RU181052U1

RU181052U1 - Steam turbine flow compartment for mixing steam flows

Info

Publication number: RU181052U1
Application number: RU2018106156U
Authority: RU
Inventors: Александр Евгеньевич Валамин; Юрий Абрамович Сахнин; Михаил Юрьевич Степанов
Original assignee: Акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2018-07-04

Abstract

Полезная модель относится к области паротурбостроения, в частности к паровым турбинам, работающим в составе парогазовых установок (ПГУ).Задачей заявленной полезной модели является устранение недостатков прототипа и обеспечение равномерного перемешивания потоков пара.Указанная задача реализуется в отсеке проточной части паровой турбины для смешения потоков пара, отличающимся от прототипа тем, что в камере смешения паровой канал между соседними пустотелыми профильными элементами выполнен в виде сопла Лаваля. Часть паровыпускных отверстий на боковых поверхностях пустотелых профильных элементов камеры смешения выполнена на горловине сопла, а часть паровыпускных отверстий на выходном участке поверхности профильного элемента.Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает равномерное перемешивание потоков пара, снижая при этом потери давления в камере смешения, что приводит к частичному восстановлению давления протекающего потока пара.The utility model relates to the field of steam turbine construction, in particular to steam turbines operating as part of combined-cycle plants (CCGT). The objective of the claimed utility model is to eliminate the disadvantages of the prototype and ensure uniform mixing of the steam flows. This task is implemented in the compartment of the flow part of the steam turbine for mixing steam flows , which differs from the prototype in that in the mixing chamber the steam channel between adjacent hollow core elements is made in the form of a Laval nozzle. Part of the steam outlet on the side surfaces of the hollow profile elements of the mixing chamber is made on the nozzle neck, and part of the steam outlet on the outlet portion of the surface of the profile element. Thus, the claimed utility model provides uniform mixing of steam flows, while reducing pressure losses in the mixing chamber, which leads to partial restoration of the pressure of the flowing stream of steam.

Description

Полезная модель относится к области паротурбостроения, в частности к паровым турбинам, работающим в составе парогазовых установок (ПГУ).The utility model relates to the field of steam turbine construction, in particular to steam turbines operating as part of combined cycle plants (CCGT).

Известно техническое решение по заявке на предполагаемое изобретение №2013136231 от 01.07.2013 г. «Отсек проточной части паровой турбины для смешения потоков пара», опубл. 10.02.2015 Бюллетень №4, которое может быть принято за прототип. В указанном техническом решении пустотелые профильные элементы образуют решетку, через которую проходит в аксиальном направлении поток основного пара, а через выходные отверстия в стенках пустотелых профильных элементов, размещенных со стороны натекания, на эти профильные элементы основного потока, в этот поток добавляется пар дополнительного потока. Недостаток такого решения состоит в том, что решетка создает дополнительные гидравлические потери давления. Их количественная оценка выполнена с помощью «Справочника по гидравлическим потерям. Идельчик И.Е.,. Госэнергоиздат, М. - Л. 1960 г. стр. 298, диаграмма 8-9. Расчетная величина потерь в данной конфигурации составляет 1,53 кПа. Дополнительно, энергия основного потока теряется на преодоление напора струй пара дополнительного потока, вытекающих из отверстий в пустотелом профильном элементе, размещенных со стороны натекания основного потока.A technical solution is known for the application for the alleged invention No. 2013136231 of July 1, 2013. “Compartment of the flowing part of a steam turbine for mixing steam flows”, publ. 02/10/2015 Bulletin No. 4, which can be taken as a prototype. In the indicated technical solution, the hollow profile elements form a lattice through which the main steam stream passes in the axial direction, and the additional stream steam is added to this profile elements through the outlet holes in the walls of the hollow profile elements placed on the leakage side. The disadvantage of this solution is that the grate creates additional hydraulic pressure losses. Their quantitative assessment was carried out using the “Guide to hydraulic losses. Idelchik I.E.,. Gosenergoizdat, M. - L. 1960, p. 298, chart 8-9. The estimated loss in this configuration is 1.53 kPa. Additionally, the energy of the main stream is lost in overcoming the pressure of the steam jets of the additional stream flowing from the holes in the hollow core element located on the leakage side of the main stream.

Задачей заявленной полезной модели является устранение отмеченных недостатков прототипа и обеспечение равномерного перемешивания потоков пара.The objective of the claimed utility model is to eliminate the noted disadvantages of the prototype and ensure uniform mixing of the steam flows.

