PL160805B1

PL160805B1 - Steam turbine stage

Info

Publication number: PL160805B1
Application number: PL27642488A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Gardzilewicz; Stanislaw Marcinkowski
Original assignee: Polska Akademia Nauk Instytut; Przedsieb Wdrazania Upowszech
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1993-04-30
Also published as: PL276424A1

Abstract

1. Stopień turbiny parowej składający się z tarczy kierowniczej i tarczy wirnikowej, znamienny tym, że za tarczą wirnikową na wyskości szczeliny (S) nad łopatkami wirnikowymi (3) posiada pierścień kierujący (8).1. Steam turbine stage consisting from the steering plate and the rotor plate, characteristic behind the impeller at a height the slots (S) above the impeller blades (3) has a guide ring (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja stopnia turbiny parowej, której zadaniem jest skierowanie pary przepływającej przez szczelinę nad łopatkami wirnikowymi do upustu.The subject of the invention is the construction of the steam turbine stage, the task of which is to direct the steam flowing through the slot above the rotor blades to the vent.

W konstrukcji stopni turbinowych ze względów ruchowych konieczne jest utrzymanie szczelin nad łopatkami wirnikowymi. W przypadkach, gdy łopatki wirnikowe otoczone są bandażami wykonuje się na nich uszczelnienia najczęściej w postaci zaostrzonych elementów metalowych tworzących wraz z przeciwległymi im elmentami kadłuba szczelinę. Uszczelnienie takie przedstawione w opisie patentowym RFN nr 1 551 184, gdzie na otaczającym łopatki wirnikowe bandażu wykonano ostrze, nazwane paskiem uszczelniającym, współpracuje z zamocowanym sprężyście w kadłubie bandażem stałym. Elementy te oddziaływują na przepływający między nimi strumień pary w sposób bierny, wyłącznie dławiąc go poprzez minimalizację szczeliny. Strumień pary przepływającej przez te szczeliny nie oddaje energii wirnikowi, posiada wyższą energię w stosunku do strumienia pary za łopatkami wirnikowymi; a także inny kierunek przepływu. Jest to powodem występowania w tej części kanału turbinowego strat energetycznych, które wynikają z procesu mieszania strumieni, powstawania stref oderwanych oraz z niewłaściwego napływu czynnika na profile łopatkowe kolejnego stopnia. Sprawność przepływu pogarsza jeszcze fakt, że wypływająca ze szczeliny para utrudnia odpływ czynnika do upustu tworząc rodzaj „kurtyny aerodynamicznej.In the construction of turbine stages, for movement reasons, it is necessary to maintain gaps above the rotor blades. In cases where the rotor blades are surrounded by bandages, they are sealed most often in the form of sharpened metal elements forming a gap with the opposing elements of the fuselage. Such a seal is presented in the German patent specification No. 1,551,184, where a blade, called a sealing strip, is made on the bandage surrounding the rotor blades, cooperating with a fixed bandage resiliently fixed in the hull. These elements have a passive effect on the steam flowing between them, only throttling it by minimizing the gap. The stream of steam flowing through these slots does not give energy to the rotor, it has a higher energy than the stream of steam behind the impeller blades; as well as a different flow direction. This is the reason for the occurrence of energy losses in this part of the turbine channel, which result from the process of mixing the streams, the formation of detached zones and the improper influx of the medium onto the blade profiles of the next stage. The flow efficiency is further worsened by the fact that the steam flowing out of the slot hinders the flow of the medium to the vent, creating a kind of an "air curtain".

W dotychczasowych konstrukcjach stopni turbin parowych, energię pary z przecieku przez szczelinę nad łopatkami wirnikowymi, wskutek procesów mieszania strumieni, wykorzystywano tylko częściowo. Dodatkowo w stopniach pracujących w parze mokrej energia kinetyczna wypływającej przez szczeliny pary przeszkadza przedostaniu się do upustu odseparowanej przez wirnik wody. Znane są dotychczas różne rozwiązania zmieniając kierunek przepływu pary w obrębie nieszczelności, stosowane w celu poprawy współczynnika sprawności stopnia turbiny.In the previous designs of steam turbine stages, the steam energy from leakage through the gap above the rotor blades, due to the mixing processes of the streams, has been used only partially. Additionally, in the stages operating in wet steam, the kinetic energy of the steam flowing through the gaps prevents the water from entering the outlet separated by the impeller. Various solutions have been known to date for changing the direction of the steam flow within the leakage, used to improve the efficiency of the turbine stage.

