RU2614316C1 - Last stage of steam turbine - Google Patents
Last stage of steam turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614316C1 RU2614316C1 RU2016106495A RU2016106495A RU2614316C1 RU 2614316 C1 RU2614316 C1 RU 2614316C1 RU 2016106495 A RU2016106495 A RU 2016106495A RU 2016106495 A RU2016106495 A RU 2016106495A RU 2614316 C1 RU2614316 C1 RU 2614316C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- moisture
- blades
- diaphragm
- chamber
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 15
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 9
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, в частности паротурбостроения, и может быть использовано при проектировании паровых турбин средней и большой мощности, а именно при разработке конструкции последних ступеней паровых турбин, имеющих элементы влагоудаления.The proposed technical solution relates to the field of power engineering, in particular steam turbine engineering, and can be used in the design of medium and high power steam turbines, namely, in the development of the design of the last stages of steam turbines with dehumidification elements.
Последние ступени мощных паровых турбин, как правило, работают при достаточно высоких значениях влажности парового потока. Влажный пар представляет собой полидисперсную смесь пара и капель влаги. Крупнодисперсная влага концентрируется, главным образом, на периферии ступени. Ее основными источниками являются пленки влаги, срывающиеся с выходных кромок направляющих лопаток, а также группы крупнодисперсных первичных капель, прошедшие сопловую решетку без контакта с направляющими лопатками или отраженные от направляющих лопаток. Кроме того, генераторами крупнодисперсной влаги являются вихри, возникающие в периферийной части решеток, особенно при значительных углах раскрытия сопловых решеток от паровхода к паровыходу. Сходя с выходных кромок направляющих лопаток, влага в виде крупных капель встречается с рабочими лопатками, вызывая их эрозионный износ.The last stages of powerful steam turbines, as a rule, operate at sufficiently high values of the steam flow humidity. Wet steam is a polydisperse mixture of steam and drops of moisture. Coarse moisture is concentrated mainly on the periphery of the stage. Its main sources are moisture films tearing from the outlet edges of the guide vanes, as well as groups of coarse primary droplets that have passed through the nozzle array without contact with the guide vanes or are reflected from the guide vanes. In addition, coarse moisture generators are vortices arising in the peripheral part of the gratings, especially at significant opening angles of nozzle gratings from the steam inlet to the steam outlet. Descending from the outlet edges of the guide vanes, moisture in the form of large droplets occurs with the working vanes, causing erosion wear.
Эрозионный износ рабочих лопаток приводит к искажению геометрии решеток рабочих лопаток, снижению прочностных характеристик лопаток, ухудшению качества поверхности, иногда - к возникновению трещин. При недопустимом износе рабочих лопаток приходится проводить их замену, что является весьма трудоемким и затратным процессом. Кроме рабочих лопаток эрозионному износу могут подвергаться уплотнения, отдельные элементы диафрагм, детали выхлопных патрубков.Erosive wear of the working blades leads to a distortion of the geometry of the grids of the working blades, a decrease in the strength characteristics of the blades, deterioration of the surface quality, and sometimes, cracking. With unacceptable wear of the working blades, it is necessary to replace them, which is a very time-consuming and costly process. In addition to rotor blades, seals, individual elements of the diaphragms, and details of the exhaust pipes can be subject to erosion wear.
Наличие крупных капель влаги в паровом потоке искажает геометрию потока: приводит к отклонению потока от оптимальных углов натекания на рабочие лопатки, вызывает потери энергии на дробление пленок и капель, потери на трение в водяной пленке и парокапельном погранслое, а также потери, связанные с тормозящим действием капель, и тем самым ведет к снижению экономичности работы (кпд) и надежности ступеней паровых турбин.The presence of large droplets of moisture in the vapor stream distorts the geometry of the stream: it leads to a deviation of the stream from the optimal angles of leakage onto the working blades, causes energy losses due to crushing of films and droplets, friction losses in the water film and vapor-droplet boundary layer, as well as losses due to the inhibitory effect drops, and thereby leads to a decrease in the operating efficiency (efficiency) and reliability of the steps of steam turbines.
