RU2131044C1

RU2131044C1 - Steam turbine

Info

Publication number: RU2131044C1
Application number: RU98100495A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Ковалев
Original assignee: Ковалев Евгений Павлович
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-01-06
Publication date: 1999-05-27

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: steam turbine has multistage rotor with disks carrying rotor blades. Fitted between disks are diaphragms with nozzle blades on rims which form nozzles communicating through diaphragm channels with their central holes. Channels are brought out directly to walls of concave surfaces of nozzle blades, and stream separation zones built up about them have expanded portions at outlet. Shaped slots of diaphragm central holes mount segments with ridges of diaphragm labyrinth seals entering slots on rotor shaft. Segment ends are provided with additional ridges on external rims facing central holes of diaphragms. Entrance sections of segments have holes between shaft and channels running from central holes of diaphragms. EFFECT: improved economic efficiency of turbine. 3 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на паровых турбинах. The invention relates to energy and can be used on steam turbines.

Известна паровая турбина с диафрагмами (патент N 2068101 от 27.07.1994, F 01 D 11/02), в которой из камер между сегментами лабиринтовых уплотнений в центральных отверстиях выполнены каналы в их сопловые каналы. Наряду с достоинствами по полезному использованию пара протечек через лабиринтовые уплотнения по валу ротора имеются ограничения по использованию этого изобретения: оно применимо лишь на диафрагмах с двумя сегментами лабиринтового уплотнения в центральных отверстиях диафрагм. На паровых турбинах, оснащенных диафрагмами с одним сегментом лабиринтовых уплотнений, для получения аналогичного результата требуется иное техническое решение. Known steam turbine with diaphragms (patent N 2068101 from 07.27.1994, F 01 D 11/02), in which from the chambers between the segments of the labyrinth seals in the Central holes are made channels in their nozzle channels. Along with the advantages of the beneficial use of a pair of leaks through the labyrinth seals on the rotor shaft, there are restrictions on the use of this invention: it is applicable only on diaphragms with two segments of the labyrinth seal in the central holes of the diaphragms. On steam turbines equipped with diaphragms with one segment of labyrinth seals, a different technical solution is required to obtain a similar result.

Целью изобретения является создание устройства для наибольшего уменьшения протечек пара по валу ротора паровой турбины через лабиринтовые уплотнения диафрагм и его полезного использования с повышением ее экономичности. Эта цель достигается тем, что на паровой турбине, содержащей многоступенчатый ротор с дисками, снабженными рабочими лопатками, расположенные между ними диафрагмы с сопловыми лопатками на ободе, образующие сопла, сообщающиеся каналами в диафрагмах с их центральными отверстиями, на которых в фигурных пазах установлены сегменты с гребнями лабиринтовых уплотнений, входящими в пазы на валу ротора, на входных участках сегментов выполнены отверстия, сообщающие участки поверхностей вала ротора под ними с зонами центральных отверстий диафрагм, имеющими каналы в сопла, а на торцах сегментов выполнены дополнительно гребни на наружных ободах в сторону центральных отверстий. The aim of the invention is to provide a device for the greatest reduction of steam leakage along the rotor shaft of a steam turbine through the labyrinth seals of the diaphragms and its useful use with increasing its efficiency. This goal is achieved by the fact that on a steam turbine containing a multi-stage rotor with disks equipped with working blades, diaphragms are located between them with nozzle blades on the rim, forming nozzles communicating with channels in the diaphragms with their central holes, on which segments with ridges of labyrinth seals included in the grooves on the rotor shaft, holes were made at the input sections of the segments, communicating sections of the surfaces of the rotor shaft under them with the zones of the Central holes of the diaphragms having channels in the nozzle, and at the ends of the segments additional ridges are made on the outer rims towards the central holes.

Для повышения эффективности отсоса пара протечек каналы в диафрагмах на входе выполнены расширенными над участками сегментов с отверстиями и выходами их непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток. To increase the efficiency of suction of a couple of leaks, the channels in the diaphragms at the inlet are made widened above the segments with openings and their outlets directly to the walls of the concave surfaces of the nozzle blades.

Выполнение отверстий в сегментах с гребнями на торцах позволяет создать локальную камеру, заполняемую через отверстия паром протечек в лабиринтовых уплотнениях, отделяемую гребнями на торцах от пространства между ротором и диафрагмой, т. е. своеобразную ловушку для пара. Поскольку сегменты и диафрагмы неподвижны при работе турбины зазоры между корпусом диафрагмы и гребнем на сегменте могут быть предельно малыми (0,5-1,0 мм), что обеспечит ее назначение как камеры. Более подробно разъяснено в описании ниже и на чертеже (фиг. 1, 2). Making holes in the segments with ridges at the ends allows you to create a local chamber, filled through the holes with steam of leaks in the labyrinth seals, separated by ridges at the ends from the space between the rotor and the diaphragm, i.e., a kind of vapor trap. Since the segments and diaphragms are stationary during the operation of the turbine, the gaps between the diaphragm body and the ridge on the segment can be extremely small (0.5-1.0 mm), which will ensure its purpose as a camera. Explained in more detail in the description below and in the drawing (Fig. 1, 2).

