RU157430U1

RU157430U1 - EXHAUST STEAM TURBINE TUBES

Info

Publication number: RU157430U1
Application number: RU2015111034/02U
Authority: RU
Inventors: Юрий Абрамович Сахнин; Алексей Юрьевич Култышев; Артём Альбертович Ямалтдинов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-12-10

Abstract

1. Выхлопной патрубок паровой турбины, состоящий из верхней и нижней половин, соединённых фланцем по горизонтальному разъему, выполненный с возможностью опоры на фундамент посредством лап, образующих собой опорный пояс, имеющий вертикальный разъём с цилиндром турбины, и содержащий атмосферные клапаны в верхней половине и встроенный корпус подшипника в нижней половине, представляющий собой со стороны проточной части конический диффузор, образованный ступенчатой обечайкой и обтекателем, при этом снабжен реберной и стержневой системами, отличающийся тем, что реберная система расположена в нижней половине патрубка и при этом содержит, по меньшей мере, одно поперечное ребро и три продольных ребра, а стержневая система установлена в верхней и нижней половинах выхлопного патрубка и содержит количество стержней, обеспечивающее требуемую жесткость выхлопного патрубка.2. Выхлопной патрубок паровой турбины по п. 1, отличающийся тем, что в верхней половине он выполнен без наружного оребрения, при этом задняя торцевая стенка верхней половины выполнена с применением эллиптических днищ.1. The exhaust pipe of a steam turbine, consisting of upper and lower halves connected by a flange on a horizontal connector, made with the possibility of support on the foundation by means of paws forming a support belt having a vertical connector with a turbine cylinder, and containing atmospheric valves in the upper half and integrated the bearing housing in the lower half, which is a conical diffuser formed on the side of the flow part, formed by a stepped shell and a fairing, and is equipped with a rib and rod systems, characterized in that the rib system is located in the lower half of the nozzle and at the same time contains at least one transverse rib and three longitudinal ribs, and the rod system is installed in the upper and lower halves of the exhaust pipe and contains the number of rods providing the required rigidity of the exhaust pipe. 2. The exhaust pipe of a steam turbine according to claim 1, characterized in that in the upper half it is made without external fins, while the rear end wall of the upper half is made using elliptical bottoms.

Description

Полезная модель относится к области турбиностроения и предназначена для использования в паровых турбинах.The utility model relates to the field of turbine engineering and is intended for use in steam turbines.

Известна конструкция выхлопного патрубка паровой турбины К-300-240 ЛМЗ описанная в (Зарянкин А.Е., Симонов Б.П. Выхлопные патрубки паровых и газовых турбин. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - С. 181). В конструкции патрубка турбины К-300-240 ЛМЗ внимание уделено организации течения непосредственно в корпусе патрубка. С этой целью, вся реберная система патрубка, обеспечивающая жесткость конструкции, спроектирована из условия максимального заполнения потоком всего объема корпуса патрубка. Недостатком развитой реберной системы является то, что она вносит дополнительные аэродинамические потери.A known design of the exhaust pipe of a steam turbine K-300-240 LMZ described in (Zaryankin A.E., Simonov B.P. Exhaust pipes of steam and gas turbines. - M .: MEI Publishing House, 2002. - P. 181). In the design of the nozzle of the K-300-240 LMZ turbine, attention is paid to the organization of the flow directly in the nozzle body. To this end, the entire rib system of the nozzle, providing structural rigidity, is designed from the condition of maximum filling with the flow of the entire volume of the nozzle body. A disadvantage of the developed rib system is that it introduces additional aerodynamic losses.

Указанного недостатка лишен выхлопной патрубок, представленный в работе (Мигай В.К., Гудков Э.И. Проектирование и расчет выходных диффузоров турбомашин. - Л.: Машиностроение. 1981. - С. 212). В нем, реберная система заменена стержневой, тем самым снижается загроможденность выхлопного патрубка. Кроме того, стержни создают меньшее сопротивление потоку, тем самым снижаются дополнительные потери выхлопного патрубка от наличия элементов жесткости. Недостатком данного решения является то, что оно целесообразно только в достаточно просторных патрубках. В стесненных патрубках, организация направляющих ребер остается целесообразной, т.к. ребра препятствуют образованию вихрей, снижая неравномерность потока на выходе из выхлопного патрубка.The indicated drawback is deprived of the exhaust pipe presented in the work (Migai V.K., Gudkov E.I. Design and calculation of output diffusers of turbomachines. - L.: Mechanical Engineering. 1981. - P. 212). In it, the costal system is replaced by a rod system, thereby cluttering the exhaust pipe. In addition, the rods create less flow resistance, thereby reducing the additional loss of the exhaust pipe from the presence of stiffeners. The disadvantage of this solution is that it is advisable only in sufficiently spacious nozzles. In cramped nozzles, the organization of guide ribs remains appropriate, because the ribs prevent the formation of vortices, reducing the uneven flow at the outlet of the exhaust pipe.