В целях снижения вредных воздействий влаги на экономичность ступеней и надежность рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин необходимо применение комплекса мероприятий, в частности:In order to reduce the harmful effects of moisture on the efficiency of stages and the reliability of the working blades of the last stages of powerful steam turbines, a set of measures is necessary, in particular:
- влагоудаления, предусматривающего конструктивные элементы, позволяющие отводить капельную и пленочную влагу с профильных поверхностей направляющих лопаток;- dehumidification, providing structural elements that allow you to remove drip and film moisture from the profile surfaces of the guide vanes;
- периферийного влагоудаления из пространства между сопловой решеткой и рабочими лопатками;- peripheral dehumidification from the space between the nozzle grate and the blades;
- впуск пара повышенных параметров в пространство между направляющими лопатками через сквозные прорези в направляющих лопатках и/или сквозные щели в периферийной стенке сопловой решетки для дробления и частичного испарения влаги.- inlet of steam of increased parameters into the space between the guide vanes through the through slots in the guide vanes and / or through the slots in the peripheral wall of the nozzle lattice for crushing and partial evaporation of moisture.
Известно изобретение «Направляющий аппарат осевой турбины» (Авторское свидетельство СССР №1386719, F01D 25/32, 9/02, опубл. 07.04.1988 г.). Направляющий аппарат (диафрагма) содержит наружную обойму (обод) с двумя полостями (камерой отбора влаги и камерой впуска пара) и внутреннюю обойму (тело) с полостью (влагоприемным пазом). Между наружной обоймой и внутренней обоймой закреплены направляющие лопатки со щелями (сквозными прорезями) в выходной кромке и с полостью, разделенной перегородкой на первую и вторую по ходу пара в межлопаточных каналах камеры (канал отбора влаги и канал впуска пара). Первая камера сообщена с одной из полостей наружной обоймы и через полость внутренней обоймы и отверстия в ней - с проточной частью. Вторая камера сообщена со второй полостью наружной обоймы. В направляющем аппарате выполнены дополнительные отверстия, сообщающие полость внутренней обоймы, вторую полость наружной обоймы и первую камеру у корня лопаток с межлопаточными каналами. Дополнительные отверстия расположены рядами с уменьшением их суммарной площади поперечного сечения в ряду и предназначены для отбора пограничного слоя и улучшения структуры потока в корневой зоне. Через отверстия отводится часть рабочего тела во внутреннюю обойму и далее через направляющие лопатки в полость наружной обоймы, что позволяет снизить протечку через корневые уплотнения и дальнейшее подмешивание протечки к основному потоку, искажающее его структуру и вызывающее дополнительные потери. Через щели переменного сечения в выходных кромках направляющих лопаток вытекают струи греющего пара, снижающие кромочные потери, испаряющие и дробящие влагу.The invention is known “The directing apparatus of an axial turbine” (USSR Author's Certificate No. 1386719, F01D 25/32, 9/02, publ. 07.04.1988). The guide apparatus (diaphragm) contains an outer cage (rim) with two cavities (a moisture extraction chamber and a vapor inlet chamber) and an inner cage (body) with a cavity (moisture-receiving groove). Between the outer cage and the inner cage, guide vanes are fixed with slots (through slots) in the output edge and with a cavity divided by a partition into the first and second along the steam in the camera interscapular channels (moisture channel and steam inlet channel). The first chamber is in communication with one of the cavities of the outer casing and through the cavity of the inner casing and the holes in it with the flowing part. The second chamber is in communication with the second cavity of the outer cage. In the guide apparatus, additional holes are made, communicating the cavity of the inner race, the second cavity of the outer race and the first chamber at the root of the blades with interscapular channels. Additional holes are arranged in rows with a decrease in their total cross-sectional area in a row and are designed to select the boundary layer and improve the flow structure in the root zone. Part of the working fluid is diverted through the openings into the inner cage and then through the guide vanes into the cavity of the outer cage, which reduces leakage through the root seals and further mixing of the leakage to the main stream, distorting its structure and causing additional losses. Through slots of variable cross-section, jets of heating steam flow out at the outlet edges of the guide vanes, which reduce edge losses, evaporate and crush moisture.
