RU2126088C1

RU2126088C1 - Steam turbine stage with moisture separators

Info

Publication number: RU2126088C1
Application number: RU95116898/06A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Забелин; Г.Г. Шпензер; В.И. Кириллов; Н.Н. Гудков; В.Г. Кубарев; И.С. Шмарин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Ленинградский Металлический завод"
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1999-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; moist steam turbines. SUBSTANCE: steam turbine stage has guide vane assembly and working wheel located in stator part. Ring moisture outlet channels is made in stator part before working wheel, and grooved structure is formed on stator part surface to entrap drop moisture. Moreover, moisture-collecting grooves are made on surface of stator part which are uniformly spaced over circumference between intervane zone of guide vane assembly and inlet of water outlet channel in cross direction relative to grooves of grooved structure. Area of cross section of moisture collecting grooves exceeds summary area of cross section of grooves of grooved structure between these grooves. EFFECT: provision of reliable direction of moisture into moisture outlet channel. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к производству паровых турбин, преимущественно влажно-паровых, а его объектом является ступень турбины со средствами сепарации влаги. The invention relates to the production of steam turbines, mainly wet steam, and its object is a turbine stage with means for separating moisture.

Известны ступени паровых турбин с выполненными в статорной части кольцевыми влагоотводящими каналами. Известны также многочисленные решения, относящиеся к оптимизации процесса улавливания влаги и ее направления во влагоотводящий канал. Steps of steam turbines with annular water-removing channels made in the stator part are known. Numerous solutions are also known related to the optimization of the process of trapping moisture and its direction into the drainage channel.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является ступень паровой турбины со средствами сепарации влаги, содержащая расположенные в статорной части направляющий аппарат и рабочее колесо, выполненный в статорной части перед рабочим колесом кольцевой влагоотводящий канал, а на ее поверхности перед этим каналом - желобчатую структуру, образованную чередующимися проточками [1]. Как показали проведенные исследования, капельная влага хорошо улавливается желобчатой структурой. Однако ее течение во влагоотводящий канал сопровождается разрывом движущейся пленки и ее сдуванием под действием вихрей, образующихся между спинкой и корытом смежных лопаток направляющего аппарата и захватывающих зону как в пределах этого аппарата, так и за ним. The closest analogue of the present invention is a step of a steam turbine with moisture separation means, comprising a guide apparatus and an impeller located in the stator part, made in the stator part in front of the impeller, an annular drainage channel, and on its surface in front of this channel there is a grooved structure formed by alternating grooves [1]. As studies have shown, droplet moisture is well captured by the grooved structure. However, its flow into the dewatering channel is accompanied by rupture of the moving film and its blowing off under the action of vortices formed between the back and the trough of adjacent vanes of the guide apparatus and capturing the zone both within this apparatus and behind it.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания таких средств сепарации влаги, которые при использовании желобчатой структуры для улавливания влаги обеспечивали бы вместе с тем ее надежное направление во влагоотводящий канал без уноса текущей пленки влаги. The basis of the present invention is the task of creating such a means of separation of moisture, which, when using a grooved structure to trap moisture, would at the same time ensure its reliable direction into the drainage channel without entraining the current film of moisture.

Эта задача решается в степени паровой турбины, содержащей выполненный в статорной части перед рабочим колесом кольцевой влагоотводящий канал, а на ее поверхности перед каналом - желобчатую структуру, в которой, в соответствии с сущностью настоящего изобретения, на поверхности статорной части перед кольцевым влагоотводящим каналом выполнены влагосборные канавки, проходящие с равномерным шагом по окружности от межлопаточной зоны направляющего аппарата ко входу во влагоотводящий канал в перекрестном направлении относительно проточек желобчатой структуры и имеющих площадь поперечного сечения большую, чем суммарная площадь поперечного сечения проточек между канавками. This problem is solved to the extent of a steam turbine containing an annular drainage channel made in the stator part in front of the impeller, and a grooved structure on its surface in front of the channel, in which, in accordance with the essence of the present invention, the drainage channels are made on the surface of the stator part in front of the annular drainage channel grooves passing with a uniform pitch around the circle from the interscapular area of the guide apparatus to the entrance to the drainage channel in the cross direction relative to the grooves grooved structure and having a cross-sectional area greater than the total cross-sectional area of the grooves between the grooves.

При таком решении текущая пленка влаги разделяется на отдельные полоски, которые собираются в канавки и через них организованно направляются во влагоотводящий канал. Это, как подтверждено проведенными исследованиями, значительно снижает унос пленки вихревыми токами. With this solution, the current film of moisture is divided into separate strips, which are collected in grooves and through them are organized into the dewatering channel. This, as confirmed by studies, significantly reduces the ablation of the film by eddy currents.

Для более эффективного функционирования влагосборных канавок предпочтительно, чтобы они проходили под острым углом к линиям протяженности проточек желобчатой структуры. For more efficient functioning of the moisture-collecting grooves, it is preferable that they extend at an acute angle to the length lines of the grooves of the grooved structure.

