĚNÍ TOHOTO ZPŮSOBU

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti turbin s regulovanými odběry. Jejich účelem je dodávat do rozvodné sítě napojené na příslušný regulovaný odběr turbiny část média protékajícího turbinou a regulovat tlak media v této rozvodné síti. Médiem s nímž turbina pracuje je obvykle pára, ale mohou jím být i plyny či směsi plynů a par. Vynález může být použit v parních i plynových expanzních turbinách.

Dosavadní stav techniky

Hmotnostní tok media vstupující do odběrové turbiny se dělí v místě odběru na dvě části. Jedna část hmotnostního toku media je vedena odběrem z turbiny do rozvodné sítě. Druhá část hmotnostního toku media je vedena do navazující části turbiny pracující na nižší tlakové úrovni než je tlak v odběru turbiny.

Rozvodné sítě tlakového média dodávaného z regulovaného odběru turbiny napájí jeden, nebo více spotřebičů. Medium dodávané z odběru turbiny je pracovním mediem spotřebičů připojených k rozvodné síti. Spotřebiče vyžadují obvykle udržování tlaku pracovního media, stavové veličiny, v relativně úzkém rozmezí, nebo konstantní. Hmotnostní průtok media spotřebiči však není obecně konstantní. Tato situace vyžaduje regulační orgán v systému turbina a rozvodná síť media. Výchylky tlaku způsobené v rozvodné síti kolísáním hmotnostního průtoku media do spotřebičů musí být regulačními zásahy neustále odstraňovány. Regulační orgán reaguje na výchylky tlaku v rozvodné síti tím, že mění poměr hmotnostního toku media do odběru a do navazující částí turbiny pracující na nižší tlakové úrovni, než je tlak v odběru turbiny. Regulační orgán tak škrtí průtok media do té části turbiny, která pracuje na nižší tlakové úrovni než je tlak v odběru. Důsledkem změny rozdělení hmotnostních toků jsou požadované regulační zásahy udržující tlak v odběru na požadované hodnotě.

Proces škrcení je složitý termodynamický děj, který lze pro potřeby tohoto výkladu zjednodušit na dva idealizované dílčí děje. Prvním je isoentropická přeměna části entalpie media na kinetickou energii a druhým pak isobarický ohřev, kdy teplo předané soustavě je rovno právě kinetické energii media a mechanismem přeměny této kinetické energie v teplo jsou nevratné vířivé děje. Při škrcení je entalpie media na počátku a po ukončení děje u izolované soustavy totožná.

V současné době se pro regulaci tlaku media v rozvodné síti napájené z regulovaného odběru turbiny používají různé typy škrtících orgánů instalované uvnitř ve skříni turbiny. Jsou to například ventily, clony, natáčivé ·* ···· φ · · • φ • · • · ···· φ φφ φφφφ φ φ φ φ φφφφ φφφ · φ φ · φφ φφφ φφ φ • φ φ φ φφφ φ φφφφ φ φ · lopatky a jiné, kterými je regulován průtok páry do části turbiny pracující na nižší tlakové úrovni než je tlak v regulovaném odběru. Společným znakem těchto škrtících zařízení je to, že škrtící zařízení pro změnu termodynamického stavu media využívá princip dýzy s proměnným průtočným průřezem hrdla. Vlivem zmenšení průtočného průřezu nastává děj jehož modelovým vyjádřením je výše zmiňovaná isoentropická expanze. Následně je kinetická energie media mařena vířením (přeměněna v teplo) v navazujícím traktu turbiny před dalšími lopatkovými částmi. Tím dochází k nevratnému nárůstu entropie media a tedy poklesu účinnosti celé přeměny tepelné energie (entalpie media) na mechanickou práci. Medium je po průchodu oběma procesy škrcení, expanzí a zbržděním s nevratným zmařením kinetické energie, opět urychlováno ve statorových kanálech navazující lopatkové části. Kinetická energie media provázející samotný proces škrcení není účelně využita.

Podstata vynálezu

Předkládaný způsob regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu odstraňuje nedostatek stávajících řešení, který spočívá v maření kinetické energie media při škrcení jeho průtoku v odběrovém regulačním orgánu turbiny. Předkládaný způsob regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu spočívá v tom, že medium po průchodu částí turbiny nad místem odběru je vedeno do natáčivých lopatek statoru upevněných v tělese bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru ovládaných pákami spřaženými pomocí věnce, který je natáčen servomotorem pomocí táhla zapadajícího do vidlice na věnci. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru je veden do axiálního oběžného kola turbiny. Bezlopatkový radiálně axiální konfuzor je dutina v tělese bezlopatkového radiálně axálního konfuzoru, která navazuje na kanál tvořený natáčivými lopatkami statoru. Medium je v bezlopatkovém radiálně axiálním konfuzoru usměrňováno z radiálního směru do směru axiálního. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru je veden do oběžných lopatek.

