RU2150008C1

RU2150008C1 - Multiple-cylinder turbine with opposing exhaust sections of high- and intermediate-pressure cylinders

Info

Publication number: RU2150008C1
Application number: RU98118289A
Authority: RU
Inventors: Г.Д. Авруцкий
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт"
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-05-27

Abstract

FIELD: heavy-power steam turbines. SUBSTANCE: turbine has single-flow high-pressure cylinders and intermediate-pressure cylinder with common composite shaft that has coupling and combined journal-thrust bearing. High-pressure and intermediate-pressure cylinders are mounted in opposing positions with their exhaust sections facing each other so as to take axial thrusts off the rotor. Cylindrical and flat surfaces of half-couplings function as journal thrust members of shaft engageable with respective members of combined journal-thrust bearing. Such design provides for reducing thrusts on bracing bolts of coupling and misalignment of shaft line supports as combined journal-thrust bearing placed between exhaust sections of cylinders and its foundation occur in relatively cool zone. EFFECT: improved reliability of turbine. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области турбоустановок и может быть использовано в мощных многоцилиндровых паровых турбинах, содержащих однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД). The invention relates to the field of turbines and can be used in powerful multi-cylinder steam turbines containing a single-flow high-pressure cylinder (CVP) and a medium-pressure cylinder (CSD).

При эксплуатации многоцилиндровых паровых турбин возникает ряд проблем, связанных с недостаточной уравновешенностью осевых усилий, приводящей, в частности, к частой поломке стяжных болтов в соединительной муфте между ротором высокого давления и ротором среднего давления турбины, нестабильности ее вибрационного состояния, ненадежной работе подшипников узла, воспринимающего осевые усилия. When operating multi-cylinder steam turbines, a number of problems arise associated with insufficient axial forces, leading, in particular, to frequent breakdown of the coupling bolts in the coupling between the high-pressure rotor and the medium-pressure rotor of the turbine, the instability of its vibrational state, unreliable operation of the bearings of the axial forces.

Известны паровые турбины, в которых уменьшение неуровновешенности осевых усилий достигается с помощью перепада давления на противоположных концах соединенного с валом турбины разгрузочного поршня [1]. Недостатком такого решения является увеличение металлоемкости и усложнение конструкции вала, а также необходимость введения с тыльной стороны поршня разгрузочной камеры, соединенной с промежуточной ступенью или выходным патрубком турбины. Steam turbines are known in which a reduction in axial force imbalance is achieved by means of a pressure differential at opposite ends of the unloading piston connected to the turbine shaft [1]. The disadvantage of this solution is the increase in metal consumption and the complexity of the shaft design, as well as the need to introduce an unloading chamber connected to the intermediate stage or turbine outlet from the back of the piston.

Известны паровые турбины, в которых уменьшение неуравновешенности осевых усилий достигается выполнением ЦВД в виде противоточного цилиндра, в котором пар после прохождения через несколько ступеней поворачивается на 180^o и движется в обратном направлении в кольцевом зазоре между внутренней и внешней стенками цилиндра [2] . При этом, однако, возникают потери с выходной скоростью пара в первой группе ступеней, а также потери энергии из-за поворота пара и его протекания в кольцевом зазоре между стенками цилиндра.Steam turbines are known in which a reduction in axial force imbalance is achieved by performing a CVP in the form of a countercurrent cylinder, in which the steam, after passing through several stages, is rotated 180 ^° and moves in the opposite direction in the annular gap between the inner and outer walls of the cylinder [2]. In this case, however, there are losses with the steam output speed in the first group of stages, as well as energy losses due to the rotation of the steam and its flow in the annular gap between the cylinder walls.

Известны многоцилиндровые турбины, в которых уравновешивание осевых усилий достигается тем, что по меньшей мере один из первых по ходу пара цилиндров (ЦВД или ЦСД) выполнен двухпоточным, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения их проточных частей [3]. Однако двухпоточные схемы применительно к цилиндрам с малыми объемными пропусками пара (ЦВД и ЦСД) обуславливают уменьшение высот лопаток с увеличением аэродинамических потерь и потерь в концевых уплотнениях. Multi-cylinder turbines are known in which axial forces are balanced by the fact that at least one of the first pair of cylinders (CVP or DSP) is double-threaded, with CVP and DSP oriented in different directions along the expansion of their flow parts [3]. However, dual-flow schemes as applied to cylinders with small volumetric vapor passes (CVP and TsSD) cause a decrease in the heights of the blades with an increase in aerodynamic losses and losses in the end seals.