Кроме того, предпочтительно, чтобы поверхность статорной части перед влагоотводящим каналом была выполнена конической с плавным переходом в переднюю стенку кольцевого влагоотводящего канала, а круговая кромка задней стенки этого канала образовала окружность меньшего диаметра, чем диаметр окружности пересечения задней стенки продолжением конической поверхности. При таком решении на входе во влагоотводящий канал образуется перекрыша, препятствующая переносу влаги за канал, а коническая поверхность с плавным переходом способствует поджиму влаги к поверхности статорной части и ее безотрывному входу во влагоотводящий канал. In addition, it is preferable that the surface of the stator part in front of the drainage channel be tapered with a smooth transition into the front wall of the annular drainage channel, and the circular edge of the rear wall of this channel form a circle of a smaller diameter than the diameter of the circle of intersection of the rear wall with a continuation of the conical surface. With this solution, an overlap is formed at the entrance to the drainage channel, which prevents the transfer of moisture beyond the channel, and a conical surface with a smooth transition contributes to the compression of moisture to the surface of the stator part and its continuous entry into the drainage channel.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его осуществления, изображенного на прилагаемых чертежах, на которых:
фиг. 1 показывает ступень паровой турбины со средствами сепарации влаги, в продольном разрезе;
фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1 в развертке;
фиг. 3 - разрез по Б-Б в зоне прохождения из канавок на фиг. 2.The essence of the present invention is illustrated by the following detailed description of one of the examples of its implementation, shown in the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows a stage of a steam turbine with moisture separation means, in longitudinal section;
FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1 in the scan;
FIG. 3 is a section along BB in the passage zone from the grooves of FIG. 2.

Изображенная на чертежах ступень относится к одной из влажнопаровых ступеней цилиндра паровой турбины, преимущественно к одной из последних ступеней части низкого давления. The step depicted in the drawings relates to one of the wet-steam stages of the cylinder of a steam turbine, mainly to one of the last stages of the low pressure part.

Ступень содержит статорную часть в виде диафрагмы 1 с козырьком 2, лопаточный направляющий аппарат 3 и рабочее колесо 4 с облопачиванием. В диафрагме 1 перед рабочим колесом 4 в месте перехода к козырьку 2 выполнен кольцевой влагоотводящий канал 5. Желательно, чтобы ширина щели этого канала уменьшалась от его входа в радиальном направлении, что позволит минимизировать расход пара, отсасываемого через влагоотводящий канал. The step contains a stator part in the form of a diaphragm 1 with a visor 2, a blade guide apparatus 3 and an impeller 4 with blading. In the diaphragm 1 in front of the impeller 4 at the point of transition to the visor 2, an annular water drain channel 5 is made. It is desirable that the slot width of this channel decrease from its entrance in the radial direction, which will minimize the consumption of steam sucked through the water channel.

Поверхность 6 диафрагмы перед влагоотводящим каналом 5 выполнена конической и плавно переходит в переднюю стенку 7 канала 5. Задняя стенка 8 этого канала образована плоской торцевой поверхностью козырька 2. При этом круговая кромка этого козырька образует окружность с диаметром D₁, который меньше диаметра D₂ окружности пересечения задней стенки 8 с продолжением конической поверхности 6. Благодаря этому на входе во влагоотводящий канал образуется перекрыша.The surface 6 of the diaphragm in front of the drainage channel 5 is conical and smoothly passes into the front wall 7 of the channel 5. The rear wall 8 of this channel is formed by the flat end surface of the peak 2. Moreover, the circular edge of this peak forms a circle with a diameter D ₁ that is less than the diameter D _{2 of the} circle the intersection of the rear wall 8 with the continuation of the conical surface 6. Due to this, an overlap is formed at the entrance to the moisture channel.

На поверхности 6 с помощью чередующихся проточек образована желобчатая структура 9. Аналогичная желобчатая структура 10 может быть образована и на внутренней поверхности козырька 2. На поверхности 6 выполнены также влагосборные канавки 11, которые начинаются в межлопаточной зоне направляющего аппарата 3 и проходят до влагоотводящего канала 5 в перекрестном направлении относительно проточек желобчатой структуры 9. При этом влагосборные канавки 11 расположены с равномерным шагом по окружности, а их начальный участок проходит в зонах за спинками лопаток направляющего аппарата 3 вдоль касательной к их задней поверхности и под острым углом к проточкам желобчатой структуры 9 (фиг. 2). A grooved structure 9 is formed on the surface 6 using alternating grooves 9. A similar grooved structure 10 can also be formed on the inner surface of the visor 2. On the surface 6, moisture-collecting grooves 11 are also made, which begin in the interscapular area of the guide apparatus 3 and extend to the moisture-removing channel 5 in cross direction relative to the grooves of the grooved structure 9. In this case, the moisture-collecting grooves 11 are arranged with a uniform pitch around the circumference, and their initial section passes in the zones behind the back E guide blades 3 along a tangent to its back surface and at an acute angle to the groove trough structure 9 (FIG. 2).

