EA008156B1

EA008156B1 - Ступень давления паровой/газовой турбины с универсальным бандажом

Info

Publication number: EA008156B1
Application number: EA200501572A
Authority: EA
Inventors: Олег Налётов; Владлен Зитин
Original assignee: Олег Налётов; Владлен Зитин
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2007-04-27
Also published as: CN1788142A; CA2562712C; AU2003228590B2; EP1623097A1; BR0318261A; EA200501572A1; JP2006523792A; JP4195882B2; UA81314C2; HK1092853A1; WO2004099572A1; CN100386502C; AU2003228590A1; CA2562712A1; EP1623097A4

Abstract

Несовершенство конструкций бандажей (8) или подобных деталей лопаток (7) паровых/газовых турбин, включая смежные уплотнения, приводит к уменьшению надежности и КПД. Эти недостатки устранены с помощи радиальных отверстий (12), просверленных в бандаже лопаток (7). Проход пара сквозь отверстия (12) в бандаже приводит к падению градиента давления на поверхность бандажа (8) и предотвращает формирование оксида металлов, солей и других отложений на внутренних поверхностях бандажа (8). Количество и диаметр отверстий (12), так же как их расположение и величина радиальных зазоров в уплотнениях (4, 5) венца бандажа определяют их эффективность.

Description

Изобретение относится к турбомашинам, а именно к ступеням давления паровых/газовых турбин и газовых турбокомпрессоров, снабженных надбандажными уплотнениями, которые расположены на бандаже или встроены в статор турбины.

Изобретение может быть использовано при разработке паровых турбин на турбинных заводахизготовителях, а также для усовершенствования паровых и газовых турбин на тепловых электростанциях и авиационных двигателей с газовыми турбинами и газовыми турбокомпрессорами.

Предшествующий уровень техники

Известны конструкции ступеней давления паровой турбины, подобные представленным на фиг. 1 и 2 [см., например, патенты КИ 2040696, опубл. 25.07.1995; И8 5154581, опубл. 13.10.1992; или И8 5632598, опубл. 27.05.1997], содержащие сопловой (направляющий) аппарат 1 с сопловыми (направляющими) лопатками 2 и экраном 3, ротор, содержащий диск 6, лопатки 7, бандаж 8 и надбандажные уплотнения 4 и 5, встроенные в экран 3 соплового аппарата, как показано на фиг. 1 или 2, или расположенные на бандаже лопаток ротора, как показано на фиг. 2.

Уплотнение бандажа ступени турбины состоит, как правило, из двух гребней, первого гребня 4 по ходу потока пара и второго гребня 5, оба из которых формируют надбандажную камеру И, расположенную вдоль бандажа, включающую радиальные зазоры 111 и 112, определяющие расход пара, проходящего через уплотнение.

Зазоры 111 и 112 устанавливают равными по абсолютной величине для каждой ступени или группы ступеней, эта величина зависит от условий теплового расширения элементов турбины и условий пороговой мощности турбоагрегата, т.е. мощности, при которой возникает низкочастотная вибрация. Бандаж 8 лопаток ротора, виды в плане которого подобны представленным на фиг. 3 и 4, выполнен в форме ленты с отверстиями 15 для штифтов 9 лопаток ротора, которые расклепываются после их установки на лопатках ротора, формируя блок из шести или более лопаток. Части этих бандажей 13, перекрывающие один рабочий канал, не имеют никаких отверстий.

Ступени паровой или газовой турбины, показанные на фиг. 1 и 2, имеют следующие существенные недостатки, которые описаны в последовательности работы турбины:

а) из-за неравномерного распределения зазоров в надбандажных уплотнениях по окружности ступени появляются аэродинамические надбандажные и венцовые силы Томаса, что вызывает неустойчивую работу ротора турбины и его подвески;

б) на внутренней поверхности 8 бандажа лопатки ротора формируются оксиды металла и соли 10, наличие которых закрывает часть проходного сечения рабочих лопаток, что приводит к уменьшению расчётного КПД с последующим снижением мощности турбины;

в) сверхнормативное сжигание топлива вследствие п. б) при различных сравнительных нагрузках турбины приводит к дополнительному потреблению топливных ресурсов.

Сущность изобретения

Решаемая техническая задача - повышение надежности работы паровых и газовых турбин и газовых турбонагнетательных насосов, увеличение фактического КПД и мощности по сравнению с существующими параметрами.

Для решения поставленной технической задачи предлагается гидравлическая осевая машина, работающая на пару или газе, в частности ступень давления паровой/газовой турбины с универсальным бандажом, включающая стационарный корпус; ротор, имеющий внутренний диск, наружный бандаж и множество лопаток, смонтированных между названным диском и названным бандажом; причем по крайней мере на части названного бандажа выполнено множество сквозных отверстий так, чтобы пар или газ проходили радиально наружу через названные отверстия для предотвращения формирования оксидов металла и солей на внутренней поверхности названного наружного бандажа.

Проход пара или газа сквозь отверстия в бандаже приводит к падению градиента давления на поверхность бандажа и предотвращает формирование оксидов металлов, солей и других отложений на внутренних поверхностях бандажей.

Названные отверстия могут быть распределены по названной части названного внешнего бандажа равномерно или в шахматном порядке.

Названные отверстия лучше выбирать так, чтобы их диаметр соответствовал определяемому по следующей формуле:

(0,02^ 0,50) ·&

η·π где η - число названных отверстий, а 8к - площадь части поверхности названного внешнего бандажа.

Машина может дополнительно содержать бандажное уплотнение, включающее два уплотнительных элемента, расположенных на внешней поверхности названного внешнего бандажа, или на внутренней поверхности названного стационарного корпуса, радиально обращенной к названному внешнему бандажу, а названные уплотнительные элементы обеспечивают два радиальных зазора 111 и 112 между

- 1 008156 названным ротором и названным корпусом в направлении потока соответственно, при этом названный зазор 112 выполнен меньшим, чем названный зазор 111.