Недостатками данного решения являются:The disadvantages of this solution are:
- отсутствие отверстий или щелей отбора влаги в периферийной части направляющего аппарата, где концентрируется наиболее эрозионно-опасная влага;- the absence of holes or slots for moisture extraction in the peripheral part of the guide apparatus, where the most erosion-hazardous moisture is concentrated;
-отсутствие впуска греющего пара в межлопаточные каналы, что не позволяет осуществить дробление и частичное испарение пленочной влаги, движущейся по внутренней поверхности наружной обоймы;- the absence of a heating steam inlet into the interscapular channels, which does not allow crushing and partial evaporation of film moisture moving along the inner surface of the outer cage;
- возможность излияния в проточную часть влаги через отверстия между полостью во внутренней обойме и межступенчатым пространством с последующим затягиванием влаги в паровой поток, что может снизить эффект отбора влаги через отверстия в корневых зонах лопаток.- the possibility of outpouring into the flowing part of moisture through the holes between the cavity in the inner casing and the interstage space, followed by drawing moisture into the steam stream, which can reduce the effect of moisture removal through the holes in the root zones of the blades.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является изобретение «Паровая турбина и способ отвода влаги из пути потока в паровой турбине» (патент РФ №2478797; МПК F01D 9/02, 5/28, 25/32; дата публикации 27.11.2008). Согласно изобретению ступень паровой турбины содержит диафрагму, выполненную из двух частей - верхней и нижней, причем верхняя часть установлена в обойме крышки цилиндра, а нижняя - в обойме корпуса цилиндра. Каждая часть диафрагмы содержит внутреннее кольцо (тело), внешнее кольцо (обод), сопловую решетку, образованную аэродинамическими профилями (направляющими лопатками). Аэродинамические профили жестко соединены с внутренним и внешним кольцом. Каждый из аэродинамических профилей имеет, по меньшей мере, один канал отбора влаги, проходящий вдоль части длины аэродинамического профиля и, по меньшей мере, один канал повторного впуска пара (канал впуска пара), проходящий вдоль части длины аэродинамического профиля по оси ниже по паровому потоку, по меньшей мере, одного канала отбора влаги. Канал отбора влаги и канал повторного впуска пара сообщаются соответственно с одной или несколькими входными прорезями или отверстиями (сквозными прорезями), расположенными на части длины аэродинамического профиля, для сбора влаги с ее сбросом в каналы отбора влаги и повторного впуска пара в каналы аэродинамических профилей. Во внешнем кольце каждой части диафрагмы выполнены отверстия и наружная полость (кольцевая камера), представляющая собой полость разделения пара/влаги с сообщением между полостями - полостью пара и полостью влаги. Наружная полость имеет дренажное отверстие. В наружную полость поступает влага и пар, отбираемые через каналы отбора влаги в аэродинамических профилях. Наружная полость сообщается по паровому потоку с каналами повторного впуска пара аэродинамических профилей для повторного впуска пара в паровой поток. Направляющая, разделяющая полости пара/влаги, предотвращает поступление влаги через канал впуска пара. В обоймах крышки и корпуса цилиндра выполнены радиальные сквозные отверстия.The closest technical solution to the proposed technical solution for the combination of essential features and selected as a prototype is the invention of “Steam turbine and method of removing moisture from the flow path in a steam turbine” (RF patent No. 2478797; IPC F01D 9/02, 5/28, 25/32;
Влага, поступившая в наружную полость, через каналы отбора влаги, стекает в нижнюю часть диафрагмы и далее в отверстия во внешнем кольце. Впуск пара в каналы аэродинамических профилей позволяет повторно использовать его как рабочее тело, а также способствует дроблению пленок и снижению дисперсности влаги.Moisture that has entered the outer cavity, through moisture collection channels, flows into the lower part of the diaphragm and then into the holes in the outer ring. The steam inlet into the channels of aerodynamic profiles allows you to reuse it as a working fluid, and also contributes to the fragmentation of films and reduce moisture dispersion.
Известное техническое решение обеспечивает удаление большей части эрозионно-опасной влаги с профильных поверхностей аэродинамических профилей, а также снижение потери работоспособного пара за счет повторного впуска его после отделения влаги в паровой поток.The known technical solution ensures the removal of most of the erosion-hazardous moisture from the profile surfaces of the aerodynamic profiles, as well as reducing the loss of working steam due to its re-introduction after separation of moisture into the steam stream.
