RU2053373C1

RU2053373C1 - Exhaust section of steam turbine

Info

Publication number: RU2053373C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Федорович Косяк; Михаил Антонович Вирченко; Виктор Николаевич Галацан; Анатолий Викторович Гаркуша; Эдуард Ильич Гудков; Владимир Евгеньевич Добрынин; Леонид Александрович Зарубин; Владимир Афанасьевич Конев; Виктор Владимирович Тарасенко; Юрий Алексеевич Юдин
Original assignee: Научно-производственное объединение "Турбоатом"
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: manufacture of turbines. SUBSTANCE: flow rate of wet steam from flow section of last stage of steam turbine to moisture entrapping chamber required by erosion reliability criteria is ensured at attached flow over inner and outer cowls of diffuser. EFFECT: enhanced economical efficiency and reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано при проектировании или реконструкции выхлопных частей паровых турбин. The invention relates to turbine construction and can be used in the design or reconstruction of the exhaust parts of steam turbines.

Цель изобретения повышение экономичности и надежности. The purpose of the invention is the increase of efficiency and reliability.

На фиг. 1 изображена выхлопная часть паровой турбины, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 зависимость коэффициента К, учитывающего величину площади минимального сечения кольцевого конфузорного канала от отношения скорости истечения потока пара из минимального сечения конфузорного канала к скорости звука в этом сечении. In FIG. 1 shows an exhaust part of a steam turbine, a longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 the dependence of the coefficient K, taking into account the size of the minimum cross-sectional area of the annular confuser channel on the ratio of the flow rate of the steam flow from the minimum confusional channel cross-section to the speed of sound in this section.

Выхлопная часть паровой турбины содержит последнюю ее ступень 1 и влагоулавливающую камеру 2, ограниченную внутренней 3 и наружной 4 обечайками, образующими кольцевой конфузорный канал 5, ободом 6 диафрагмы 7 и стенкой 8 с отверстиями 9 для слива влаги. Влагоулавливающая камера 2 сообщается с межлопаточными каналами диафрагмы 7 через щели 10 и полости 11 сопловых лопаток 12 и каналы 13 в ободе 6 диафрагмы 7, с пространством 14 перед рабочими лопатками 15 через кольцевую щель 16, с каналом диффузора через кольцевой конфузорный канал 5 и с полостью 17 патрубка 18 через отверстия 9 для слива влаги и через дополнительные отверстия 19. The exhaust part of the steam turbine contains its last stage 1 and a desiccant chamber 2 bounded by an inner 3 and an outer 4 shells forming an annular confuser channel 5, a rim 6 of the diaphragm 7 and a wall 8 with holes 9 for draining moisture. The moisture trap 2 communicates with the interscapular channels of the diaphragm 7 through the slots 10 and the cavity 11 of the nozzle blades 12 and the channels 13 in the rim 6 of the diaphragm 7, with the space 14 in front of the working blades 15 through the annular gap 16, with the diffuser channel through the annular confuser channel 5 and with the cavity 17 of the pipe 18 through holes 9 for draining moisture and through additional holes 19.

Дополнительные отверстия 19 в стенке 8 расположены по периметру влагоулавливающей камеры 2 так, что интервалы 20 между ними в зоне разъема 21 максимальны, а в зонах крышки 22 и выходного сечения 23 минимальны. Такое расположение отверстий обеспечивает уменьшение потерь от смешения основного потока и потоков из дополнительных отверстий 19. Additional holes 19 in the wall 8 are located around the perimeter of the moisture-collecting chamber 2 so that the intervals 20 between them in the area of the connector 21 are maximum, and in the areas of the cover 22 and the outlet section 23 are minimal. This arrangement of the holes provides a reduction in losses from mixing the main stream and flows from additional holes 19.

Площадь поверхности внутренней обечайки 3 между минимальным сечением 24 конфузорного канала 5 и рабочими лопатками 15 выбирается в диапазоне значений от 5 до 50% суммарной площади поверхности внутренней обечайки 3 и поверхности наружной обечайки 4 на участке от сечения 24 кольцевого канала 5 до стенки 8 наружной обечайки 4, обеспечивающей безотрывное обтекание внутренней обечайки 3. The surface area of the inner shell 3 between the minimum cross section 24 of the confuser channel 5 and the blades 15 is selected in the range from 5 to 50% of the total surface area of the inner shell 3 and the surface of the outer shell 4 in the section from the cross section 24 of the annular channel 5 to the wall 8 of the outer shell 4 providing continuous flow around the inner shell 3.

