RU2154168C1

RU2154168C1 - Device for cooling steam turbine setting members

Info

Publication number: RU2154168C1
Application number: RU99111659A
Authority: RU
Inventors: В.С. Шаргородский; Л.А. Хоменок; В.В. Божко
Original assignee: Шаргородский Виктор Семенович
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; steam turbines. SUBSTANCE: device has cooling steam supply branch pipe connected to main distributing manifold secured on outer surface of end sealing holder. End sealing communicates with cooling steam supply chamber arranged between end sealing holder, turbine housing and rotor disk. This chamber communicates through disk axial holes with inter-stage chamber found between rotor disk and cooled diaphragm. Additional manifold with cooling steam supply branch pipe and outlet branch pipes is connected to outer surface of cooled diaphragm. Chambers are made on side surfaces of working blade butt joint. Ring chamber and radial channels connecting ring chamber with axial holes are made in stage rim and disk body. EFFECT: increased intensity of blade and disk rim metal cooling in most thermally stressed stages of turbine. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области турбиностроения и может быть использовано при проектировании и модернизации паровых турбин. The invention relates to the field of turbine engineering and can be used in the design and modernization of steam turbines.

Известно устройство для охлаждения ротора паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения с отверстиями в ее гребне и сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, думмисом ротора, корпусом турбины и диском первой ступени и сообщенной через разгрузочные отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском первой ступени и диафрагмой второй ступени, установленной в обойме диафрагм. Устройство снабжено дополнительным распределительным коллектором с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками. Обойма диафрагмы и диафрагма второй ступени выполнены с отверстиями, при этом дополнительный распределительный коллектор прикреплен к наружной поверхности обоймы диафрагмы, отводящие патрубки подсоединены к распределительным коллекторам и пропущены через отверстия гребня обоймы концевого уплотнения, обоймы диафрагмы и диафрагмы второй ступени, а их выходы размещены соответственно в камере подвода охлаждающего пара и в межступенчатой камере (А.С. СССР N 1673734, МПК: F 01 D 5/08.)
Недостатком известного устройства является то, что за счет появления значительного перепада температур между ободом и охлаждаемым телом диафрагмы снижается эксплуатационная надежность охлаждаемой диафрагмы в результате повышения уровня термических напряжений. Кроме того, известное устройство является сложным при разборке проточной части турбины во время ее ремонта, поскольку требуется демонтаж устройства для охлаждения ротора.A device for cooling a rotor of a steam turbine is known, including a nozzle for supplying cooling steam connected to a distribution manifold attached to the outer surface of the end seal cage with holes in its ridge and in communication with the cooling vapor supply chamber located between the end seal cage, rotor dumis, turbine body and the disk of the first stage and communicated through the discharge holes of the disk with an interstage chamber located between the disk of the first stage and the diaphragm second stage installed in the cage apertures. The device is equipped with an additional distribution manifold with a nozzle for supplying cooling steam and outlet pipes. The diaphragm cage and the second stage diaphragm are made with holes, while the additional distribution manifold is attached to the outer surface of the diaphragm cage, the outlet pipes are connected to the distribution manifolds and passed through the holes of the ridge of the end seal cage, the diaphragm cage and the diaphragm of the second stage, and their outputs are respectively placed in the cooling steam supply chamber and the interstage chamber (AS USSR N 1673734, IPC: F 01 D 5/08.)
A disadvantage of the known device is that due to the appearance of a significant temperature difference between the rim and the cooled diaphragm body, the operational reliability of the cooled diaphragm decreases as a result of an increase in the level of thermal stresses. In addition, the known device is difficult to disassemble the flow part of the turbine during its repair, since it requires the dismantling of the device to cool the rotor.

Известно устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения, сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через разгрузочные отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный распределительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками, каждый из которых имеет прямолинейный участок, пропущенный через отверстия в охлаждаемой диафрагме и изогнутый участок, при этом по торцам стыкуемых с обоймой диафрагм верхней и нижней половин обода охлаждаемой диафрагмы выполнены кольцевые камеры, сообщенные с одной стороны с прямолинейным, а с другой стороны - с изогнутым участком каждого отводящего патрубка (Патент РФ N 2037051, МПК: F 01 D 5/08, 25/08, 25/12 - Прототип). A device is known for cooling the elements of the flowing part of a steam turbine, including a cooling steam supply pipe connected to a main distribution manifold attached to the outer surface of the end seal holder, connected to the cooling steam supply chamber located between the end seal holder, the turbine body and the rotor disk and communicated through the discharge openings of the disk with an interstage chamber located between the rotor disk and the cooled diaphragm, to the outer surface with which an additional distribution manifold is attached with a cooling steam supply pipe and outlet pipes, each of which has a rectilinear section passed through holes in the cooled diaphragm and a curved section, while annular chambers are made at the ends of the upper and lower halves of the rim of the cooled diaphragm communicated on one side with a rectilinear, and on the other hand with a curved section of each outlet pipe (RF Patent N 2037051, IPC: F 01 D 5/08, 25/08, 25/12 - Prototype).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая эффективность охлаждения дисков роторов в районе обода и хвостовых частей рабочих лопаток. A disadvantage of the known device adopted for the prototype is the low cooling efficiency of the rotor disks in the region of the rim and the tail parts of the blades.