Прототипом предлагаемой полезной модели был выбран выхлопной патрубок паровой турбины К-175/180-12,8 ТЭС (Гудков Н.Н., Кириллов В.И., Кошелев С.А., Адамсон Д.А., Рис В.В. Особенности проектирования выхлопного патрубка паровой турбины К-175/180-12,8 ТЭС. Российская энергетика - 2009.Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. С 46-55.). В нем реберная система оставлена только в нижней половине патрубка и над корпусом подшипника в верхней половине. Для обеспечения необходимой жесткости, в верхнюю половину установлена развитая стержневая система. Стержневые элементы располагаются в зонах вихревых течений, а реберные вдоль линий тока. Таким образом, удалось достичь наименьшего уровня дополнительных потерь, при обеспечении необходимой жесткости и прочности конструкции.The prototype of the proposed utility model was the exhaust pipe of the steam turbine K-175 / 180-12.8 TPP (Gudkov N.N., Kirillov V.I., Koshelev S.A., Adamson D.A., Ris V.V. Design features of the exhaust pipe of a steam turbine K-175 / 180-12.8 TPP. Russian Energy - 2009. Yekaterinburg: UGTU-UPI, 2009. P 46-55.). In it, the rib system is left only in the lower half of the nozzle and above the bearing housing in the upper half. To ensure the necessary rigidity, a developed rod system is installed in the upper half. The core elements are located in the zones of vortex flows, and the rib elements along streamlines. Thus, it was possible to achieve the lowest level of additional losses, while ensuring the necessary rigidity and structural strength.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является большая трудоемкость его изготовления т.к.: реберная система расположена, как в верхней, так и в нижней половинах патрубка; в конструкции патрубка присутствует развитое наружное оребрение; верхняя половина выполнена с использованием наклонных стенок.A disadvantage of the known device adopted for the prototype is the great complexity of its manufacture because: the costal system is located both in the upper and lower halves of the pipe; in the design of the pipe there is a developed external finning; the upper half is made using inclined walls.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи, относящейся к уменьшению трудоемкости, с соответствующим повышением технологичности и экономичности выхлопного патрубка.The proposed utility model is aimed at solving the problem related to reducing the complexity, with a corresponding increase in manufacturability and efficiency of the exhaust pipe.

Поставленная задача заявленного устройства была реализована при проектировании турбины Т-125/150-12,8 УТЗ.The task of the claimed device was implemented in the design of the turbine T-125 / 150-12.8 UTZ.

В заявленной полезной модели конфигурация реберно-стержневой системы выбрана таким образом, что бы получить преимущества от использования и ребер и стержней, минимизировав при этом их недостатки.In the claimed utility model, the configuration of the rib-rod system is selected in such a way as to obtain advantages from the use of both ribs and rods, while minimizing their disadvantages.

Реберная система выхлопного патрубка устроена следующим образом: направляющие продольные и поперечные ребра сведены к минимуму и располагаются в нижней половине выхлопного патрубка, создавая минимальное загромождение его проточной части, выполняя сразу две функции - обеспечивают необходимую жесткость конструкции и обеспечивают дробление вихревых течений, образующихся в верхней половине выхлопного патрубка, выравнивая поле скоростей в выхлопном патрубке. Таким образом, повышается экономичность работы патрубка.The rib system of the exhaust pipe is arranged as follows: the longitudinal and transverse ribs are minimized and are located in the lower half of the exhaust pipe, creating minimal clutter of its flow part, performing two functions at once - they provide the necessary structural rigidity and provide crushing of the vortex flows generated in the upper half exhaust pipe aligning the velocity field in the exhaust pipe. Thus, the efficiency of the pipe.