Площадь поперечного сечения каждой канавки 11 больше суммарной площади поперечного сечения проточек желобчатой структуры 9, которые пересекаются канавкой 11. При этом каждая канавка 11 может быть выполнена с площадью поперечного сечения, увеличивающейся, предпочтительнее за счет глубины, ко входу во влагоотводящий канал 5, но так, чтобы площадь поперечного сечения каждого очередного дискретного участка канавки 11 была больше суммарной площади поперечных сечений проточек, пересекаемых этим участком и предыдущей частью канавки 11. Предпочтительно, чтобы канавки 11 были выполнены с глубиной, большей, чем ширина примерно в 1,5 - 2 раза. The cross-sectional area of each groove 11 is larger than the total cross-sectional area of the grooves of the grooved structure 9, which intersect with the groove 11. Moreover, each groove 11 can be made with a cross-sectional area, increasing, preferably due to the depth, to the entrance to the drainage channel 5, but so that the cross-sectional area of each subsequent discrete section of the groove 11 is greater than the total cross-sectional area of the grooves intersected by this section and the previous part of the groove 11. Prefer It is preferable that the grooves 11 be made with a depth greater than the width by about 1.5-2 times.

При работе капельная влага, проходя через проточную часть турбины, сепарируется на поверхности лопаток направляющего аппарата 3 и под действием осевой и окружной составляющих потока за счет центробежной силы поднимается к периферии, смещаясь к задней кромке. У периферии под воздействием вихрей, возникающих между спинками и корытами смежных лопаток, влага срывается с их поверхности и выбрасывается вверх и вперед по потоку, где она улавливается желобчатой структурой 9. During operation, droplet moisture passing through the turbine flow section is separated on the surface of the vanes of the guide apparatus 3 and rises to the periphery due to centrifugal force due to centrifugal force, shifting to the trailing edge. At the periphery, under the influence of vortices arising between the backs and troughs of adjacent blades, moisture breaks off their surface and is thrown up and downstream, where it is captured by a grooved structure 9.

Коническая поверхность 6 способствует улавливанию и транспортировке к влагоотводящему каналу 5 влаги как выходящей из диафрагмы 1, так и отраженной от лопаток рабочего колеса 4. Из проточек желобчатой структуры 9 влага поступает во влагосборные канавки 11 и по ним организованно направляется во влагоотводящий канал 5 с минимальным уносом влаги, а наличие перекрыши на входе во влагоотводящий канал 5 препятствует перебросу капель влаги через этот канал. Благодаря этому обеспечивается надежное выведение уловленной влаги из проточной части. The conical surface 6 contributes to the collection and transportation of moisture to the drainage channel 5, both exiting from the diaphragm 1 and reflected from the blades of the impeller 4. From the grooves of the grooved structure 9, moisture enters the moisture-collecting grooves 11 and is routed through them to the drainage channel 5 with minimal ablation moisture, and the presence of an overlap at the entrance to the drainage channel 5 prevents the transfer of moisture drops through this channel. This ensures reliable removal of trapped moisture from the flowing part.

В облопачивании рабочего колеса 4 капельная и пленочная влага поднимается к периферии и под действием центробежной и кориолиссовой сил сбрасывается с торца лопаток вверх и с входной кромки вверх и против потока. Влага с входной кромки улавливается желобчатой структурой 9 и отводится вместе со влагой из направляющего аппарата в канал 5. Другая часть влаги, сбрасываемая с торца лопатки, улавливается желобчатой структурой 10 и тонкой пленкой двигается к последующему направляющему аппарату или в выхлопной патрубок. In the blading of the impeller 4, drip and film moisture rises to the periphery and, under the action of centrifugal and Coriolis forces, is discharged from the end of the blades up and from the inlet edge up and against the flow. Moisture from the inlet edge is captured by the grooved structure 9 and is removed together with moisture from the guide apparatus into the channel 5. Another part of the moisture discharged from the end of the blade is trapped by the grooved structure 10 and moves with a thin film to the subsequent guide apparatus or to the exhaust pipe.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 994786, F 01 D 25/32, 1983.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 994786, F 01 D 25/32, 1983.

Claims

1. A step of a steam turbine with moisture separation means, comprising a guiding apparatus located in the stator part and an impeller made in the stator part in front of the impeller of an annular water drain channel, and on its surface a groove structure formed by alternating grooves, characterized in that on the surface the stator part in front of the drainage channel, moisture-collecting grooves are made, passing with a uniform pitch around the circumference from the interscapular area of the guide apparatus to the entrance to the drainage to anal in the cross direction relative to the grooves of the grooved structure and having a cross-sectional area greater than the total cross-sectional area of the grooves between these grooves.

2. The stage according to claim 1, characterized in that the moisture-collecting grooves pass at an acute angle to the length lines of the grooves of the grooved structure.

3. The step according to claim 1 or 2, characterized in that the surface of the stator part in front of the drainage channel is conical with a smooth transition into the front wall of the annular drainage channel, and the circular edge of the rear wall of this channel forms a circle of a smaller diameter than the diameter of the circle of intersection of the rear wall continuation of the conical surface.