RU2108465C1

RU2108465C1 - Steam turbine diaphragm

Info

Publication number: RU2108465C1
Application number: RU96104081A
Authority: RU
Inventors: Евгений Павлович Ковалев
Original assignee: Евгений Павлович Ковалев
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: steam turbines. SUBSTANCE: diaphragm includes disk 1 which is split over diameter; disk is provided with nozzle passages 2 formed by solid nozzle vanes 3 secured on rim. Diaphragm has central orifice with two parallel shaped grooves over its circumference where segments 6 with strips 7 of labyrinth seal, bounding the chamber are located. This chamber is brought in communication with nozzle vanes 3 through passages 14 provided in disk. Provided inside nozzle vanes 3 are additional nozzle passages 10 whose inlet is communicated with passages 2 running from chamber and outlet is communicated respectively with nozzle passages. EFFECT: enhanced efficiency of operation due to reduction of heat losses. 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на паровых турбинах. The invention relates to a power system and can be used on steam turbines.

Известна диафрагма паровой турбины, содержащая разъемный по диаметру диск с сопловыми каналами на ободе и центральным отверстием с двумя параллельными фигурными пазами по его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру, на которой для частичного использования протечек пара через лабиринтовое уплотнение в диске выполнены каналы, сообщающие камеру с сопловыми каналами [1]. A diaphragm of a steam turbine is known, comprising a diameter-detachable disk with nozzle channels on the rim and a central hole with two parallel curly grooves around its circumference, in which segments with ridges of the labyrinth seal are located, defining a chamber on which, for partial use of steam leaks through the labyrinth seal, The disk is made channels communicating the camera with nozzle channels [1].

Наряду с простотой технического решения по улучшению работы диафрагмы, ей присущи и недостатки, снижающие эффективность сопловых каналов, которые заключаются в следующем. Along with the simplicity of the technical solution to improve the operation of the diaphragm, it also has disadvantages that reduce the efficiency of the nozzle channels, which are as follows.

В процессе длительной работы паровых турбин и особенно маневренных с частыми основами и пусками имеет место износ гребней лабиринтовых уплотнений с закруглением острой кромки, и уплотнения принимают вид по 2 вместо вида по 1 (рис. 5.22) с увеличением протечки пара примерно в 1,3 раза (в соответствии с кривыми для этих типов кромок по рис. 5.22) [2]. During long-term operation of steam turbines, and especially maneuvering with frequent bases and starts, wear of the ridges of the labyrinth seals with a rounded sharp edge takes place, and the seals take the form of 2 instead of the type of 1 (Fig. 5.22) with an increase in steam leakage by about 1.3 times (in accordance with the curves for these types of edges according to Fig. 5.22) [2].

Увеличение протечек пара приводит и к увеличению расхода отсосного пара по каналам из камеры между сегментами в сопловые каналы, что увеличивает потери энергии на разворот в нем отсасываемой струи пара на 90^o. Подобный аналогичный технологический процесс в зависимости от угла подвода струи, величины расхода среды детально показан в [3] с выводами о неоптимальности режима с увеличенным расходом и при вдуве струи под углом 90^o. При этом скоростной энергетический потенциал отсосный пар должен получать в сопловом канале, что не является самым оптимальным решением.The increase in steam leakage leads to an increase in the flow rate of suction steam through the channels from the chamber between the segments into the nozzle channels, which increases the energy loss by turning the suction jet of steam through it by 90 ^° . A similar similar process, depending on the angle of the jet, the flow rate of the medium is shown in detail in [3] with conclusions about the non-optimal mode with increased flow and when the jet is blown at an angle of 90 ^o . In this case, the suction steam should receive a high-speed energy potential in the nozzle channel, which is not the most optimal solution.

Целью изобретения является повышение эффективности работы диафрагмы. The aim of the invention is to increase the efficiency of the diaphragm.