Jednym z nich jest konstrukcja stopnia turbiny według patentu nr 74 124, której zadaniem jest poprawa organizacji przepływu czynnika roboczego i dotyczy uszczelnia u stopy łopatek wirnikowych. Inne znane rozwiązania dla poprawy sprawności np. z publikacji J. W. Elsnera, pt.: „Aerodynamika palisad łopatkowych - Ossolineum - 1988, ograniczają i przeciwdziałają rozwojowi przepływów wtórnych. Jeszcze inne rozwiązania znane z publikacji I. I. Kirriłłowa i in. pt. „Parowyje turbiny i parowoturbinnyje ustanowki Leningrad 1978, dotyczą efektywnego usuwania wody ze stopni. Są to w większości rozwiązania konsrukcyjne polegające na zastosowaniu prowadnic strug w postaci profilowanych przegród, występów, uskoków i żeber na powierzchniach obrzeży i łopatek, jak również systemu szczelin, otworków i perforacji umożliwiających doprowadzenie lub tez odsysanie czynnika z kanału przepływowego.One of them is the construction of the turbine stage according to patent No. 74 124, the task of which is to improve the organization of the flow of the working medium and concerns the seals at the foot of the rotor blades. Other known solutions to improve efficiency, eg from the publication of J. W. Elsner, entitled: "Aerodynamics of blade palisades - Ossolineum - 1988, limit and counteract the development of secondary flows. Still other solutions known from the publications of I. I. Kirriłłów et al. Fri “Steam turbines and steam turbines established in Leningrad 1978 concern the effective removal of water from the steps. These are mostly structural solutions consisting in the use of stream guides in the form of profiled partitions, protrusions, protrusions and ribs on the surfaces of the rims and blades, as well as a system of slots, holes and perforations enabling the supply or suction of the medium from the flow channel.

Celem wy nalazku jest zmniejszenie strat energii związanych z przeciekiem pary przez szczelinę nad łopatkami wirnikowymi stopni turbin parowych, za którymi występuje upust, a także efek160 805 tywne usunięcie odseparowanej przez wirnik wody do upustu, w przypadku gdy stopień pracuje w parze mokrej. Zadanie to realizuje stopień turbiny składający się z palisady kierowniczej i wirnikowej zaopatrzony zgodnie z wynalazkiem w umieszczony na wysokości szczeliny nad łopatkami wirnikowymi pierścień kierujący parę wypływającą ze szczelin do upustu.The aim of the invention is to reduce energy losses related to steam leakage through the gap above the impeller blades of the steam turbine stages followed by a bleed, and also to efficiently remove the water separated by the impeller to the bleed when the stage is operating in wet steam. This task is performed by a turbine stage consisting of a steering and a rotor stockade, provided according to the invention with a ring located at the height of the slit above the impeller blades, which directs the steam flowing from the slots to the vent.

Pierścień kierujący na łukowy profil wklęsło-wypukły zwrócony stroną wklęsłą w kierunku szczeliny i ustawiony pod takim kątem, aby zmieniał kierunek wypływającej ze szczeliny pary z osiowego na promieniowy. Wysokość pierścienia kierującego mierzona wzdłuż promienia stopnia jest większa od wysokości szczeliny nadłopatkowej, zaś wewnętrzna średnica pierścienia jest mniejsza od zewnętrznej średnicy palisady wirnikowej, tak aby jego wewnętrzna krawędź umieszczona była poniżej wewnętrznej krawędzi szczeliny. Pierścień kierujący przymocowany jest do elementów tarczy kierowniczej za pośrednictwem rozmieszczonych równomiernie na obwodzie wsporników.A guide ring for a concave-convex arched profile with the concave side facing the slit and set at such an angle as to change the direction of steam flowing from the slit from axial to radial. The height of the guide ring, measured along the radius of the step, is greater than the height of the over vane gap, and the inside diameter of the ring is smaller than the outside diameter of the rotor palisade so that its inside edge is below the inside edge of the gap. The steering ring is attached to the elements of the steering disk by means of brackets evenly distributed around the circumference.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na osiągnięcie założonego celu, a także posiada dodatkowe zalety. Jest to możliwość wykorzystania energii cieplnej pary uciekającej przez szczelinę nad łopatkami wirnikowymi, w wymienniku ciepła zasilanym z upustu pary oraz wykorzystania energii kinetycznej uciekającej przez szczelinę pary do transportu odseparowanej wirnikiem wody do upustu, dzięki efektowi ażektorowemu. Dla stopni o dużej reakcyjności, przy silnie rozbieżnych kanałach i gorszych rozwiązaniach uszczelnień, zysk sprawności będzie wynosił co najmniej 2-3% w odniesieniu do stopnia turbiny, a efekty energetyczne są oczywiste.The solution according to the invention allows achieving the assumed goal and also has additional advantages. It is possible to use the thermal energy of the steam escaping through the slot above the rotor blades in the heat exchanger supplied from the steam bleed, and to use the kinetic energy escaping through the steam slot to transport the water separated by the impeller to the vent, thanks to the open-vector effect. For stages with high reactivity, with highly divergent channels and inferior sealing solutions, the efficiency gain will be at least 2-3% with respect to the turbine stage, and the energy effects are obvious.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na podstawie wykonania przykładowego, w którym pierścień kierujący umieszczono w części niskoprężnej turbiny 13K 215 o mocy 200 MW produkcji ZM Zamech za 2 stopniem, przed upustem do wymiennika regeneracyjnego ΧΝ1, na rysunku, na którym pokazano wycinek przekroju wzdłużnego przez stopień turbiny.The subject of the invention is presented on the basis of an exemplary embodiment, in which the guide ring was placed in the low-pressure part of the 13K 215 turbine with a capacity of 200 MW, produced by ZM Zamech after stage 2, before the discharge to the regenerative exchanger ΧΝ1, in the drawing, which shows a section of the longitudinal section through the turbine stage .