Длина l_к кольцевого конфузорного канала 5 выбирается в 1-7 раз превышающей величину его минимальной ширины в сечении 24.The length l _{to the} annular confuser channel 5 is selected 1-7 times greater than its minimum width in section 24.

Размер дополнительных отверстий 19 выбирается таким, чтобы расход пара через дополнительные отверстия 19 был равен разности расходов пара, поступающих во влагоулавливающую камеру 2 через каналы 13 и кольцевую щель 16, величина которых определяется из условия обеспечения эрозионной надежности рабочих лопаток 15 последней ступени 1, и расхода пара, отводимого из камеры 2 через кольцевой канал 5, величина которого определяется из условия обеспечения безотрывного обтекания наружной обечайки 4. При этом суммарная площадь дополнительных отверстий 19 определяется выражением:
F_д.о= 0,75[1-0,06(F_o/F_щ)²]⁸•(8,2

-3,3K)F_o+
+0,87(6,7

-2,5K)sin3α₁•F_z-1,4F_к-F_вл, (1) где F₀ суммарная площадь каналов 13, соединяющих влагоулавливающую камеру 2 с полостями 11 лопаток 12 диафрагмы 7;
F_щ суммарная площадь щелей 10, соединяющих полости 11 лопаток 12 диафрагмы 7 с межлопаточными каналами;

коэффициент, учитывающий длину рабочих лопаток 15 последней ступени 1;
К коэффициент, учитывающий величину площади минимального сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5;
α₁ угол между средней линией профиля выходной части сопловых лопаток 12 и плоскостью выходных кромок лопаток 12 в периферийном сечении диафрагмы 7;
F_z площадь минимального проходного сечения кольцевой щели 16, соединяющей влагоулавливающую камеру 2 с пространством 14 перед рабочими лопатками 15;
F_к площадь минимального проходного сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5;
F_вл суммарная площадь отверстий 9 для слива влаги в стенке 8 влагоулавливающей камеры 2.The size of the additional holes 19 is chosen so that the steam flow through the additional holes 19 is equal to the difference in the steam flow entering the moisture trap 2 through the channels 13 and the annular gap 16, the value of which is determined from the condition of ensuring the erosion reliability of the blades 15 of the last stage 1, and the flow rate the steam discharged from the chamber 2 through the annular channel 5, the value of which is determined from the condition for providing continuous flow around the outer shell 4. The total area of additional holes 19 is determined by the expression:
F _d.o. = 0.75 [1-0.06 (F _o / F _n ) ² ] ⁸ • (8.2

-3.3K) F _o +
+0.87 (6.7

-2.5K) sin3α ₁ • F _z -1.4F _to -F _ow , (1) where F _{0 is the} total area of the channels 13 connecting the trap chamber 2 with the cavities 11 of the blades 12 of the diaphragm 7;
F _{y the} total area of the slots 10 connecting the cavity 11 of the blades 12 of the diaphragm 7 with the interscapular channels;

coefficient taking into account the length of the blades 15 of the last stage 1;
K coefficient taking into account the size of the minimum cross-sectional area 24 of the annular confuser channel 5;
α ₁ angle between the middle line of the profile of the output of the nozzle blades 12 and the plane of the output edges of the blades 12 in the peripheral section of the diaphragm 7;
F _{z the} area of the minimum passage section of the annular gap 16 connecting the desiccant chamber 2 with the space 14 in front of the working blades 15;
F _to the minimum passage area 24 of the annular confuser channel 5;
F _{ow the} total area of the holes 9 for draining moisture in the wall 8 of the desiccant chamber 2.

В выражении (1) коэффициент

, учитывающий длину рабочих лопаток 15 последней ступени 1, равен численному значению длины рабочих лопаток 15, выраженной в м.In the expression (1), the coefficient

taking into account the length of the blades 15 of the last stage 1, is equal to the numerical value of the length of the blades 15, expressed in m

Площадь F_к минимального проходного сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5 определяется из условия обеспечения безотрывного обтекания наружной обечайки 4 выражением
F_к= 0,5C_μ

F

, (2) где C_μ задаваемое оптимальное значение коэффициента импульса струи, выходящей из кольцевого канала 5;
ρ₁ плотность пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 последней ступени 1;
С₁ скорость пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 последней ступени 1;
ρ_к плотность пара в минимальном сечении 24 кольцевого конфузорного канала 5;
C_к cкорость пара в минимальном сечении 24 кольцевого конфузорного канала 5;
F_н.о2 площадь поверхности наружной обечайки 4 на участке от сечения 24 канала 5 до стенки 8.The area F _{to the} minimum bore 24 of the annular confuser channel 5 is determined from the condition of providing continuous flow around the outer shell 4 by the expression
F _k = 0.5C _μ

F

, (2) where C _{μ is the} specified optimal value of the momentum coefficient of the jet exiting the annular channel 5;
ρ ₁ the vapor density in the peripheral zone behind the blades 15 of the last stage 1;
With ₁ the steam speed in the peripheral zone behind the blades 15 of the last stage 1;
ρ _to the vapor density in the minimum cross section 24 of the annular confuser channel 5;
C _{to the} speed of steam in the minimum cross section 24 of the annular confuser channel 5;
F _n.o2 the surface area of the outer shell 4 in the area from the cross section 24 of the channel 5 to the wall 8.