Цель достигается тем, что на диафрагме паровой турбины, содержащей разъемный по диаметру диск с сопловыми каналами, образованными лопатками на ободе, и центральное отверстие с двумя параллельными фигурными пазами на его окружности, в которых расположены сегменты с гребнями лабиринтового уплотнения, ограничивающие камеру, сообщающуюся с сопловыми каналами, внутри лопаток выполняют дополнительные сопловые каналы, вход которых по пару сообщается каналами с камерой, а выход соответственно с сопловыми каналами между лопатками. The goal is achieved by the fact that on the diaphragm of a steam turbine containing a disc that is detachable in diameter with nozzle channels formed by blades on the rim, and a central hole with two parallel figured grooves on its circumference, in which there are segments with ridges of the labyrinth seal, bounding the chamber communicating with nozzle channels, inside the blades perform additional nozzle channels, the input of which is coupled by channels with the camera, and the output, respectively, with nozzle channels between the blades.

Выполнение непосредственно в лопатках дополнительных сопловых каналов позволяет ускорять в них за счет расширения отсосный из камеры пар с производством полезной работы совместно с паром, выходящих из основных сопловых каналов диафрагмы. The implementation directly in the blades of additional nozzle channels allows you to accelerate in them by expanding the suction from the chamber steam with the production of useful work together with the steam leaving the main nozzle channels of the diaphragm.

Характеристики дополнительных сопловых каналов должны быть близки к характеристикам основных сопловых каналов между лопатками. The characteristics of the additional nozzle channels should be close to the characteristics of the main nozzle channels between the blades.

Новыми существенными признаками являются:
1) выполнение внутри лопаток дополнительных сопловых каналов с выходом в основной сопловой канал, сообщающихся каналами с камерой между сегментами лабиринтового уплотнения;
2) ускорение в дополнительных сопловых каналах отсосного пара с приобретением им скоростного энергетического потенциала (используется полезно ранее теряемая энергия пара протечек).New significant features are:
1) the implementation inside the blades of additional nozzle channels with access to the main nozzle channel, communicating channels with the camera between the segments of the labyrinth seal;
2) acceleration in the additional nozzle channels of the suction steam with the acquisition of a high-speed energy potential (the previously lost steam energy that has been used is useful).

На фиг. 1 показана диафрагма по изобретению; на фиг. 2 - разрез по А-А; на фиг. 3 - работа диафрагмы в составе турбинной ступени. In FIG. 1 shows a diaphragm according to the invention; in FIG. 2 - section along aa; in FIG. 3 - the work of the diaphragm in the turbine stage.

Диафрагма паровой турбины (фиг. 1) содержит разъемный по диаметру диск 1, сопловые каналы 2 (фиг. 2) на его ободе, образованные лопатками 3, внешний обод 4, фигурные пазы 5, сегменты 6 с гребнями 7 лабиринтового уплотнения с фиксирующими пружинами 8 над ними, каналы 9 в диске диафрагмы, дополнительные сопловые каналы 10 в лопатках (в каждой лопатке). На фиг. 3 показана установленная в корпусе 11 турбины диафрагма по фиг. 1, в составе одной турбинной ступени с аналогичными фиг. 1 обозначениями, содержащая ротор 12 (для упрощения указана часть его вала с лабиринтовыми канавками 13), диск 14 с разгрузочными отверстиями 15 и рабочими лопатками 16, установленными в пазу на диске 14, которые на ободе снабжены бандажом 17 с гребнями уплотнения, а в корневой зоне уплотнительными гребнями 18 по окружности диска 14. В корпусе 11 первой турбины установлены надбандажные уплотнения 19. The diaphragm of a steam turbine (Fig. 1) contains a disk 1 that is detachable in diameter, nozzle channels 2 (Fig. 2) on its rim, formed by blades 3, an external rim 4, shaped grooves 5, segments 6 with ridges 7 of the labyrinth seal with fixing springs 8 above them, channels 9 in the diaphragm disk, additional nozzle channels 10 in the blades (in each blade). In FIG. 3 shows the diaphragm installed in the turbine housing 11 of FIG. 1, as part of one turbine stage with the same as in FIG. 1 by designations, containing a rotor 12 (for simplicity, a part of its shaft with labyrinth grooves 13 is indicated), a disk 14 with unloading holes 15 and working blades 16 installed in a groove on the disk 14, which are provided with a bandage 17 with seal ridges on the rim and in the root the area of the sealing ridges 18 around the circumference of the disk 14. In the casing 11 of the first turbine, over-band seals 19 are installed.