Недостатками данного решения являются:The disadvantages of this solution are:
- возможность частичного попадания влаги в наружную полость разделения пара/влаги повторно впускаемого пара и далее в паровой поток, что не позволяет достичь эффективного влагоудаления;- the possibility of partial penetration of moisture into the outer cavity of the steam / moisture separation of the re-introduced steam and further into the steam stream, which does not allow to achieve effective moisture removal;
- перепад давления на входные прорези или отверстия впуска пара ограничен значением разности давлений между вогнутой и выпуклой поверхностями аэродинамических профилей, кроме того, значение перепада на входные прорези или отверстия снижается на величину гидравлических сопротивлений в каналах отбора влаги и повторного впуска пара аэродинамических профилей, а также сопротивлений, связанных с поворотом пара на 180°. На определенных режимах работы ступени значение перепада давления на входные прорези может оказаться недостаточным для интенсивного дробления пленочной влаги в местах впуска пара, что также ухудшает эффективное влагоудаление.- the pressure drop across the inlet slots or openings of the steam inlet is limited by the value of the pressure difference between the concave and convex surfaces of the aerodynamic profiles, in addition, the differential pressure across the inlet slots or openings is reduced by the hydraulic resistance in the channels for moisture extraction and re-entry of the steam of the aerodynamic profiles, as well as resistances associated with steam rotation through 180 °. In certain operating modes of the stage, the pressure drop across the inlet slots may not be sufficient for intensive crushing of film moisture at the steam inlet points, which also worsens effective moisture removal.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности влагоудаления при работе паровой турбины в условиях повышенной влажности перед направляющими лопатками последних ступеней паровой турбины, что обеспечивает повышение кпд ступени и в целом кпд паровой турбины. Повышение эффективности влагоудаления также обеспечивает снижение опасности повышенной влажно-паровой эрозии элементов проточной части, и в первую очередь - рабочих лопаток.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency of moisture removal during operation of a steam turbine in conditions of high humidity in front of the guide vanes of the last stages of the steam turbine, which ensures an increase in the efficiency of the stage and overall efficiency of the steam turbine. Improving the efficiency of dehumidification also reduces the risk of increased wet-steam erosion of the elements of the flow part, and in the first place - the blades.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается последняя ступень паровой турбины, содержащая диафрагму, выполненную из двух частей - верхней и нижней, причем верхняя часть установлена в обойме крышки цилиндра, а нижняя - в обойме корпуса цилиндра. Каждая часть диафрагмы содержит тело, обод, сопловую решетку, образованную направляющими лопатками. Каждая лопатка имеет, по меньшей мере, один канал отбора влаги, проходящий вдоль части длины лопатки, и, по меньшей мере, один канал впуска пара, проходящий вдоль части длины лопатки, расположенный ниже по паровому потоку канала отбора влаги. Канал отбора влаги и канал впуска пара сообщаются соответственно, по меньшей мере, с одной сквозной прорезью отбора влаги и, по меньшей мере, с одной сквозной прорезью впуска пара, выполненными на части длины каждой лопатки в ее периферийной зоне. В ободе каждой части диафрагмы выполнены отверстия и кольцевая камера, имеющая дренажное отверстие. В обоймах крышки и корпуса цилиндра выполнены радиальные сквозные отверстия.To achieve the above technical result, the last step of a steam turbine is proposed, comprising a diaphragm made of two parts, an upper and a lower one, the upper part being installed in the holder of the cylinder cover and the lower part in the holder of the cylinder body. Each part of the diaphragm contains a body, a rim, a nozzle grill formed by guide vanes. Each blade has at least one moisture extraction channel extending along a portion of the length of the blade, and at least one steam inlet passage extending along a portion of the length of the blade located downstream of the vapor stream of the moisture extraction channel. The moisture withdrawal channel and the steam inlet channel communicate respectively with at least one through-through moisture extraction slot and at least one through-through steam inlet slot, made on a part of the length of each blade in its peripheral zone. Holes and an annular chamber having a drainage hole are made in the rim of each part of the diaphragm. Radial through holes are made in the holders of the cap and the cylinder body.
При этом, согласно заявляемому изобретению, сопловая решетка имеет внутреннюю и периферийную стенки, посредством которых лопатки жестко соединены соответственно с телом и ободом.Moreover, according to the claimed invention, the nozzle lattice has an inner and peripheral wall, through which the blades are rigidly connected respectively to the body and rim.
Лопатки разделены на две группы. Одна группа лопаток, расположенных в нижней части диафрагмы и наиболее удаленных от разъема, входит в сектор сопловой решетки с центральным углом 120-180°. В этой группе лопаток канал отбора влаги и канал впуска пара разделены радиальной перегородкой, имеющей, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, а канал впуска пара разделен герметичной перемычкой.The blades are divided into two groups. One group of blades located in the lower part of the diaphragm and farthest from the connector enters the sector of the nozzle lattice with a central angle of 120-180 °. In this group of blades, the moisture withdrawal channel and the steam inlet channel are separated by a radial partition having at least one through hole, and the steam inlet channel is separated by a sealed jumper.
В лопатках другой группы канал отбора влаги и канал впуска пара разделены герметичной радиальной перегородкой, а канал впуска пара разделен перфорированной перемычкой.In the blades of another group, the moisture withdrawal channel and the steam inlet channel are separated by a sealed radial partition, and the steam inlet channel is separated by a perforated jumper.