Указанная задача достигается тем, что в отсеке проточной части паровой турбины, работающей в составе ПГУ, для смешения потоков пара, один из которых поступил к началу проточной части через паровпуск турбины, а второй поступил от внешнего источника в середину проточной части через кольцевую паровпускную камеру, образованную стенкой цилиндра турбины и двумя последовательно расположенными обоймами с размещенными в них ступенями давления с конструктивно выбранным интервалом между обоймами, в котором размещена камера смешения, концентричная ступеням давления, образованная наружной и внутренней оболочками, выполненными из колец, между которыми радиально установлены пустотелые профильные элементы, имеющие паровпускное отверстие только со стороны наружной оболочки, и паровыпускные отверстия на боковых поверхностях. Паровой канал между соседними пустотелыми профильными элементами выполнен в виде сопла Лаваля. Часть паровыпускных отверстий на боковых поверхностях пустотелых профильных элементов камеры смешения выполнена на горловине сопла, а часть паровыпускных отверстий на выходном участке поверхности профильного элемента. Наружная и внутренняя оболочки, образующие камеру смешения могут быть выполнены соосно коническими.This problem is achieved by the fact that in the compartment of the flowing part of the steam turbine operating as a combined cycle unit for mixing steam flows, one of which came to the beginning of the flowing part through the steam inlet of the turbine, and the second came from an external source in the middle of the flowing part through the annular steam inlet chamber, formed by the wall of the cylinder of the turbine and two sequentially arranged cages with pressure steps placed in them with a structurally selected interval between the cages in which the mixing chamber is located, concentric pressure stages, formed by the outer and inner shells made of rings, between which hollow profile elements are radially mounted, having a steam inlet only on the side of the outer shell, and steam outlet openings on the side surfaces. The vapor channel between adjacent hollow core elements is made in the form of a Laval nozzle. A part of the steam outlet openings on the lateral surfaces of the hollow profile elements of the mixing chamber is made on the nozzle neck, and a part of the steam outlet openings on the outlet surface section of the profile element. The outer and inner shells forming the mixing chamber can be made coaxially conical.

Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает равномерное перемешивание потоков пара, снижая при этом потери давления в камере смешения, что приводит к частичному восстановлению давления протекающего потока пара.Thus, the claimed utility model provides uniform mixing of steam flows, while reducing pressure loss in the mixing chamber, which leads to a partial restoration of the pressure of the flowing steam stream.

Заявленное техническое решение предполагается к использованию в двух турбинах Т-40/50-8,8 и Тп-35/40-8,8, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость». При полученном снижении гидравлических потерь давления в камере смешения по отношению к прототипу в турбинах Т-40/50-8,8 и Тп-35/40-8,8 на номинальном режиме работы выигрыш в электрической мощности составит 200 кВт и 120 кВт соответственно.The claimed technical solution is supposed to be used in two turbines T-40 / 50-8.8 and Tp-35 / 40-8.8, therefore, we can conclude that the criterion of "industrial applicability" is met. With the resulting reduction in hydraulic pressure losses in the mixing chamber relative to the prototype in the T-40 / 50-8.8 and Tp-35 / 40-8.8 turbines at the nominal operating mode, the gain in electric power will be 200 kW and 120 kW, respectively.

Отсек проточной части паровой турбины для смешения потоков пара поясняется следующими чертежами, на которых изображено:The compartment of the flowing part of the steam turbine for mixing steam flows is illustrated by the following drawings, which depict:

Фиг.1 - установка камеры смешения в проточной части паровой турбины;Figure 1 - installation of the mixing chamber in the flow part of a steam turbine;

Фиг. 2 - разрез А-А камеры смешения, установленной в проточной части паровой турбины;FIG. 2 is a section AA of a mixing chamber installed in the flow part of a steam turbine;

Фиг. 3 - разрез Б-Б пустотелого профильного элемента согласно независимому пункту 1 формулы полезной модели с обозначением движения основного, дополнительного и перемешанного пара;FIG. 3 - section BB of the hollow core element according to independent paragraph 1 of the utility model formula with the designation of the movement of the main, additional and mixed steam;