Работа диафрагмы паровой турбины в составе одной турбинной ступени (для других ступеней многоступенчатой паровой турбины аналогична нижеописанной) осуществляется следующим образом. Подводимый к сопловым каналам 2 от предыдущей ступени пар при расширении в нем приобретает кинетическую энергию, которая полезно используется путем подачи его на рабочие лопатки 16, приводя во вращение вал ротора 12 с совершением механической работы по известному технологическому процессу. Часть пара C₂ (по расчету 0,01-002% от расхода пара на паровую турбину) через лабиринтовое уплотнение 6, 7 протекает в камеру между диафрагмой 1 и диском 14 ротора 12 и через разгрузочные отверстия 15 в проточную часть последующих ступеней.The operation of the diaphragm of a steam turbine as part of one turbine stage (for other stages of a multi-stage steam turbine is similar to that described below) is carried out as follows. The steam supplied to the nozzle channels 2 from the previous stage when expanding in it acquires kinetic energy, which is advantageously used by supplying it to the working blades 16, causing the rotor shaft 12 to rotate with mechanical work according to the known technological process. Part of the C ₂ vapor (calculated as 0.01-002% of the steam flow rate to the steam turbine) through the labyrinth seal 6, 7 flows into the chamber between the diaphragm 1 and the disk 14 of the rotor 12 and through the discharge openings 15 into the flow part of the subsequent stages.

Из камеры между сегментами 6 лабиринтового уплотнения за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора и эжекции дополнительных сопловых каналов 10, часть перетечного пара C₃ отсасывается в них по каналам 9, уменьшая протечку пара.From the chamber between the segments of the labyrinth seal 6 due to the centrifugal forces arising from the rotation of the rotor and the ejection of additional nozzle channels 10, part of the overflow steam C _{3 is} sucked into them through channels 9, reducing the leakage of steam.

В дополнительных сопловых каналах 10 отсосный пар при расширении приобретает кинетическую энергию и истекает в сопловые каналы между лопатками 3 в основной поток пара и используется для совершения полезной работы. При вращении ротора 12 перетечный пар C₂ за счет сил трения нагревается в лабиринтовом уплотнении (по оценке НПО ЦКТИ на 30-40^oC), расширяется соответственно при нагреве, и потери сил трения также частично полезно используются при повышении энергетического потенциала отсасываемого перетечного пара C₃.In the additional nozzle channels 10, the suction steam, when expanded, acquires kinetic energy and flows into the nozzle channels between the blades 3 into the main steam stream and is used to perform useful work. When the rotor 12 rotates, the C ₂ overflow steam is heated in the labyrinth seal due to friction forces (according to the estimates of NPO CKTI at 30-40 ^o C), expands accordingly during heating, and the friction loss is also partially useful when increasing the energy potential of the suction overflow couple C ₃ .

Таким образом, выполнение внутри лопаток 3 дополнительных сопловых каналов 10, сообщенных каналами 9 с камерой между сегментами 6 лабиринтового уплотнения, позволяет приобрести отсосным паром при его расширении в дополнительных соплах кинетическую энергию, используемую для совершения полезной работы, частично использовать теплопотери сил трения в лабиринтовом уплотнении с повышением экономичности паровой турбины. Thus, the execution inside the blades 3 of additional nozzle channels 10 communicated by the channels 9 with the chamber between the labyrinth seal segments 6 allows the suction steam to be acquired with its expansion in additional nozzles the kinetic energy used to perform useful work, and partially use the heat loss of friction forces in the labyrinth seal with increased efficiency of the steam turbine.

Claims

A steam turbine diaphragm containing a diameter-detachable disk with nozzle channels formed by integral nozzle blades fixed to the rim, a central hole with two parallel figured grooves on its circumference, in which segments with labyrinth seal ridges are located, which limit the chamber communicating with the channels in the nozzle disk blades, characterized in that inside the nozzle blades perform additional nozzle channels, the input of which communicates with the channels from the camera, and the output, respectively, with nozzle channels.