Stopień turbiny zawiera tarczę kierowniczą 1 zaopatrzoną w łopatki wirnikowe 2 oraz tarczę wirnikową z łopatkami wirnikowymi 3. Pomiędzy łopatkami wirnikowymi 3, a przymocowaną do tarczy kierowniczej 1 pierścieniową półką 4 jest promieniowa szczelina 5. Kanał 6 pomiędzy tarczą kierowniczą 1, a tarczą kierowniczą 7 stopnia następnego połączony jest z upustem pary do wymiennika regeneracyjnego ΧΝ1. Naprzeciw szczeliny 5 umieszczony jest pierścień kierujący 8 o łukowym wklęsło-wypukłym profilu zwróconym w kierunku szczeliny 5 stroną wklęsłą. Profil pierścienia kierującego 8 ustawiony jest pod takim kątem, aby zmieniał kierunek wypływającej ze szczeliny 5 pary z osiowego na promieniowy do upustu 6. Mierzona wzdłuż promienia stopnia wysokość 9 pierścienia kierującego 8 jest większa od wysokości szczeliny 5, zaś jego wewnętrzna średnica jest mniejsza od zewnętrznej średnicy łopatek wirnikowych 3. Wewnętrzna krawędź pierścienia 8 znajduje się więc poniżej wewnętrznej krawędzi szczeliny 5. Pierścień kierujący 8 zamocowany jest do będącej częścią tarczy kierowniczej 1 półki 4 za pośrednictwem rozmieszczonych równomiernie na obwodzie wsporników 10.The turbine stage comprises a steering disk 1 provided with rotor blades 2 and a rotor disk with rotor blades 3. There is a radial gap between the rotor blades 3 and the annular ledge 4 attached to the steering disk 1. next is connected to the steam bleed to the regenerative exchanger ΧΝ1. Opposite the slot 5 there is a guide ring 8 with an arcuate concave-convex profile facing the slot 5 with the concave side. The profile of the guide ring 8 is set at such an angle that it changes the direction of the steam flowing out of the gap 5 from axial to radial to the outlet 6. The height 9 of the guide ring 8 measured along the radius of the step is greater than the height of the gap 5, and its inner diameter is smaller than the outer diameter. diameter of the rotor blades 3. The inner edge of the ring 8 is thus below the inner edge of the gap 5. The guide ring 8 is attached to the shelf 4, which is part of the steering disc 1, by means of brackets 10 evenly distributed around the circumference.