Известна также выбираемая в качестве прототипа многоцилиндровая турбина, содержащая однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД), имеющие по меньшей мере один комбинированный опорно-упорный подшипник и общий составной вал с опорно-упорным рабочими элементами под подшипники и соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения проточной части [4]. Разность осевых усилий ЦВД и ЦСД воспринимает комбинированный опорно-упорный подшипник. Вместе с тем, в такой конструкции стяжные болты соединительной муфты нагружены крутящим моментом и растягивающими усилиями, что может приводить к поломке болтов. Кроме того, при таком расположении цилиндров они оказываются обращенными своими горячими сторонами к помещенному между ними опорно-упорному подшипнику, что вызывает нагрев подшипника и его фундамента, приводящий к расцентровке опор валопровода. Also known is a multi-cylinder turbine, selected as a prototype, comprising a single-threaded high-pressure cylinder (CVP) and a medium-pressure cylinder (CSD) having at least one combined thrust bearing and a common composite shaft with thrust bearing working elements for bearings and a coupling of two cylindrical coupling halves, with the CVP and DSP oriented in different directions along the expansion of the flow part [4]. The difference in axial forces of the CVP and the DSP is perceived by the combined thrust bearing. At the same time, in such a design, the coupling bolts of the coupling are loaded with torque and tensile forces, which may lead to breakage of the bolts. In addition, with this arrangement of the cylinders, they turn their hot sides facing the thrust bearing placed between them, which causes the bearing and its foundation to heat up, leading to the misalignment of the shaft support.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности многоцилиндровой турбины. The problem to which the invention is directed, is to increase the reliability of a multi-cylinder turbine.

Эта задача решается за счет того, что в многоцилиндровой турбине, содержащей однопоточные цилиндр высокого давления (ЦВД) и цилиндр среднего давления (ЦСД), имеющие по меньшей мере один комбинированный опорно-упорный подшипник и общий составной вал с опорно-упорными рабочими элементами под подшипники и соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт, причем ЦВД и ЦСД ориентированы в разные стороны по ходу расширения проточной части, согласно изобретению ориентирование ЦВД и ЦСД выполнено со встречным расположением выхлопных частей цилиндров, и в одном из комбинированных опорно-упорных подшипников опорно-упорными элементами вала служат внешние соответственно цилиндрическая и плоские торцевые поверхности полумуфт. This problem is solved due to the fact that in a multi-cylinder turbine containing a single-threaded high-pressure cylinder (CVP) and a medium-pressure cylinder (TsSD), having at least one combined thrust bearing and a common composite shaft with thrust bearing working elements for bearings and a coupling of two cylindrical coupling halves, wherein the CVP and DSP are oriented in different directions along the expansion of the flow part, according to the invention, the orientation of the CVP and DSP is made with an opposite arrangement of exhaust th cylinder, and in one combined-thrust bearings support-shaft abutment members are respectively external cylindrical and flat end faces of the coupling halves.

На чертеже схематически изображен один из возможных вариантов выполнения многоцилиндровой турбины в соответствии с изобретением. Многоцилиндровая паровая турбина содержит цилиндр высокого давления (ЦВД) 1 и цилиндр среднего давления (ЦСД) 2, ориентированные встречно выхлопными частями соответственно 3, 4. Турбина имеет общий составной вал 5 с соединительной муфтой из двух цилиндрических полумуфт 6, 7, внешние торцевые части которых 8, 9 взаимодействуют с ответными упорными элементами 10, 11, а цилиндрические части полумуфт 6, 7 - с опорным вкладышем 12 комбинированного опорно-упорного подшипника 13. Вход ЦВД 1 соединен паропроводом 14 с пароперегревателем 15 котла 16, а выхлоп ЦВД 1 - паропроводом 17 через первый промежуточный пароперегреватель 18 котла 16 со входом ЦСД 2. Выход ЦСД 2 соединен паропроводом 19 через второй промежуточный пароперегреватель 20 котла 16 с не показанным на чертеже цилиндром низкого давления (ЦНД). The drawing schematically shows one of the possible embodiments of a multi-cylinder turbine in accordance with the invention. A multi-cylinder steam turbine contains a high-pressure cylinder (CVP) 1 and a medium-pressure cylinder (TsSD) 2 oriented opposite the exhaust parts, respectively, 3, 4. The turbine has a common composite shaft 5 with a coupling of two cylindrical coupling halves 6, 7, the outer end parts of which 8, 9 interact with mating thrust elements 10, 11, and the cylindrical parts of the coupling halves 6, 7 with the thrust bearing 12 of the combined thrust bearing 13. The inlet of the CVP 1 is connected by a steam line 14 to the superheater 15 of the boiler 16, and the exhaust is of the CVP 1 - steam line 17 through the first intermediate superheater 18 of the boiler 16 with the input of the DAC 2. The output of the DSC 2 is connected by the steam line 19 through the second intermediate superheater 20 of the boiler 16 with a low pressure cylinder (not shown in the drawing).