Перечень фигур

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:

фиг. 1 - продольный разрез ступени давления турбины с бандажными уплотнениями в экране соплового аппарата;

фиг. 2 - продольный разрез ступени давления турбины с бандажными уплотнениями, размещенными на бандаже лопаток ротора;

фиг. 3 - разрез бандажа с фиг. 1;

фиг. 4 - разрез бандажа с фиг. 2;

фиг. 5 - местный вид с фиг. 2 в разрезе по ϋ-ϋ;

фиг. 6 - местный вид с фиг. 1 в разрезе по С-С.

Сведения, подтверждающие возможность использования изобретения

Ступень давления паровой (газовой) турбины (компрессора) (см. фиг. 1 и 2) включает сопловой (направляющий) аппарат 1 с сопловыми (направляющими) лопатками 2 и экран 3, гребни 4 и 5 бандажного уплотнения или гребни 4 и 5, расположенные на бандаже 8 (см. фиг.2), и ротор с бандажом 8, расположенным на лопатках 7 ротора. С целью увеличения КПД и эксплуатационной надежности турбины радиальный зазор 112 второго гребня 5 уплотнения бандажа по ходу потока пара/газа выполнен меньше, чем радиальный зазор 111 по гребню 4 бандажного уплотнения, а также в частях 13, 14, 15 бандажа 8, закрывающих отдельные межлопаточные каналы, выполнена система радиальных выпускных отверстий 12 (см. фиг. 3-6), распределенных равномерно по поверхностям частей 13, 14, 16 бандажа 8. Названные радиальные выпускные отверстия также могут быть расположены в шахматном порядке 16 по линии потока пара/газа 14 и 18, или симметрично к линии потока пара/газа 18 (см. фиг. 4) в межлопаточном канале, для перетечки пара/газа из камеры корпуса 17 выше бандажа (см. фиг. 5) и камеры И выше бандажа к каналу потока и снижению давления выше бандажа, источником названного давления является динамика воздушного потока выше бандажа и ребра силы Томаса, что вызывает неустойчивую работу ротора турбины и его подвески, а когда пар/газ проходит из канала сквозь выпускные отверстия 12 в бандаже 8 к названному бандажному уплотнению канала - это предотвращает формирование оксидов металла и солей 10 на внутренней поверхности бандажа 8. Диаметр ά отверстий 12 и их число η на каждой поверхности 8_к каждого отдельного межлопаточного канала, накрытого частями бандажа 13, 14, 16, находится в следующем отношении:

_{а = 2} 1(0,02.0,50).5, .

V η·π

Благодаря отверстиям 12 в бандаже 8 лопаток 7 ротора, в ходе работы турбины происходит перетечка пара/газа из камеры 11, расположенной выше бандажа, и камеры 17 корпуса, также расположенной выше бандажа, как показано на фиг. 5, по отношению к части канала, расположенного под бандажом, что приводит к появлению эффекта препятствия, предотвращая формирование оксидов металлов и солей на внутренней поверхности бандажа.

Падение давления в камере 11, расположенной вдоль бандажа, и в камере корпуса 17 вдоль бандажа происходит подобно процессу перетечки пара/газа, что исключает возникновение динамики воздуха выше бандажа и гребня силы Томаса, вызывающей неустойчивую работу ротора турбины и его подвески. Это обстоятельство, в свою очередь, позволяет уменьшить радиальный зазор 112 на втором гребне 5, управляющем пороговой мощностью турбоагрегата, что приводит к дополнительному увеличению КПД вследствие снижения перетечек пара/газа по уплотнению.

Выполнение зазоров 111 и 112 по гребням бандажного уплотнения таким образом, что радиальный зазор 112 по второму гребню 5 выполнен меньшим, чем радиальный зазор 111 по первому гребню 4, позволяет регулировать в пределах точно установленных пределов расход пара/газа, проходящего через бандажную камеру 11.

Таким образом, изобретение может быть использовано в следующих целях:

а) как средство предотвращения формирования оксидов металлов и солей на внутренних поверхностях бандажей лопаток ротора;

б) как средство улучшения вибрационных условий работы турбинного блока;

в) с целью увеличения межремонтного периода вследствие пп. а) и б) и продления ресурса турбины.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Гидравлическая осевая машина, работающая на пару или газе, включающая стационарный корпус; ротор, имеющий внутренний диск, наружный бандаж и множество лопаток, смонтированных между названным диском и названным бандажом; по крайней мере на части названного бандажа выполнено множество сквозных отверстий так, чтобы пар или газ проходили радиально наружу через названные отверстия для предотвращения формирования оксидов металла и солей на внутренней поверхности названного наружного бандажа.

-2 008156
2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что названные отверстия равномерно распределены по названной части названного внешнего бандажа.
3. Машина по π. 1, отличающаяся тем, что названные отверстия расположены в шахматном порядке на названной части названного внешнего бандажа.
4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что названные отверстия выбирают так, чтобы их диаметр соответствовал определяемому по следующей формуле:

(0,02^ 0,50) ·&

η·π где η - число названных отверстий, а - площадь части поверхности названного внешнего бандажа.
5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит бандажное уплотнение, включающее два уплотнительных элемента, расположенных на внешней поверхности названного внешнего бандажа или на внутренней поверхности названного стационарного корпуса, радиально обращенной к названному внешнему бандажу, а названные уплотнительные элементы обеспечивают два радиальных зазора 111 и 112 между названным ротором и названным корпусом в направлении потока соответственно, при этом названный зазор 112 выполнен меньшим, чем названный зазор 111.