CZ33945U1 - Oběžné kolo s přepážkami pro náporovou parní turbínu - Google Patents

Description

Oběžné kolo s přepážkami pro náporovou parní turbínu

Oblast techniky

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

Dosavadní stav techniky

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

Průtočný prostor oběžného kola je vymezen lopatkovou mříží. Lopatky jsou nejčastěji vyráběny jednotlivě a do oběžného kola jsou vkládány (případně připevňovány 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 se používají tzv. zkroucené lopatky (po délce se mění jejich tvar a velikost). Přímé lopatky se používají 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

Podstatou řešení je konstrukce oběžného kola, která místo lopatek používá hladké náporové prvky s výhodou tvaru válce mnohonásobně větší délky, než je jeho průměr (zjednodušeně drát či kolík). Náporové prvky jsou seskupeny do přepážek, jež jsou v rozestupech osazeny mezi dvěma přiléhajícími disky po celém vnějším obvodu oběžného kola. Tyto přepážky jsou dělené. Mezi předním a zadním diskem jsou umístěny nosné a vymezovací kolíky.

Disky jsou vzájemně spojeny šrouby a na zadním disku, uprostřed se nachází výstupní hrdlo. Pára je na náporové prvky přiváděna tangenciálně soustavou trysek rozmístěných po celém obvodu kola či jen jeho části. Dynamický účinek páry na náporové prvky roztáčí oběžné kolo kolem své axiální osy. Aby nedocházelo ve zvýšené míře ke vzniku energetických zrát, je proudění páry za náporovými prvky usměrněno přepážkami, které jsou konstrukčně provedeny podobně jako náporové prvky.

Mezi výhody tohoto řešení patří výrobní jednoduchost a možnost použití turbíny pro expanzi páry, která má nekvalitní 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. Použitím přepážek jsou sníženy energetické ztráty, což

- 1 CZ 33945 U1 zvyšuje účinnost přeměny kinetické energie na mechanickou a tím i k výraznému nárůstu výkonu. Přepážky lze však instalovat pouze u oběžných kol větších průměrů (>400 mm).

Objasnění výkresů

Na obrázku 1 se nachází řez oběžného kola dle příkladu 3. Obrázek 2 představuje axonometrický pohled na oběžné kolo.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Oběžné kolo 1 náporové turbíny se skládá z předního a zadního disku 2, 3 stejného průměru, které mají společnou osu otáčení. Pracovní látka (pára, nebo jiný plyn) vstupuje do oběžného kola 1 po vnějším obvodu, kde silově působí na náporové prvky 4. Pracovní látka dále postupuje do středu oběžného kola 1, přičemž proudí podél přepážek 5, které usměrňují proudění pracovní látky tak, aby na cestě k výstupnímu hrdlu 9 urazila co nejkratší trasu, a tím se minimalizovaly energetické ztráty. Přepážky 5 jsou tvořeny těsně vedle sebe seřazenými dráty různých profilů ovinutých kolem nosných kolíků 6 a pevně ustaveny ve své neměnné poloze vymezovacími kolíky 7. Šířka přepážky 5 odpovídá šířce mezery mezi předním a zadním diskem 2, 3, jejichž vzájemná poloha je ustavena spojovacími šrouby 8.

Náporové prvky 4 mají všechny stejnou délku, která je poloviční v porovnání s délkou přepážky 5_(varianta s krátkými náporovými prvky).

Příklad 2

Příklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že u oběžných kol 1 velkých průměrů jsou přepážky 5 dělené.

Příklad 3

Příklad 3 se od příkladu 1 odlišuje tím, že náporové prvky 4 jsou provedeny ve dvou rozměrových variantách, které se pravidelně po obvodu oběžného kola 1 střídají. Délka delšího náporového prvku 4 se rovná délce přepážky 5.

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 600 kg/h.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Oběžné kolo s přepážkami pro náporovou parní turbínu, vyznačující se tím, že sestává z předního a zadního disku (2, 3) mezi kterými jsou umístěny po celé ploše v přepážkách (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 disku (3) se nachází výstupní hrdlo (9).

2. Oběžné kolo s přepážkami podle nároku 1, vyznačující se tím, že náporové prvky (4) jsou kruhového nebo čtvercového průřezu.

-2 CZ 33945 Ul

3. Oběžné kolo s přepážkami podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že přepážky (5) jsou 5 dělené.

4. Oběžné kolo oběhové parní turbíny podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že náporové prvky (4) jsou různé délky, přičemž jejich délka je poloviční v porovnání s délkou přepážky (5) nebo se jí rovná.