Кольцевая камера герметично разделена на камеру впуска пара со стороны паровыхода и камеру отбора влаги со стороны паровхода. Герметичное отделение камеры впуска пара от камеры отбора влаги исключает утечку части пара вместе с отобранной влагой, подводимого в камеру впуска пара для испарения и дробления эрозионно-опасной влаги. Камера впуска пара сообщается со сквозными щелями, выполненными в периферийной стенке сопловой решетки. К камере впуска пара присоединены пароприемные коробки с трубами подвода пара, в которых установлены дроссельные регуляторы давления для обеспечения оптимального соотношения давлений вдуваемого пара и давления в паровом потоке. Камера отбора влаги сообщается с отверстиями в ободе, предназначенными для удаления смеси пара и влаги, в которых установлены дроссельные элементы. Расчетные исследования показали, что оптимальным является выполнение, когда количество указанных отверстий больше или равно количеству направляющих лопаток. Установка дроссельных элементов позволяет минимизировать неизбежные потери работоспособного пара, возникающие при отводе влаги через сквозные прорези на поверхностях лопаток.The annular chamber is hermetically divided into a steam inlet chamber on the steam outlet side and a moisture extraction chamber on the steam inlet side. The hermetic separation of the steam inlet chamber from the moisture collection chamber eliminates the leakage of part of the steam, together with the selected moisture, introduced into the steam inlet chamber for evaporation and crushing of erosion-hazardous moisture. The steam inlet chamber communicates with through slots made in the peripheral wall of the nozzle lattice. Steam receiving boxes with steam supply pipes are connected to the steam inlet chamber, in which throttle pressure regulators are installed to ensure the optimal ratio of injected steam pressure and pressure in the steam stream. The moisture collection chamber communicates with the holes in the rim, designed to remove a mixture of steam and moisture in which the throttle elements are installed. Computational studies have shown that it is optimal to perform when the number of these holes is greater than or equal to the number of guide vanes. The installation of throttle elements allows to minimize the inevitable loss of a workable vapor arising from the removal of moisture through the through slots on the surfaces of the blades.
В наружной цилиндрической поверхности тела каждой части диафрагмы выполнены влагоприемные пазы, отделенные внутренней стенкой сопловой решетки от проточной части диафрагмы и сообщающиеся с каналами отбора влаги и каналами впуска пара лопаток обеих групп. Влагоприемные пазы обеспечивают при работе турбины возможность перетока влаги из каналов отбора влаги и каналов впуска пара направляющих лопаток верхней части диафрагмы в нижнюю часть диафрагмы с последующим удалением влаги через каналы отбора влаги лопаток нижней части.In the outer cylindrical surface of the body of each part of the diaphragm, moisture receiving grooves are made, separated by the inner wall of the nozzle grill from the flow part of the diaphragm and communicating with the moisture collection channels and the vapor inlet channels of the blades of both groups. Moisture-receiving slots provide during the turbine operation the possibility of moisture flow from the moisture extraction channels and the steam inlet channels of the guide vanes of the upper part of the diaphragm to the lower part of the diaphragm with the subsequent removal of moisture through the moisture channels of the lower part of the blades.
Конструкция лопаток, входящих в группу, образующую сектор сопловой решетки, обеспечивает удаление влаги, образующейся в камере впуска пара на переходных режимах или при остывании турбины, в каналы отбора влаги в лопатках. Герметичные перемычки в каналах впуска пара предотвращают излияние влаги из влагоприемных пазов в теле диафрагмы в камеру впуска пара.The design of the blades included in the group forming the sector of the nozzle lattice ensures the removal of moisture generated in the steam inlet chamber during transient conditions or when the turbine cools down into the moisture extraction channels in the blades. Sealed jumpers in the vapor inlet channels prevent the outflow of moisture from the moisture-receiving slots in the diaphragm body into the vapor inlet chamber.
Конструкция лопаток другой группы с перфорированной перемычкой в каналах впуска пара обеспечивает излияние влаги из периферийных частей данных каналов в корневые части каналов и далее во влагоприемные пазы в теле диафрагмы.The design of the blades of another group with a perforated jumper in the steam inlet channels provides the outflow of moisture from the peripheral parts of these channels to the root parts of the channels and then to the moisture-receiving grooves in the diaphragm body.
Предлагаемая конструкция последней ступени паровой турбины в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет обеспечить удаление влаги с профильных поверхностей направляющих лопаток, уменьшить размеры капель влаги в паровом потоке за сопловой решеткой и соответственно уменьшить потери, вызванные затратой энергии парового потока на разгон капель влаги, уменьшить профильные потери. В результате повышается эффективность влагоудаления и соответственно повышается кпд ступени, а также в целом повышается кпд турбины. Удаление влаги с профильных поверхностей направляющих лопаток приводит к снижению влажности пара перед рабочими лопатками, что, в свою очередь, в совокупности с уменьшением размеров капель влаги приводит к снижению опасности повышенной влажно-паровой эрозии рабочих лопаток и других элементов проточной части.The proposed design of the last stage of a steam turbine in the set of essential features disclosed above makes it possible to remove moisture from the profile surfaces of the guide vanes, reduce the size of moisture droplets in the steam stream behind the nozzle grate, and accordingly reduce the losses caused by the energy consumption of the steam stream to disperse moisture drops, and reduce profile losses . As a result, the efficiency of dehumidification is increased and, accordingly, the efficiency of the stage is increased, and also the overall efficiency of the turbine is increased. The removal of moisture from the profile surfaces of the guide vanes leads to a decrease in steam humidity in front of the working blades, which, in turn, together with a decrease in the size of the moisture droplets, reduces the risk of increased wet-steam erosion of the working blades and other elements of the flow part.