Выполнение каналов в диафрагмах расширенными на входе позволяет охватить наиболее полно поверхность над отверстиями в сегментах с уменьшением сопротивления при отсосе по ним пара, а обеспечение их выхода непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток повысит эффективность отсоса пара соплами с улучшением газодинамики их работы из-за устранения имеющихся у стенок вогнутых поверхностей сопловых лопаток отрывных зон с отрывом потока пара. Об этих явлениях подробно описано в приведенных источниках, где указано, "что примерно 36% вогнутой поверхности занято отрывной зоной". Отсасываемый пар будет заполнять эти зоны и направляться из сопел на рабочие лопатки ротора. The implementation of the channels in the diaphragms widened at the inlet allows the most complete coverage of the surface above the holes in the segments with a decrease in resistance when steam is sucked out, and ensuring their exit directly to the walls of the concave surfaces of the nozzle blades will increase the efficiency of the steam suction nozzles with improved gas dynamics due to elimination available at the walls of the concave surfaces of the nozzle blades of the separation zones with a separation of the steam flow. These phenomena are described in detail in the cited sources, where it is indicated, "that approximately 36% of the concave surface is occupied by a separation zone." The suction steam will fill these zones and be directed from the nozzles to the rotor blades.

Новыми существенными признаками заявки на изобретение являются:
1. Выполнение отверстий на входных участках сегментов лабиринтовых уплотнений и гребней в их торцах на наружных ободах.New significant features of the application for invention are:
1. Making holes in the input sections of the segments of the labyrinth seals and ridges at their ends on the outer rims.

2. Выполнение в диафрагмах каналов расширенными на входе с охватом участков сегментов с отверстиями и с выходами, непосредственно к стенкам вогнутых поверхностей сопловых лопаток. 2. The execution in the diaphragms of the channels expanded at the entrance with the coverage of sections of segments with holes and with exits, directly to the walls of the concave surfaces of the nozzle blades.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана многоступенчатая паровая турбина по заявке на изобретение (фрагмент из 2-х ступеней, так как остальные ступени по технологии работы аналогичны). The invention is illustrated by the drawing, which shows a multi-stage steam turbine according to the application for the invention (a fragment of 2 stages, since the remaining stages are similar in operation technology).

Паровая турбина содержит корпус 1, ротор 2, с дисками 3 и их разгрузочными отверстиями 4 и рабочими лопатками 5, на ободе которых установлен бандаж 6 с гребнями 7, образующими надбандажные уплотнения. В корпусе 1 установлены диафрагмы 8, разделяющие паровую турбину на отдельные ступени, с соплами 9 (разрез по A-A), образуемыми сопловыми лопатками 10, сегменты 11 лабиринтовых уплотнений с гребнями 12, входящими в пазы 13 на валу ротора 2. Сегменты устанавливаются в фигурных пазах 14 и прижимаются пружинами 15. Сегменты 11 на входных участках имеют отверстия 16 и гребни 17 в их торцах на наружном ободе. Расположение отверстий 16 указано на фиг. 2 (разрез сегмента по C-C). Между наружными поверхностями входных участков сегментов 11 и центральными отверстиями диафрагм имеются камеры 18, отделяемые гребнями 17 от пространства между дисками 3 и диафрагмы 8 минимальными зазорами (0,5-1,0 мм). От камер 18 выполнены каналы 19 с расширениями 20 над отверстиями 16, которые выходят в сопла 9 непосредственно к вогнутым поверхностям сопловых лопаток 10. Стрелками указано направление движения отсасываемого пара. The steam turbine comprises a housing 1, a rotor 2, with disks 3 and their discharge openings 4 and rotor blades 5, on the rim of which a bandage 6 with ridges 7, forming over-band seals, is installed. Diaphragms 8 are installed in the housing 1, dividing the steam turbine into separate stages, with nozzles 9 (AA cut) formed by nozzle blades 10, segments of labyrinth seals with ridges 12 included in grooves 13 on the rotor shaft 2. Segments are installed in figured grooves 14 and pressed by springs 15. Segments 11 at the inlet sections have holes 16 and ridges 17 at their ends on the outer rim. The location of the holes 16 is indicated in FIG. 2 (section cut by C-C). Between the outer surfaces of the inlet sections of the segments 11 and the central holes of the diaphragms there are chambers 18, separated by ridges 17 from the space between the disks 3 and the diaphragm 8 with the minimum gaps (0.5-1.0 mm). From the chambers 18, channels 19 are made with extensions 20 above the holes 16, which exit into the nozzles 9 directly to the concave surfaces of the nozzle vanes 10. The arrows indicate the direction of movement of the suction vapor.