Отсек проточной части паровой турбины содержит кольцевую паровпускную камеру 1 с пароподводящими патрубками, образованную стенкой цилиндра 2, обоймой 3, с размещенной в ней ступенью давления 4, и обоймой 5, с размещенной в ней ступенью давления 6. Между обоймами выполнен интервал 7, который по конструктивным соображениям меньше суммы высот рабочих лопаток ступени 4 и ступени 6. В интервале между обоймами 3 и 5 размещена камера смешения, образованная наружным кольцом 8, внутренним кольцом 9 и несколькими пустотелыми профильными элементами 10, установленными радиально и закрепленными на кольцах 8 и 9, например сваркой. Паровой канал между соседними пустотелыми профильными элементами 10 выполнен в виде сопла Лаваля (фиг. 3 разрез Б-Б). На боковых стенках пустотелых профильных элементов 10 часть паровыпускных отверстий 11 выполнены на горловине сопла, а остальная часть паровыпускных отверстий 12 - на выходном участке поверхности пустотелого профильного элемента. Со стороны наружного кольца 8 выполнено паровпускное отверстие 13, профиль и сечение которого совпадает с профилем и сечением пустотелого элемента 10. Со стороны внутреннего кольца 9 пустотелые профильные элементы 10 заглушены. Кольца 8 и 9 состоят из двух половин - верхней и нижней, соединенных фланцем горизонтального разъема. Поверхности колец 8 и 9 отличаются от ометаемого диаметра и корневого диаметра рабочих лопаток ступени давления, размещенной в первой по ходу пара обойме не более, чем на величину расчетной перекрыши. Стрелками показана схема движения потоков пара основного 14, дополнительного 15 и перемешанного 16. Количество и сечение пустотелых профильных элементов выбирается конструктивно таким образом, чтобы скорость парового потока, проходящего через паровыпускные отверстия 11 и 12, была бы равна или незначительно превышала скорость парового потока, выходящего из ступени давления 4, величина которой определяется при тепловом расчете проточной части турбины. По конструктивным соображениям определяется также минимальная величина интервала 7, при которой возможна и целесообразна установка описанной выше камеры смешения.The compartment of the flowing part of the steam turbine contains an annular steam inlet chamber 1 with steam supply pipes, formed by the wall of the cylinder 2, a cage 3, with a pressure stage 4 located in it, and a cage 5, with a pressure stage 6 placed in it. An interval 7 is made between the cages, which design considerations are less than the sum of the heights of the working blades of stage 4 and stage 6. In the interval between the cages 3 and 5 there is a mixing chamber formed by the outer ring 8, the inner ring 9 and several hollow profile elements 10, mouth updated radially and fixed on rings 8 and 9, for example by welding. The steam channel between adjacent hollow core elements 10 is made in the form of a Laval nozzle (Fig. 3 section BB). On the side walls of the hollow profile elements 10, part of the steam outlet holes 11 are made on the nozzle neck, and the rest of the steam outlet holes 12 are on the outlet surface section of the hollow profile element. On the side of the outer ring 8, a steam inlet 13 is made, the profile and cross section of which coincides with the profile and section of the hollow element 10. On the side of the inner ring 9, the hollow profile elements 10 are plugged. Rings 8 and 9 consist of two halves - upper and lower, connected by a horizontal connector flange. The surfaces of the rings 8 and 9 differ from the swept diameter and the root diameter of the working blades of the pressure stage, placed in the first cage along the steam no more than by the value of the calculated overlap. The arrows show the movement pattern of the steam flows of the main 14, additional 15 and mixed 16. The number and cross section of the hollow core elements are selected constructively so that the speed of the steam flow passing through the steam outlet openings 11 and 12 is equal to or slightly higher than the speed of the steam flow exiting from pressure stage 4, the value of which is determined by thermal calculation of the turbine flow path. For design reasons, the minimum value of the interval 7 is also determined at which it is possible and advisable to install the mixing chamber described above.

Смешение основного потока пара 14 и дополнительного потока пара 15 происходит следующим образом.The mixture of the main steam stream 14 and the additional steam stream 15 is as follows.

В кольцевую паровпускную камеру 1 подается дополнительный поток 15 пара из постороннего источника, например, из контура низкого давления котла-утилизатора. Через паровпускные отверстия 13 пар поступает в пустотелые профильные элементы 10, из которых через паровыпускные отверстия 11 и 12 выходит в зону смешения камеры смешения, перемешивается с основным потоком пара 14 и перемешанный поток пара 16 поступает в ступень давления 6. Пар, выходящий из паровыпускных отверстий 12, разрушает концевой след перемешанного потока пара 16, обтекающего профиль пустотелого элемента.An additional steam stream 15 is supplied to the annular steam inlet chamber 1 from an external source, for example, from the low pressure circuit of the recovery boiler. Through the steam inlet openings 13, steam enters the hollow profile elements 10, from which through the steam outlet openings 11 and 12 it enters the mixing zone of the mixing chamber, mixes with the main steam stream 14 and the mixed steam stream 16 enters the pressure stage 6. The steam leaving the steam outlet openings 12, destroys the end trace of the mixed steam stream 16, flowing around the profile of the hollow element.

Claims

1. The compartment of the flowing part of the steam turbine for mixing steam flows, one of which came to the beginning of the flowing part through the steam inlet of the turbine, and the second came from an external source in the middle of the flowing part through the annular steam inlet chamber (1) formed by the cylinder wall (2) of the turbine and two consecutive clips (3) and (5) with pressure steps (4) and (6) placed in them with a structurally selected interval (7) between the clips (3) and (5), in which the mixing chamber is concentric to the pressure steps formed outside inner (8) and inner (9) shells made of rings, between which hollow profile elements (10) are radially mounted, having a steam inlet (13) only from the side of the outer (8) shell, and steam outlet (11) and (12 ) on the side surfaces, characterized in that the steam channel between adjacent hollow profile elements (10) is made in the form of a Laval nozzle, part of the steam outlet holes (11) on the side surfaces of the hollow profile elements of the mixing chamber is made on the nozzle neck, and part of the steam outlet o holes (12) - on the output surface area of the hollow core element.

2. The compartment of the flowing part of the steam turbine according to claim 1, characterized in that the outer (8) and inner (9) shells forming the mixing chamber can be made coaxially conical.