С целью дополнительного повышения эффективности влагоудаления на ободе каждой части диафрагмы со стороны паровыхода установлены, по меньшей мере, два козырька, между которыми имеется влагоотводящая щель. В одном из козырьков выполнено, по меньшей мере, одно сливное отверстие. В обойме корпуса цилиндра выполнено, по меньшей мере, одно влагоотводящее отверстие, расположенное соосно сливному отверстию. Наличие влагоотводящей щели между козырьками обеспечивает удаление из проточной части влаги, оседающей на поверхностях козырьков с последующим отводом влаги через сливное и влагоотводящее отверстия и исключает последующий срыв этой влаги и попадание ее на рабочие лопатки.In order to further increase the efficiency of dehumidification, at least two visors are installed on the rim of each part of the diaphragm from the side of the steam outlet, between which there is a drainage gap. At least one drain hole is made in one of the visors. In the holder of the cylinder body, at least one dehumidification hole is arranged, which is located coaxially with the drain hole. The presence of a moisture drainage gap between the visors ensures the removal of moisture from the flowing part that settles on the surfaces of the visors with the subsequent removal of moisture through the drain and moisture drainage holes and eliminates the subsequent breakdown of this moisture and its getting on the working blades.
С целью дополнительного повышения эффективности влагоудаления герметичная перемычка канала впуска пара жестко закреплена в корневой зоне лопатки и расположена на расстоянии 10-50 мм от оси сквозного отверстия радиальной перегородки для исключения застоя влаги в значительных количествах в каналах впуска пара.In order to further increase the efficiency of moisture removal, the sealed jumper of the steam inlet channel is rigidly fixed in the root zone of the scapula and is located at a distance of 10-50 mm from the axis of the through hole of the radial partition to exclude moisture stagnation in significant quantities in the vapor inlet channels.
Выполнение последней ступени паровой турбины в объеме всех вышеуказанных мероприятий обеспечивает повышение кпд ступени, а следовательно, повышение кпд паровой турбины, снижение темпа эрозионного износа и увеличение срока эксплуатации рабочих лопаток без их замены.The implementation of the last stage of the steam turbine in the amount of all the above measures provides an increase in the efficiency of the stage, and therefore, an increase in the efficiency of the steam turbine, a decrease in the rate of erosion wear and an increase in the life of the working blades without replacing them.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлена верхняя часть диафрагмы последней ступени паровой турбины, меридиональный разрез и выносной элемент Б, на фиг. 2 - нижняя часть диафрагмы последней ступени паровой турбины, меридиональный разрез и выносной элемент Г, на фиг. 3 -разрез В-В сопловой решетки в месте расположения группы направляющих лопаток, наиболее удаленных от разъема, на фиг. 4 - вид А диафрагмы последней ступени паровой турбины со стороны паровхода, на фиг. 5 - разрез Д-Д диафрагмы последней ступени паровой турбины в месте установки пароприемной коробки. В графических материалах не обозначены такие элементы, как крышка и цилиндр паровой турбины.The essence of the proposed technical solution is illustrated by graphic materials. In FIG. 1 shows the upper part of the diaphragm of the last stage of a steam turbine, a meridional section and a remote element B, in FIG. 2 - the lower part of the diaphragm of the last stage of the steam turbine, the meridional section and the remote element G, in FIG. 3 is a section BB of the nozzle array at the location of the group of guide vanes farthest from the connector, in FIG. 4 is a view A of the diaphragm of the last stage of the steam turbine from the side of the steam inlet, in FIG. 5 - section DD of the diaphragm of the last stage of the steam turbine at the installation site of the steam receiver box. The graphic materials do not indicate elements such as the cover and cylinder of a steam turbine.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения последней ступени паровой турбины. Последняя ступень паровой турбины содержит диафрагму 1, выполненную из двух частей - верхней и нижней, причем верхняя часть установлена в обойме 2 крышки цилиндра (фиг. 1), а нижняя - в обойме 3 корпуса цилиндра (фиг. 2).Presented graphic materials contain an example of a specific implementation of the last stage of a steam turbine. The last stage of the steam turbine contains a