В известных устройствах для охлаждения ротора среднего давления на участках ПКУ и первых ступеней обеспечивается подвод холодного пара, отбираемого из ЦВД, в зону (полость) перед первым диском ЦСД и в полость между телом диска первой ступени ЦСД и диафрагмой второй ступени. В этих полостях определенным образом происходит смешивание холодного пара с паром из проточной части и при этом обеспечивается необходимая температура пара, требуемая для охлаждения омываемых участков ротора. Как показали опыты, такая система охлаждения позволяет обеспечить достаточно интенсивное охлаждение омываемых участков ротора в районе концевых и диафрагменных уплотнений, тела диска. In the known devices for cooling the medium-pressure rotor in the sections of the control panel and the first stages, cold steam, taken from the CVP, is supplied to the zone (cavity) in front of the first disk of the central cylinder and to the cavity between the body of the disk of the first stage of the central cylinder and the second stage diaphragm. In these cavities, in a certain way, the mixing of cold steam with steam from the flow part takes place, and at the same time, the required steam temperature is provided, which is required for cooling the washed sections of the rotor. As experiments have shown, such a cooling system allows for sufficiently intense cooling of the washed sections of the rotor in the region of the end and diaphragm seals, the disk body.

Участок обода диска и лопаток у корневого сечения охлаждается только за счет оттока тепла в более холодные сечения диска. Как показали расчеты, в результате такого оттока тепла имеет место охлаждение хвоста лопатки и обода диска, но это охлаждение относительно мало. По имеющимся расчетным данным оно не превышает 20-25^oC. Повышение интенсивности охлаждения этих участков требуется как с точки зрения улучшения прочностных характеристик (повышение допустимого уровня напряжений), так и с точки зрения обеспечения допустимого температурного уровня металла диска и лопаток при повышении начальных параметров пара. С использованием существующих устройств эту задачу выполнить невозможно.The section of the rim of the disk and the blades at the root section is cooled only due to the outflow of heat into the colder sections of the disk. As calculations showed, as a result of such heat outflow, the tail of the blade and the rim of the disk are cooled, but this cooling is relatively small. According to the available calculated data, it does not exceed 20-25 ^o C. An increase in the cooling intensity of these sections is required both from the point of view of improving the strength characteristics (increasing the allowable stress level), and from the point of view of ensuring the allowable temperature level of the metal of the disk and blades with increasing initial parameters couple. Using existing devices, this task cannot be completed.

Заявленное решение позволяет существенно повысить начальную температуру пара перед цилиндрами и, следовательно, снизить удельные расходы тепла. Снижение температуры металла термонапряженных участков обода диска и хвостов лопаток первых ступеней позволяет существенно повысить их надежность вследствие увеличения допустимого уровня напряжений в этих сечениях. The claimed solution can significantly increase the initial temperature of the steam in front of the cylinders and, therefore, reduce the specific heat consumption. Lowering the metal temperature of the thermally stressed sections of the rim of the disk and the tails of the blades of the first stages can significantly increase their reliability due to an increase in the allowable level of stress in these sections.

Предложенная конструкция устройства охлаждения дисков и лопаток обеспечивает автомодельность (саморегулирование) режима регулирования охлаждения, что исключает необходимость установки какой-либо регулирующей арматуры и органов регулирования. The proposed design of the disk and blade cooling device provides self-similarity (self-regulation) of the cooling regulation mode, which eliminates the need to install any control valves and regulating bodies.

Предложено устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины, включающее патрубок подвода охлаждающего пара, подключенный к основному распределительному коллектору, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения, сообщенному с камерой подвода охлаждаемого пара, расположенной между обоймой концевого уплотнения, корпусом турбины и диском ротора и сообщенной через осевые отверстия диска с межступенчатой камерой, расположенной между диском ротора и охлаждаемой диафрагмой, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный коллектор с патрубком подвода охлаждающего пара и отводящими патрубками, пропущенными через отверстия обойм диафрагмы, имеющими выход в камеру между диском ротора и диафрагмой последующей ступени, при этом на боковых поверхностях стыка рабочих лопаток выполнены камеры, а в ободе и теле диска ступени выполнены соответственно кольцевая камера и радиальные каналы, соединяющие кольцевую камеру с осевыми отверстиями. A device for cooling the elements of the flowing part of a steam turbine is proposed, including a cooling steam supply pipe connected to a main distribution manifold attached to the outer surface of the end seal cage connected to the cooled steam supply chamber located between the end seal cage, the turbine casing and the rotor disk and communicated through the axial holes of the disk with an interstage chamber located between the rotor disk and the cooled diaphragm, to the outer surface to there is attached an additional manifold with a cooling steam supply pipe and outlet pipes passing through the holes of the diaphragm cages having an exit into the chamber between the rotor disk and the diaphragm of the next stage, while cameras are made on the side surfaces of the junction of the working blades, and in the rim and body of the stage disk respectively, the annular chamber and radial channels connecting the annular chamber with axial holes.