Коэффициент К, учитывающий величину площади минимального сечения 24 кольцевого конфузорного канала 5, определяется соотношением величин числа Маха для потока пара в минимальном сечении 24 конфузорного канала 5 М_вд С_к/а_* и числа Маха для потока пара в периферийной зоне за рабочими лопатками 15 М_с1 С₁/a_*, где а_* скорости звука в соответствующих сечениях (фиг. 3).The coefficient K takes into account the size of the minimum cross-sectional area 24 of the annular confuser channel 5, is determined by the ratio of the Mach number of the vapor flow at the minimum section 24 confuser channel 5 M _tm C _k / a _* and Mach number of the vapor flow in the peripheral zone of rotor blades 15 M _s1 C ₁ / a _* , where a _{* is the} speed of sound in the corresponding sections (Fig. 3).

Выхлопная часть паровой турбины работает следующим образом. The exhaust part of the steam turbine operates as follows.

Пар с частицами влаги из межлопаточных каналов диафрагмы 7 последней ступени 1 через щели 10 поступает в полости 11 сопловых лопаток 12 и из них через каналы 13 в ободе 6 под действием разности давлений в межлопаточных каналах в зоне щелей 10 и в камере 2 поступает во влагоулавливающую камеру 2. Пар с частицами влаги, вышедший из каналов между сопловыми лопатками 12 в периферийной зоне диафрагмы 7 через пространство 14 перед рабочими лопатками 15 и кольцевую щель 16, также отводится во влагоулавливающую камеру 2 под действием перепада давлений между пространством 14 и камерой 2. Перепад давлений между полостями 11 сопловых лопаток 12 и пространством 14 перед рабочими лопатками 15 и влагоулавливающей камерой 2 по условиям работы системы влагоудаления последней ступени должен обеспечивать критический режим истечения через каналы 13 и щель 16. При этом давление в камере 2 не должно быть больше критического давления в минимальных сечениях каналов 13 и щели 16. Минимальное возможное давление в камере 2 равно давлению в полости 17 патрубка 18. Требуемое значение давления в камере 2 в указанном диапазоне достигается за счет выполнения соответствующей суммарной площади дополнительных отверстий 19, которая обеспечивает отвод из камеры 2 под действием разности давлений в камере 2 и в полости 17 избыточного расхода пара, равного разности между расходом пара в камеру 2 из каналов 13 и щели 16 и расходом пара из камеры 2 через конфузорный канал 5. Steam with moisture particles from the interscapular channels of the diaphragm 7 of the last stage 1 through the slots 10 enters the cavity 11 of the nozzle blades 12 and of them through the channels 13 in the rim 6 under the influence of the pressure difference in the interscapular channels in the area of the slots 10 and in the chamber 2 enters the moisture trapping chamber 2. Steam with moisture particles coming out of the channels between the nozzle blades 12 in the peripheral zone of the diaphragm 7 through the space 14 in front of the working blades 15 and the annular gap 16 is also diverted to the moisture trap 2 under the influence of the pressure drop between the space 14 and the chamber 2. The pressure difference between the cavities 11 of the nozzle blades 12 and the space 14 in front of the working blades 15 and the trap chamber 2 according to the operating conditions of the dehumidification system of the last stage should provide a critical flow regime through the channels 13 and the gap 16. In this case, the pressure in the chamber 2 should not be more than the critical pressure in the minimum sections of the channels 13 and the gap 16. The minimum possible pressure in the chamber 2 is equal to the pressure in the cavity 17 of the pipe 18. The required pressure in the chamber 2 in the specified range d is achieved by performing the corresponding total area of the additional holes 19, which provides the outlet from the chamber 2 under the action of the pressure difference in the chamber 2 and in the cavity 17 of an excess steam flow equal to the difference between the steam flow into the chamber 2 from the channels 13 and the slit 16 and the steam flow from cameras 2 through the confuser channel 5.