Каждая часть диафрагмы 1 содержит тело 4, обод 5 и сопловую решетку 6, образованную направляющими лопатками 7. Каждая лопатка 7 имеет канал отбора влаги 8, проходящий вдоль части длины лопатки 7, и канал впуска пара 9, проходящий вдоль части длины лопатки 7, расположенный ниже по паровому потоку канала отбора влаги 8 (фиг. 3, разрез В-В). Канал отбора влаги 8 и канал впуска пара 9 сообщаются соответственно со сквозными прорезями отбора влаги 10 и со сквозными прорезями впуска пара 11, выполненными на части длины каждой лопатки 7 в ее периферийной зоне. В периферийных зонах лопаток 7 на профильные поверхности нанесены специальные гидрофобные покрытия для снижения смачиваемости и снижения дисперсности сорванной с них влаги. Снижение смачиваемости профильных поверхностей препятствует формированию на них пленок влаги и способствует срыву влаги в виде капель шаровидной формы относительно малых размеров.Each part of the
В ободе 5 каждой части диафрагмы 1 выполнены отверстия 12 и кольцевая камера 13 с дренажным отверстием 14.In the
В обойме 2 крышки и в обойме 3 корпуса цилиндра выполнены радиальные сквозные отверстия 15.In the
Сопловая решетка 6 имеет внутреннюю стенку 16 и периферийную стенку 17, посредством которых лопатки 7 жестко соединены соответственно с телом 4 и ободом 5. Соединение может быть выполнено, например, сваркой.The
Лопатки 7 разделены на две группы. Одна группа лопаток 7, расположенных в нижней части диафрагмы 1 и наиболее удаленных от разъема, входит в сектор сопловой решетки 6 с центральным углом α=120-180° (фиг. 4, вид А). Значение угла α определяется количеством лопаток 7 в сопловой решетке 6. В этой группе лопаток 7 канал отбора влаги 8 и канал впуска пара 9 разделены радиальной перегородкой 18, имеющей сквозное отверстие 19, а канал впуска пара 9 разделен герметичной перемычкой 20. Герметичная перемычка 20 канала впуска пара 9 жестко закреплена в корневой зоне лопатки 7 и расположена на расстоянии s, равном 10-50 мм от оси сквозного отверстия 19 (фиг. 2, выносной элемент Г).The
В лопатках 7 другой группы канал отбора влаги 8 и канал впуска пара 9 разделены герметичной радиальной перегородкой 21, а канал впуска пара 9 разделен перфорированной перемычкой 22 (фиг. 1, выносной элемент Б). Перфорация предусматривает выполнение сквозных отверстий в перемычке 22. В конкретном примере выполнения перфорированная перемычка 18 имеет одно сквозное отверстие.In the
Кольцевая камера 13 герметично разделена на камеру впуска пара 23 со стороны паровыхода (на чертежах обозначено «Паровыход») и камеру отбора влаги 24 со стороны паровхода (на чертежах обозначено «Паровход»). Камера впуска пара 23 образована внутренней поверхностью коллектора 25, установленного в кольцевой камере 13, и поверхностью периферийной стенки 17 сопловой решетки 6. Коллектор 25 своими радиальными стенками жестко закреплен, например приварен, к периферийным стенкам 17 сопловой решетки 6 соответственно верхней и нижней частей диафрагмы 1. Камера впуска пара 23 сообщается со сквозными щелями 26, выполненными в периферийной стенке 17 сопловой решетки 6. К камере впуска пара 23 присоединены пароприемные коробки 27 с трубами подвода пара 28, в которых установлены дроссельные шайбы 29 (фиг. 5, разрез Д-Д). Дроссельные шайбы 29 предназначены для обеспечения оптимальных значений давления подводимого пара. Камера отбора влаги 24 сообщается с отверстиями 12 в ободе 5, в которых установлены дроссельные втулки 30. Дроссельные втулки 30 выполнены цельнометаллическими с двумя отверстиями разного диаметра. Отношение внутреннего диаметра отверстия к наружному соответствует расчетному коэффициенту сопротивления втулки 30, обеспечивающему оптимальный перепад давлений на сквозные прорези отбора влаги 10. Различие диаметров отверстий создает дроссельный эффект при прохождении пара.The
В наружной цилиндрической поверхности тела 4 каждой части диафрагмы 1 выполнены влагоприемные пазы 31, отделенные внутренней стенкой 16 сопловой решетки 6 от проточной части диафрагмы 1. Влагоприемные пазы 31 сообщаются с каналами отбора влаги 8 и каналами впуска пара 9 лопаток 7 обеих групп.In the outer cylindrical surface of the