Многоцилиндровая турбина работает следующим образом. Пар, проходя через проточную часть ЦВД 1 и ЦСД 2, помимо передачи на вал 5 турбины крутящего момента, создает направленные осевые усилия, благодаря чему большая часть крутящего момента на валу 5 передается за счет трения прижатых друг к другу торцов полумуфт 6, 7 соединительной муфты, а не стяжными болтами, как в объекте-прототипе. При этом полумуфты 6, 7 соединительной муфты одновременно выполняют функцию опорно-упорных элементов вала 5, взаимодействующих с опорно-упорными элементами 10, 11, 12 комбинированного подшипника 13. A multi-cylinder turbine operates as follows. The steam passing through the flowing part of the CVP 1 and TsSD 2, in addition to transmitting torque to the shaft 5 of the turbine, creates directed axial forces, due to which most of the torque on the shaft 5 is transmitted due to the friction of the ends of the coupling half 6 of the coupling pressed against each other and not with tie bolts, as in the prototype object. In this case, the coupling halves 6, 7 of the coupling simultaneously perform the function of the support-stop elements of the shaft 5 interacting with the support-stop elements 10, 11, 12 of the combined bearing 13.

Выполнение многоцилиндровой турбины согласно изобретению позволяет повысить ее надежность в результате существенного снижения нагрузки на стяжные болты соединительной муфты и уменьшения расцентровки опор валопровода, поскольку при расположении ЦВД и ЦСД встречно выхлопными частями помещенный между ними опорно-упорный подшипник и его фундамент оказывается менее нагретыми, чем в турбине по прототипу. Кроме того, совмещение соединительной муфты с опорно-упорным подшипником упрощает конструкцию составного вала и позволяет сократить его длину, что дополнительно повышает надежность турбины. The implementation of a multi-cylinder turbine according to the invention allows to increase its reliability as a result of a significant reduction in the load on the coupling bolts of the coupler and a decrease in the alignment of the shaft support, since when the HPC and the central cylinder are located with the counter-exhaust parts, the support-thrust bearing and its foundation are less heated than in prototype turbine. In addition, the combination of the coupling with the thrust bearing simplifies the construction of the composite shaft and reduces its length, which further increases the reliability of the turbine.

Источники информации:
1. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 61, рис. 2.42.Sources of information:
1. Trukhny A.D. Stationary steam turbines. Moscow. Energy Publishing House, 1990, p. 61, fig. 2.42.

2. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 62, рис. 2.43. 2. Trukhny A.D. Stationary steam turbines. Moscow. Energy Publishing House, 1990, p. 62, fig. 2.43.

3. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 60, рис. 2.40е). 3. Trukhny A.D. Stationary steam turbines. Moscow. Energy Publishing House, 1990, p. 60, fig. 2.40e).

4. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. Москва. Энергоиздат, 1990, с. 312, рис. 6.37. 4. Trukhny A.D. Stationary steam turbines. Moscow. Energy Publishing House, 1990, p. 312, fig. 6.37.

Claims

A multi-cylinder turbine comprising a single-threaded high-pressure cylinder (CVP) and a medium-pressure cylinder (CSD) having at least one combined thrust bearing and a common composite shaft with thrust bearings for bearings and a coupling of two cylindrical coupling halves, wherein CVP and DSP are oriented in different directions along the expansion of the flow part, characterized in that the orientation of the CVP and DSP is made with the opposite arrangement of the exhaust parts of the cylinders, and in one of the combined s-thrust bearings support-shaft abutment members are respectively external cylindrical and flat end faces of the coupling halves.