Кольцевая струя пара, прошедшая радиальный зазор между рабочими лопатками 15 и внутренней обечайкой 3 без выполнения механической работы, под действием перепада давлений на рабочих лопатках в периферийной зоне, имеющей большую реактивность, разгоняется в диффузоре до больших сверхзвуковых скоростей и оказывает эжектирующее воздействие на основной поток, подсасывая его к внутренней обечайке 3, способствуя ее безотрывному обтеканию. An annular jet of steam that has passed the radial clearance between the working blades 15 and the inner shell 3 without performing mechanical work, under the influence of the pressure drop on the working blades in the peripheral zone with high reactivity, accelerates in the diffuser to high supersonic speeds and has an ejective effect on the main stream, sucking it to the inner shell 3, contributing to its continuous flow.

Пар из влагоулавливающей камеры 2 выводится через кольцевой конфузорный канал 5 в диффузор и через дополнительные отверстия 19 в полость 17 патрубка 18. В канале 5 под воздействием конфузорности уменьшается неравномерность параметров в потоке, который проходит минимальное сечение с дозвуковой или звуковой скоростью. Кольцевая струя пара, вышедшая из канала 5, обтекает поверхность наружной обечайки 4, оказывая эжектирующее действие на основной поток, подсасывая его к наружной обечайке 4 и тем самым обеспечивая эффективное заполнение потоком диффузора и уменьшение скорости потока пара по мере приближения к выходному сечению диффузора. Steam from the moisture-collecting chamber 2 is discharged through the annular confuser channel 5 into the diffuser and through additional openings 19 into the cavity 17 of the nozzle 18. In the channel 5, under the influence of confusion, the unevenness of the parameters in the stream, which passes through the minimum cross section at subsonic or sound speed, is reduced. An annular stream of steam leaving the channel 5 flows around the surface of the outer shell 4, exerting an ejecting effect on the main stream, sucking it to the outer shell 4 and thereby ensuring efficient filling of the diffuser with a stream and a decrease in the steam flow rate as it approaches the outlet cross section of the diffuser.

Пар, вышедший из дополнительных отверстий 19, смешивается с основным потоком за стенкой 8 в полости 17 патрубка 18 и направляется к выходному сечению 23. В зоне разъема 21, где направления основного потока пара и потока пара из отверстий 19 существенно отличаются, что может приводить к значительным потерям на смешение, расход пара через отверстия 19 имеет минимальное значение или равен нулю. The steam leaving the additional holes 19 is mixed with the main stream behind the wall 8 in the cavity 17 of the pipe 18 and is directed to the outlet section 23. In the area of the connector 21, where the directions of the main steam stream and the steam stream from the holes 19 are significantly different, which can lead to significant losses in mixing, the flow rate of steam through the holes 19 has a minimum value or equal to zero.

Влага, вынесенная паром из каналов 13 и щели 16 и осевшая на стенках влагоулавливающей камеры 2, стекает в нижнюю точку, где расположены отверстия 9, и через них сливается в полость 17 патрубка 18, откуда выводится из него вместе с паром. Moisture carried out by the steam from the channels 13 and the slit 16 and deposited on the walls of the moisture-collecting chamber 2 flows to the lower point, where the openings 9 are located, and through them merges into the cavity 17 of the pipe 18, from where it is discharged together with the steam.

Данное техническое решение позволяет путем обеспечения требуемого по критериям эрозионной надежности расхода влажного пара из проточной части последней ступени во влагоулавливающую камеру при безотрывном обтекании внутренней и наружной обечаек диффузора повысить экономичность и надежность выхлопной части паровой турбины. This technical solution allows, by ensuring the erosion reliability criteria for the consumption of wet steam from the flowing part of the last stage into the moisture trap during continuous flow around the inner and outer shells of the diffuser, to increase the efficiency and reliability of the exhaust part of the steam turbine.

Claims

EXHAUST PART OF A STEAM TURBINE, comprising a housing, a last stage with working blades and a diaphragm having a rim and nozzle blades with interscapular channels, an annular channel for bypassing steam formed by internal and external coaxial shells, the last of which has a wall connected to the body, and a moisture trap communicated with the annular channel and having an annular gap communicating its cavity with the flowing part of the last stage in front of the working blades, characterized in that, in order to increase efficiency and over of the shell, nozzle vanes are made with cavities communicated with interscapular channels, the diaphragm rim is made with channels communicating cavity of the vanes with a moisture trap chamber, holes for removing steam and draining moisture are made in the wall of the outer shell, the annular channel is made confuser with a length of 1 - 7 times the size of its minimum width, and the moisture trap is formed by the rim and coaxial shells, while the surface area of the inner shell is 5-50% of the total surface area of the inner echayki outer mantle surface and in the area from the outlet section of the annular channel to the outer wall of the sleeve.