Работа паровой турбины по заявке на изобретение осуществляется следующим образом. Подводимый к соплам 9 пар ускоряется с преобразованием потенциальной энергии в кинетическую со снижением при расширении его давления и поступает на рабочие лопатки 5 ротора 2, приводя его во вращение с совершением механической работы по известному технологическому процессу, подробно описываемому в известных источниках по паровым турбинам. Выходящий отработанный в ступени пар поступает с некоторой выходной скоростью в сопла последующей ступени, и так от ступени к ступени процесс аналогичен. В процессе совершения механической работы вращающимся ротором происходит протечка пара через надбандажные уплотнения 7 по ободу дисков 3, поступление его по валу к лабиринтовым уплотнениям 12, 13 и в пространство между дисками 3 ротора 2 и диафрагмами 8 от корневого сечения рабочих лопаток 5, некоторой части, прошедшей через уплотнения 12, 13, из которого через разгрузочного отверстия 4 пар вновь поступает к лабиринтовым уплотнениям 12, 13, а некоторая часть к соплам 9. Из лабиринтовых уплотнений 12, 13 пар протечек через отверстия 16 в сегментах 11 за счет нагрева силами трения (по данным НПЛ ЦКТИ на 35-40^oC) расширяется и дополнительно центробежными силами при его закрутке вращающимся ротором интенсивно будет выталкиваться в камеру 18 и через каналы 19 в диафрагмах 8 из их расширенных участков 20 будет отсасываться соплами 9 к отрывным зонам на вогнутых поверхностях сопловых лопаток 10 в основной поток пара, поступающий к ним, с полезным использованием для совершения механической работы. При этом протечки пара через лабиринтовые уплотнения 12, 13 будут минимальны.The operation of a steam turbine according to the application for the invention is as follows. The steam supplied to the nozzles 9 is accelerated with the conversion of potential energy into kinetic energy with a decrease when its pressure expands and enters the working blades 5 of the rotor 2, bringing it into rotation with the completion of mechanical work according to the known technological process, described in detail in well-known sources on steam turbines. The steam that is exhausted in the stage enters, with a certain output speed, into nozzles of the subsequent stage, and so the process is similar from stage to stage. In the process of performing mechanical work by the rotating rotor, steam leaks through the over-seal seals 7 along the rim of the disks 3, it enters the labyrinth seals 12, 13 and into the space between the disks 3 of the rotor 2 and the diaphragms 8 from the root section of the working blades 5, along some shaft, passed through the seals 12, 13, from which through the discharge opening 4 pairs again goes to the labyrinth seals 12, 13, and some to the nozzles 9. From the labyrinth seals 12, 13 pairs of leaks through the holes 16 in the segments 11 due to m heating by friction (according to NPL CKTI at 35-40 ^o C) and further expanded by centrifugal forces when rotating rotor spin intensively will be pushed into the chamber 18 and through channels 19 in the apertures 8 of their extended portions 20 will be sucked to the tear-off nozzles 9 zones on the concave surfaces of the nozzle blades 10 in the main steam flow entering them, with useful use for mechanical work. In this case, steam leakage through the labyrinth seals 12, 13 will be minimal.

Таким образом, благодаря выполнению на входных участках сегментов ряда отверстий с отсечкой гребнями на ободе их торцов от остального пространства с расширенными входными участками каналов в диафрагмах, охватывающими поверхности сегментов с отверстиями, и выполнению каналов в диафрагмах к вогнутым поверхностям сопловых лопаток обеспечивается максимальное улавливание пара протечек в лабиринтовых уплотнениях для совершения полезной механической работы с повышением экономичности паровой турбины. Thus, due to the implementation of a series of holes at the inlet sections of the segments with cutoff ridges on the rim of their ends from the rest of the space with expanded inlet portions of the channels in the diaphragms covering the surfaces of the segments with holes, and the implementation of the channels in the diaphragms to the concave surfaces of the nozzle blades, the maximum capture of a couple of leaks is ensured in labyrinth seals to perform useful mechanical work while increasing the efficiency of a steam turbine.

Claims

A steam turbine containing a multi-stage rotor with disks equipped with working blades, diaphragms located between them with nozzle blades on the rims, forming nozzles communicating with channels in the diaphragms with their central holes, on which segments with ridges of diaphragm labyrinth seals included in the figured grooves are included grooves on the rotor shaft, characterized in that at the input sections of the segments holes are made, directed from the shaft towards the channels from the Central holes of the diaphragms, which output They directly extend to the walls of the concave surfaces of the nozzle vanes into the separation zones of the steam that arise near them and have extended sections at the inlet, and the ends of the segments are additionally provided with ridges on the outer rims directed towards the central aperture openings.