Изобретение иллюстрируется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

На фиг. 1 показана проточная часть паровой турбины с устройством для охлаждения диска, ротора и диафрагмы второй ступени, продольный разрез. In FIG. 1 shows the flow part of a steam turbine with a device for cooling the disk, rotor and diaphragm of the second stage, a longitudinal section.

На фиг.2 - поперечный разрез диска первой ступени. Figure 2 is a transverse section of the disk of the first stage.

На фиг.З - камеры на боковых поверхностях стыка рабочей лопатки. In Fig.Z - camera on the side surfaces of the junction of the working blades.

Устройство для охлаждения элементов проточной части паровой турбины включает патрубок подвода охлаждающего пара 1, подключенный к основному распределительному коллектору 2, прикрепленному к наружной поверхности обоймы концевого уплотнения 3, сообщенному с камерой подвода охлаждающего пара 4, расположенной между обоймой концевого уплотнения 3, корпусом турбины 5 и диском 6 ротора и сообщенной через осевые отверстия диска 7 с межступенчатой камерой 8, расположенной между диском 6 ротора и охлаждаемой диафрагмой 9, к наружной поверхности которой прикреплен дополнительный коллектор 10 с патрубком подвода охлаждающего пара 11 и отводящими патрубками 12. При этом на боковых поверхностях стыка хвостов рабочих лопаток 13 выполнены камеры 14, а в ободе 15 и теле 16 диска ротора 6 выполнены соответственно кольцевая камера 17 и радиальные каналы 18, соединяющие кольцевую камеру 17 с осевыми отверстиями 7. A device for cooling the elements of the flowing part of a steam turbine includes a pipe for supplying cooling steam 1, connected to the main distribution manifold 2, attached to the outer surface of the casing of the end seal 3, in communication with the camera for supplying cooling steam 4, located between the casing of the end seal 3, the casing of the turbine 5 and the rotor disk 6 and communicated through the axial holes of the disk 7 with an interstage chamber 8 located between the rotor disk 6 and the cooled diaphragm 9, to the outer surface of the cat additional collector 10 is attached to the swarm with a supply pipe for cooling steam 11 and outlet pipes 12. At the same time, chambers 14 are made on the lateral surfaces of the junction of the tails of the working blades 13, and an annular chamber 17 and radial channels 18 are made in the rim 15 and the body 16 of the rotor disk 6, connecting the annular chamber 17 with the axial holes 7.

При работе паровой турбины в камеры 4 и 8 подается охлаждающий пар, который омывает диск 6, диафрагму 9 и вал ротора в районе концевых и диафрагменных уплотнений. Часть пара из камеры 4 или 8 (в зависимости от реактивности ступени) поступает в осевые отверстия 7. Далее под действием центробежных сил этот пар отбрасывается по радиальным каналам 18 в кольцевую камеру 17 и далее, проходя через камеры 14, выполненные на боковых поверхностях стыка хвостов рабочих лопаток 13, сбрасывается вновь в камеру 8. During operation of the steam turbine, cooling steam is supplied to chambers 4 and 8, which washes the disk 6, the diaphragm 9 and the rotor shaft in the region of the end and diaphragm seals. Part of the steam from the chamber 4 or 8 (depending on the reactivity of the stage) enters the axial holes 7. Then, under the action of centrifugal forces, this steam is discarded along the radial channels 18 into the annular chamber 17 and then passing through the chambers 14 made on the side surfaces of the tail junction working blades 13, is discharged again into the chamber 8.

Охлаждающий пар, проходя по камерам 17 и 14, омывает поверхности хвостов лопаток и обода диска 15, что в результате позволяет существенно снизить температуру как самого диска в районе обода, так и рабочих лопаток в наиболее напряженных сечениях. The cooling steam passing through the chambers 17 and 14 washes the surfaces of the tails of the blades and the rim of the disk 15, which as a result can significantly reduce the temperature of both the disk in the region of the rim and the working blades in the most stressed sections.

Claims

A device for cooling the elements of the flowing part of a steam turbine, including a cooling steam supply pipe connected to a main distribution manifold attached to the outer surface of the end seal cage connected to the cooling steam supply chamber located between the end seal cage, the turbine body and the rotor disk and communicated through axial openings of the disk by an interstage chamber located between the rotor disk and the cooled diaphragm, to the outer surface of which is attached a captive additional collector with a cooling steam supply pipe and outlet pipes, characterized in that chambers are made on the lateral surfaces of the joint of the tails of the working blades, and an annular chamber and radial channels are made in the rim and body of the stage disk, respectively, connecting the annular chamber with axial openings.