Стержневая система выхлопного патрубка организована следующим образом: в нижней половине располагаются, по крайней мере шесть, радиально расходящихся от корпуса подшипника стержней. Стержни выполняют функцию опирания корпуса подшипника на корпус выхлопного патрубка. Жесткость горизонтальному разъему придают, по меньшей мере, четыре стержня, соединяющие корпус подшипника и горизонтальный разъем. В зоне максимальных деформаций верхней половины выхлопного патрубка, установлены, по меньшей мере, восемь стержней.The rod system of the exhaust pipe is organized as follows: at least six rods radially diverging from the bearing housing are located in the lower half. The rods perform the function of supporting the bearing housing on the exhaust pipe housing. At least four rods connecting the bearing housing and the horizontal connector give rigidity to the horizontal connector. In the zone of maximum deformations of the upper half of the exhaust pipe, at least eight rods are installed.

Данная реберно-стержневая система придает выхлопному патрубку необходимую жесткость, тем самым обеспечивая надежность его работы. Указанное выше обстоятельство, позволяет не вводить в конструкцию выхлопного патрубка наружное оребрение, снижая трудоемкость его изготовления.This rib-rod system gives the exhaust pipe the necessary rigidity, thereby ensuring the reliability of its operation. The above circumstance allows not to introduce external fins into the design of the exhaust pipe, reducing the complexity of its manufacture.

В продолжение решения поставленной задачи, задняя торцевая стенка верхней половины выхлопного патрубка выполнена с применением эллиптических днищ. Данное решение позволяет получить равномерное распределение деформаций и напряжений на задней стенке, не вводя при этом наружное оребрение и не загромождая проточную часть выхлопного патрубка дополнительными элементами жесткости. Таким образом, снижается трудоемкость изготовления выхлопного патрубка.In continuation of the solution of the problem, the rear end wall of the upper half of the exhaust pipe is made using elliptical bottoms. This solution allows to obtain a uniform distribution of deformations and stresses on the rear wall, without introducing an external ribbing and without cluttering the flow part of the exhaust pipe with additional stiffeners. Thus, the complexity of manufacturing the exhaust pipe is reduced.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами и рисунками выхлопного патрубка.The essence of the proposed utility model is illustrated by drawings and drawings of the exhaust pipe.

На фиг. 1 показан вид спереди.In FIG. 1 is a front view.

На фиг. 2 показан вид сбоку.In FIG. 2 shows a side view.

На фиг. 3 показан вид сверху.In FIG. 3 shows a top view.

На фиг. 4 показано поперечное сечение Б-Б.In FIG. 4 shows a cross section BB.

На фиг. 5 показано продольное сечение А-А.In FIG. 5 shows a longitudinal section AA.

На фиг. 6 представлена аксонометрическая проекция заявленной полезной модели.In FIG. 6 is a perspective view of the claimed utility model.

На фиг. 7 приведена схема, выполненная в программном комплексе Ansys Mechanical 14.5, иллюстрирующая распределение эквивалентных напряжений.In FIG. 7 is a diagram made in the Ansys Mechanical 14.5 software package illustrating the distribution of equivalent stresses.

На фиг. 8 приведена схема, выполненная в программном комплексе Ansys Mechanical 14.5, иллюстрирующая распределение суммарных деформаций.In FIG. Figure 8 shows a diagram made in the Ansys Mechanical 14.5 software package illustrating the distribution of total strains.

Заявляемый выхлопной патрубок, разработанный для паровой турбины Т-125/150-12,8 УТЗ, изображен на фигурах 1-5 и состоит из верхней 1 и нижней половин 2. Верхняя половина 1 соединяется с нижней половиной 2 фланцем по горизонтальному разъему 3. Выхлопной патрубок соединяется со средней частью цилиндра низкого давления (в случае двухпоточной конструкции) или с частью среднего давления цилиндра турбины (в случае однопоточной конструкции) по фланцу вертикального разъема 4. Выхлопной патрубок опирается на фундамент лапами, образующими собой опорный пояс 5. Жесткость выхлопного патрубка обеспечивается посредством установки, по крайне мере, одного поперечного ребра 6 и, по меньшей мере, трех продольных ребер 7. Для защиты от превышения давления в выхлопном патрубке, конструкцией предусмотрено два атмосферных клапана 8. Корпус подшипника встроен в нижнюю половину выхлопного патрубка и со стороны проточной части представляет собой ступенчатую обечайку 9, которая совместно с обтекателем 10 образует конический диффузор. Жесткость верхней половины 1 выхлопного патрубка обеспечивается с помощью развитой стержневой системы 11. Задняя торцевая стенка верхней половины выхлопного патрубка выполнена с применением эллиптических днищ 12.The inventive exhaust pipe, designed for a steam turbine T-125 / 150-12.8 UTZ, is shown in figures 1-5 and consists of upper 1 and lower halves 2. The upper half 1 is connected to the lower half 2 by a flange through the horizontal connector 3. Exhaust the nozzle is connected to the middle part of the low-pressure cylinder (in the case of a two-flow design) or to the part of the average pressure of the turbine cylinder (in the case of a single-flow design) through the flange of the vertical connector 4. The exhaust pipe is supported on the foundation by paws forming a support belt 5. The stiffness of the exhaust pipe is ensured by installing at least one transverse rib 6 and at least three longitudinal ribs 7. To protect against overpressure in the exhaust pipe, the design provides two atmospheric valves 8. The bearing housing is integrated in the lower half the exhaust pipe and from the side of the flowing part is a stepped shell 9, which together with the fairing 10 forms a conical diffuser. The rigidity of the upper half 1 of the exhaust pipe is provided using a developed rod system 11. The rear end wall of the upper half of the exhaust pipe is made using elliptical bottoms 12.