Kinetická energie media po průchodu hrdlem regulačního orgánu je v navazujících průtočných částech turbiny využívána k přeměně v mechanickou práci, nikoliv v teplo.

Předkládaný způsob regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu, který využívá kinetickou energii škrceného media k přeměně v mechanickou práci lze realizovat pomocí tří sériově zařazených prvků. První dva prvky tvoří statorovou část, ve které se nachází hrdlo regulačního orgánu. Ve statorové části dochází k přeměně části entalpie media v kinetickou energii proudícího media. Medium proudící statorem nevykonává žádnou práci. Třetí navazující částí je rotorová část, ve které je kinetická energie proudícího media měněna v mechanickou práci na hřídeli turbiny.

Prvním prvkem statorové části jsou radiální natáčivé lopatky a druhým navazujícím prvkem statorové části je radiálně axiální bezlopatkový konfuzor. Expanze plynu ve statoru má dvě fáze. V první fázi medium protéká natáčivými lopatkami a konfuzornost jimi vytvořeného kanálu zajišťuje první ·· ··** »· ···» část expanze. Natáčivé lopatky svým tvarem vytváří hrdlo regulačního orgánu. Druhá část expanze pak nastává v navazujícím radiálně axiálním bezlopatkovém konfuzoru. Medium vystupující z natáčivých lopatek vstupuje bezprostředně do radiální části bezlopatkového konfuzoru. Urychlení proudu nastává v důsledku zachování momentu hybnosti při pohybu media směrem k menším poloměrům radiální části konfuzoru. Zvýšení rychlosti je pak v důsledku zachování celkové energie proudu nevykonávajícího práci provázeno poklesem tlaku. Výstupní část konfuzoru otáčí proud media z roviny radiální části konfuzoru do směru axiálního. Zde medium vstupuje do rotorových lopatek a koná mechanickou práci.

Natáčivé lopatky regulují průtok media zmenšením nejužšího průřezu kanálu přestavením své vzájemné polohy. Tímto způsobem se mění nejen průtok media natáčivými lopatkami, ale též výstupní úhel proudu. Proud vystupující z natáčivých lopatek je v širokém rozmezí průtoků a tím výstupních úhlů souvislý. V proudovém poli za natáčivými lopatkami jsou patrné jen běžné úplavy za výstupní hranou, nikoliv však odtržení. Radiálně axiální konfuzor do kterého proud z natáčivých lopatek vstupuje je rotačně symetrická dutina. Jeho předností je to, že umožňuje následnou expanzi media pro libovolné úhly vstupu. Sériovou kombinací obou prvků dochází ke vzniku velmi cenné vlastnosti takto vytvořené statorové části. Umožňuje regulaci průtoku ve velmi širokém rozmezí, přičemž průtočné kanály statorové části jsou za všech režimů aerodynamicky kvalitní. Medium urychlené v regulačním orgánu vlivem škrcení průtoku je přivedeno na rotorovou část konající práci bez záměrného maření kinetické energie provázené nárůstem entropie. Z hlediska rozsahu provozních režimů a účinnosti průtočných kanálů představuje řešení velmi flexibilní prvek.

Výhodou tohoto způsobu je totální ostřik regulačního stupně.

Přehled obrázků

Funkce způsobu regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu je osvětlena na přiloženém obrázku, zobrazujícím řez axiální odběrovou turbinou.

Příklad provedení vynálezu

Způsob regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu sestává z natáčivých lopatek statoru 1 upevněných v tělese bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru 2 ovládaných pákami 3 spřaženými pomocí věnce 4, který je natáčen servomotorem 5 pomocí táhla 6 zapadajícího do vidlice 7 na věnci 4. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru je veden do axiálního oběžného kola turbiny. Bezlopatkový radiálně axiální konfuzor 8 je dutina v tělese bezlopatkového radiálně axálního konfuzoru 2, která navazuje na kanál tvořený natáčivými lopatkami statoru 1. Medium je v bezlopatkovém radiálně axiálním konfuzoru 8 usměrňováno z radiálního směru do směru axiálního. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru 8 je veden do oběžných lopatek

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Způsob regulace tlaku v odběru turbiny a zařízení na provádění tohoto způsobu vyznačující se tím, že medium po průchodu částí turbiny nad místem odběru je vedeno do natáčivých lopatek statoru 1 upevněných v tělese bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru 2 ovládaných pákami 3 spřaženými pomocí věnce 4, který je natáčen servomotorem 5 pomocí táhla 6 zapadajícího do vidlice 7 na věnci 4. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru je veden do axiálního oběžného kola turbiny. Bezlopatkový radiálně axiální konfuzor 8 je dutina v tělese bezlopatkového radiálně axálního konfuzoru 2, která navazuje na kanál tvořený natáčivými lopatkami statoru 1.. Medium je v bezlopatkovém radiálně axiálním konfuzoru 8 usměrňováno z radiálního směru do směru axiálního. Výstup z bezlopatkového radiálně axiálního konfuzoru 8 je veden do oběžných lopatek