CZ33944U1 - Oběžné kolo náporové parní turbíny - Google Patents

Description

Oblast techniky

Zařízení spadá do oblasti strojírenství, konkrétně se týká oběžného kola, které tvoří rotační část středotlaké parní turbíny.

Dosavadní stav techniky

K transformaci kinetické, tepelné a tlakové energie proudící páry na mechanickou jsou využívány jedno i vícestupňové parní turbíny, jejichž rotační část je tvořena jedním či více oběžnými koly a společnou hřídelí. Průtočný prostor oběžného kola je v současnosti vymezen lopatkovou mříží.

Lopatky jsou nej častěji vyráběny jednotlivě a do oběžného kola se vkládají (případně připevňují jiným způsobem) tak, aby vytvořily řadu kanálů požadovaných rozměrů. Některé lopatkové stroje mají natáčivé lopatky, což umožňuje měnit velikost průtočného průřezu případně ho zcela uzavřít.

Lopatkový kanál je ohraničen, u paty rotorem a na špici buď bandáží, nebo válcovou plochou skříně (statoru). U radiálních turbín je lopatkový kanál ohraničen diskem rotoru nebo statoru. Pro vyšší účinnost jsou používány tzv. zkroucené lopatky (po délce se mění jejich tvar a velikost). Přímé lopatky jsou používány často u radiálních turbín nebo jako krátké lopatky u axiálních turbín. Vzhledem k vysokým rychlostem proudící páry a otáčkám oběžného kola, jsou na lopatky kladeny značné nároky, jak z pohledu volby materiálu, tak z pohledu přesnosti výroby. Pro zajištění dlouhé životnosti lopatky je nezbytné, aby při expanzi páry nedocházelo k částečné kondenzaci a vzniku kapiček, jejichž vysoká hybnost má na lopatky značné erozní účinky

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny níže popsaným zařízením. Podstatou řešení je konstrukce oběžného kola, které místo lopatek užívá hladké náporové prvky s výhodou tvaru válce mnohonásobně větší délky, než je jeho průměr, takovým prvkem může být například kolík či drát. Náporové prvky jsou kruhového nebo čtvercového průřezu a mohou být různé délky.

Náporové prvky jsou seskupeny do segmentů, jež jsou v pravidelných rozestupech osazeny po celém vnějším obvodu oběžného kola mezi dvěma přiléhajícími disky, přičemž jsou mezi oběma disky vzepřeny nosné kolíky avymezovací kolíky. Disky jsou vzájemně spojeny šrouby a uprostřed spodního disku se nachází výstupní hrdlo. Páraje na náporové prvky přiváděna tangenciálně, soustavou trysek rozmístěných po celém obvodu kola nebo jen jeho částí. Dynamický účinek páry na náporové prvky roztáčí oběžné kolo kolem jeho axiální osy. Pára dále pokračuje po pomyslné spirále do středu oběžného kola, odkud je v axiálním směru vedena mimo turbínu. Trysky nejsou součástí oběžného kola, ale skříně (statoru) turbíny.

Mezi výhody tohoto řešení patří výrobní jednoduchost a možnost použití turbíny pro expanzi páry, která má horší či velmi kolísavé parametry tlaku a teploty. Na rozdíl od lopatkové turbíny, může být turbína s tímto oběžným kolem provozována také v oblasti mokré páry (tzn. nemusí být přehřátá). Dalšími výhodami jsou vysoká rychlost náběhu ze studeného stavu na jmenovitý výkon a regulace výkonu turbíny v celém rozsahu s minimálním dopadem na účinnost transformace energie. Díky použití materiálu s vysokou pevností může oběžné kolo pracovat v oblasti otáček 9 až 12 tisíc za minutu.

- 1 CZ 33944 U1

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn řez oběžného kola dle příkladu uskutečnění 3.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Oběžné kolo 1 sestává z předního a zadního disku 2, 3 stejného průměru, které mají společnou osu otáčení. Prostor mezi disky 2, 3 je protékán pracovní látkou (parou, nebo jiným plynem), která je přiváděna tangenciálně na náporové prvky 4 kruhového průřezu, rozmístěné po obvodu oběžného kola L Několik náporových prvků 4 v řadě tvoří segment 5 náporových prvků 4, který je pevně přichycen přesnými nosnými kolíky 6 a vymezovacími kolíky 7 vzepřenými mezi oběma disky 2, 3. Disky 2, 3 jsou spojeny spojovacími šrouby 8. Segmenty 5 náporových prvků 4 jsou v pravidelných rozestupech umístěny po celém obvodu oběžného kola L Působením páry na tyto segmenty 5 se oběžné kolo 1 otáčí kolem své osy. Pára od segmentů 5 postupuje po spirále do středu oběžného kola 1, odkud ve směru osy otáčení vystupuje výstupním hrdlem.

Příklad 2

Příklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že náporové prvky 4 mají čtvercový průřez (v rovině řezu kolmé k podélné ose náporového prvku). Náporové prvky 4 jsou orientovány tak, že proud pracovní látky dopadá na čelní stěnu náporového prvku 4. V tomto provedení dochází k až o 25 % většímu silovému působení na náporové prvky 4 v porovnání s příkladem 1, avšak výrobní proces je složitější.

Příklad 3

Příklad 3 se od příkladu 2 odlišuje tím, že jsou užity dva druhy segmentů 5 náporových prvků 4 lišící se délkou. Segmenty 5 náporových prvků 4 jsou po obvodu oběžného kola 1 rozmístěny s rovnoměrnou roztečí, přičemž jednotlivé druhy segmentů 5 náporových prvků 4 se pravidelně střídají. Takové uspořádání je vhodné pro oběžná kola menších průměrů.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je uplatnitelné ve všech oblastech průmyslu, kde je k dispozici zdroj kontinuálního proudu páry s absolutním tlakem alespoň 8 bar (cca 0,8 MPa) a průtokem alespoň 200 kg/h.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Oběžné kolo oběhové parní turbíny, vyznačující se tím, že sestává z předního a zadního disku (2, 3), mezi kterými jsou umístěny po celé ploše v segmentech (5) náporové prvky (4), přičemž jsou mezi oběma disky (2, 3) vzepřeny nosné kolíky (6) a vymezovací kolíky (7) a dále jsou k sobě disky rozebíratelně spojeny šrouby (8), v ose zadního disku (3) se nachází výstupní hrdlo (9).

-2 CZ 33944 U1

2. Oběžné kolo oběhové parní turbíny podle nároku 1, vyznačující se tím, že náporové prvky (4) v segmentech (5) jsou rozmístěny v řadách.

3. Oběžné kolo oběhové parní turbíny podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že náporové prvky (4) jsou kruhového nebo čtvercového průřezu.

4. Oběžné kolo oběhové parní turbíny podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že náporové 5 prvky (4) jsou různé délky.