Предлагаемый выхлопной патрубок паровой турбины работает следующим образом. Рабочее тело после последней ступени турбины поступает в корпус выхлопного патрубка, образованный верхней 1 и нижней 2 половинами. На выходе из конического диффузора, образованного ступенчатой обечайкой 9 и обтекателем 10, рабочее тело характеризуется интенсивной закруткой потока. Максимальная интенсивность закрутки имеет место в верхней половине выхлопного патрубка в области горизонтального разъема 3. Для выравнивания потока рабочего тела в нижней половине выхлопного патрубка устроены каналы, сформированные, по крайне мере, одним поперечным ребром 6 и, по меньшей мере, тремя продольными ребрами 7, по которым рабочее тело направляется в горловину конденсатора.The proposed exhaust pipe of a steam turbine operates as follows. The working fluid after the last stage of the turbine enters the body of the exhaust pipe, formed by the upper 1 and lower 2 halves. At the exit of the conical diffuser formed by a stepped shell 9 and a fairing 10, the working fluid is characterized by an intensive swirling of the flow. The maximum twist intensity occurs in the upper half of the exhaust pipe in the region of the horizontal connector 3. To align the flow of the working fluid in the lower half of the exhaust pipe, channels are formed formed by at least one transverse rib 6 and at least three longitudinal ribs 7, through which the working fluid is directed into the neck of the condenser.

По результатам прочностного расчета рассматриваемого выхлопного патрубка паровой турбины, представленного на фиг. 7 и фиг. 8 получено равномерное распределение напряжений и деформаций. Средний уровень максимальных напряжений составляет 28-29 МПа, что полностью удовлетворяет условиям прочности для сварных конструкций из листовой стали, тем самым обеспечивается выполнение условий надежности конструкции.According to the results of the strength calculation of the considered exhaust pipe of the steam turbine shown in FIG. 7 and FIG. 8, a uniform distribution of stresses and strains is obtained. The average maximum stress level is 28-29 MPa, which fully meets the strength conditions for welded structures made of sheet steel, thereby ensuring the fulfillment of the reliability conditions of the structure.

Таким образом, при использовании предлагаемой полезной модели получен эффективный, технологичный и надежный выхлопной патрубок для паровой турбины в условиях стесненных габаритов.Thus, when using the proposed utility model, an efficient, technologically advanced and reliable exhaust pipe for a steam turbine in conditions of tight dimensions was obtained.

Claims

1. The exhaust pipe of a steam turbine, consisting of upper and lower halves connected by a flange on a horizontal connector, made with the possibility of support on the foundation by means of paws forming a support belt having a vertical connector with a turbine cylinder, and containing atmospheric valves in the upper half and integrated the bearing housing in the lower half, which is a conical diffuser formed on the side of the flow part, formed by a stepped shell and a fairing, and is equipped with a rib and rod systems, characterized in that the rib system is located in the lower half of the nozzle and at the same time contains at least one transverse rib and three longitudinal ribs, and the rod system is installed in the upper and lower halves of the exhaust pipe and contains the number of rods providing the required rigidity of the exhaust pipe.

2. The exhaust pipe of a steam turbine according to claim 1, characterized in that in the upper half it is made without external fins, while the rear end wall of the upper half is made using elliptical bottoms.