Stopień turbiny parowej według wynalazku działa w sposób następujący. Płynąca kanałem turbinowym para oddaje część swej energii w czasie przejścia przez palisadę wirnikową 3. Przez szczelinę 5 nad łopatkami wirnikowymi 3 następują przecieki pary, która z powodu dławienia też traci część swej energii, ale znacznie mniejszą niż para przepływająca przez palisadę wirnikową 3. W rozwiązaniu przykładowym prędkość osiowa pary w przecieku była większa niż 350 m/s podczas, gdy w strumieniu głównym wynosiła około 120 m/s. Temperatura w obrębie przecieku wynosiła 98°C i miała wartość pośrednią między temperaturą przed 117°C i 62,5°C za stopniem była też znacząco wyższa od temperatury 87,5°C zmierzonej w komorze upustowej. Przeciek był więc powodem powstania charakterystycznego wiru wstecznego w górnej części kierownicy następnego stopnia i „kurtyny aerodynamicznej*' blokującej upust symbolizowanych na rysunku strzałką A. Zastosowanie zgodnie z wynalazkiem pierścienia kierującego 8 zmienia kierunek strumienia pary z przecieku nadłopatkowego z osiowego na promieniowy do upustu. Przepływ ten symbolizuje na rysunku strzałka B. Eliminuje to zaburzenia za stopniem i odblokowuje przepływ do upustu regeneracyjnego. Zamierzona „w obrębie przecieku temperatura 60°Cbyła podobna jak temperatura za stopniem, a rozkłady ciśnień świadczą o całkowitym wyeliminowaniu zmienności oraz skokowych rozkładów prędkości. Temperatura w upuście osiągnęła 106°C i była tylko nieznacznie niższa od temperatury przed stopniem.The steam turbine stage according to the invention works as follows. Steam flowing through the turbine channel releases part of its energy while passing through the rotor palisade 3. Steam leaks through the gap 5 above the rotor blades 3, which, due to throttling, also loses some of its energy, but much less than the steam flowing through the rotor palisade 3. The solution In the exemplary example, the axial velocity of the steam in the leak was greater than 350 m / s while in the main stream it was about 120 m / s. The temperature within the leak was 98 ° C, an intermediate value between the temperature before 117 ° C and 62.5 ° C after the degree, it was also significantly higher than the temperature of 87.5 ° C measured in the bleed chamber. Leakage was therefore the cause of the characteristic backvortex in the upper part of the next stage steering wheel and the "air curtain *" blocking the vent symbolized by arrow A in the drawing. The use of a guide ring 8 according to the invention changes the direction of the vapor stream from the axial to radial to the vent. This flow is symbolized in the figure by the arrow B. It eliminates disturbances behind the stage and unblocks the flow to the regeneration bleed. The intended temperature "within the leakage of 60 ° C" was similar to the temperature behind the degree, and the pressure distributions indicate the complete elimination of variability and step speed distributions. The temperature at the bleed reached 106 ° C and was only slightly lower than the temperature before the run.

160 805160 805

Zastosowanie pierścienia kierującego 8 poprawiło sprawność przepływu pary przez stopień, a także dzięki zwiększeniu podgrzewu wody w wymienniku regeneracyjnym ΧΝ1 z poniżej 10°C do ponad 15°C zwiększyło sprawność obiegu oraz, co było największym zaskoczeniem zwiększyło przelotność następnego za upustem stopnia turbiny wpływając w ten sposób na polepszenie pracy całej części NP tego typu turbiny. Sumaryczne efekty dla badanego turbozespołu pracującego z mocą 140 MW wynoszą około 630 kW, a dla pacującego z mocą 200 MW około 800 kW dla dwu strumieni części niskoprężnej turbiny. Rozwiązanie według wynalazku dotyczy przede wszystkim stopni części średnio i niskoprężnych turbin parowych wielkiej mocy.The use of the steering ring 8 improved the efficiency of steam flow through the stage, and also by increasing the heating of water in the regenerative exchanger ΧΝ1 from below 10 ° C to over 15 ° C, it increased the circulation efficiency and, what was the greatest surprise, increased the flow capacity of the next turbine stage after the outlet, thus a way to improve the performance of the entire NP part of this type of turbine. The total effects for the tested turbine set operating with a power of 140 MW are about 630 kW, and for a pacifier with a power of 200 MW it is about 800 kW for two streams of the low-pressure part of the turbine. The solution according to the invention relates primarily to the stages of the medium and low pressure parts of high power steam turbines.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims

Patent claims

A steam turbine stage consisting of a steering disk and a rotor disk, characterized in that behind the rotor disk, at the height of the slot (5) above the rotor blades (3), it has a guide ring (8).

2. A turbine stage according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the guide ring (8) faces the concave side towards the slot and is angled to change the direction of the steam flowing from the slot (5) from axial to radial.

3. The turbine stage according to claim The method of claim 2, characterized in that the height (9) of the guide ring (8) measured along the radius of the step is greater than the height of the slot (5).

4. The turbine stage according to claim 1 The method of claim 3, characterized in that the steering ring (8) is attached to the elements (4) of the steering disc (1) by means of brackets (10) distributed around the circumference.