На ободе 4 каждой части диафрагмы 1 со стороны паровыхода установлены козырек 32 и надбандажный козырек 33. Между козырьками 32 и 33 имеется влагоотводящая щель 34. В надбандажном козырьке 33 выполнено сливное отверстие 35. В обойме 3 корпуса цилиндра выполнено влагоотводящее отверстие 36, расположенное соосно сливному отверстию 35.On the
Для изготовления лопаток 7 может быть использована сталь 06Х12НЗД или ее импортные аналоги. Для изготовления козырьков 32 и 33, пароприемных коробок 27 и коллектора 25 рекомендуется сталь 12МХ.For the manufacture of
Последняя ступень паровой турбины работает следующим образом. В процессе работы паровой турбины водяной пар проходит последовательно через ряд ступеней, при этом пар расширяется, а его потенциальная энергия преобразовывается в кинетическую энергию парового потока, приводящего во вращение ротор турбины. В процессе работы ступени на поверхностях ее проточной части, в первую очередь на поверхностях направляющих лопаток 7, поверхностях периферийных стенок 17 сопловой решетки 6 оседает влага, которая движется в виде пленок и при последующем срыве в паровой поток становится основным источником формирования крупнодисперсной влаги. Дополнительными потоками крупнодисперсной влаги являются группы крупных капель, проходящие между лопатками 7, не контактируя с их поверхностями, а также капли, генерируемые вихрями у периферии сопловой решетки 6.The last stage of the steam turbine operates as follows. During the operation of a steam turbine, water vapor passes sequentially through a series of stages, while the steam expands, and its potential energy is converted into the kinetic energy of the steam stream, which rotates the turbine rotor. During the operation of the stage, moisture settles on the surfaces of its flowing part, primarily on the surfaces of the
В предлагаемой конструкции пленочная влага отводится с профильных поверхностей лопаток 7 через сквозные прорези отбора влаги 10 в каналы отбора влаги 8 лопаток 7. Далее влага поступает в камеру отбора влаги 24, а из нее через дроссельные втулки 30 и отверстия 15 удаляется в выхлопную часть. Часть влаги, поступившая в каналы отбора влаги 8 верхней части диафрагмы 1, под действием силы тяжести, поступает во влагоприемный паз 31, сообщающийся с каналами отбора влаги 8, и переливается в нижнюю часть диафрагмы 1, где поступает через каналы отбора влаги 8 в камеру отбора влаги 24, а из нее через дроссельные втулки 30 и отверстия 15 удаляется в выхлопную часть.In the proposed design, film moisture is discharged from the profile surfaces of the
По трубам подвода пара 28 в верхнюю и нижнюю части обода 5 подается пар, перегретый на 20-100°С. Подводимый пар поступает через пароприемные коробки 27 в камеру впуска пара 23 и далее в каналы впуска пара 9 лопаток 7, откуда через сквозные прорези впуска пара 11 поступает на вогнутые поверхности лопаток 7 вблизи паровыхода. Впускаемый пар разрушает пленку влаги, сдувает бинарный погранслой, частично испаряет пленку влаги и пролетающие капли влаги вблизи лопаток 7. Нагрев поступающим паром поверхностей лопаток 7 способствует снижению их смачиваемости, что приводит к уменьшению дисперсности сорванной с выходных кромок влаги. Впускаемый пар после смешивания с паровым потоком совершает полезную работу в ступени. Влага, образовавшаяся в результате конденсации пара, поступившего в каналы впуска пара 9 верхней части диафрагмы 1, через перфорированные перемычки 22 поступает во влагоприемный паз 31 и переливается в нижнюю часть диафрагмы 1, и далее через сквозные отверстия 19 в радиальных перегородках 18 поступает в каналы отбора влаги 8 лопаток 7 нижней части диафрагмы 1.Through the
Перегретый пар поступает также из камеры впуска пара 23 через сквозные щели 26 в периферийной стенке 17 сопловой решетки 6, разрушает пленку влаги, и подавляет вихри у периферийной стенки 17.Superheated steam also comes from the
Влага, оставшаяся на периферийной стенке 17 сопловой решетки 6, а также влага, осевшая на козырьке 32 на выходе из сопловой решетки 6, удаляется через влагоотводящую щель 34 между козырьками 32 и 33. Далее влага через сливное отверстие 35 выбрасывается на наружную цилиндрическую поверхность надбандажного козырька 33 верхней части диафрагмы 1 с дальнейшим перетеканием в нижнюю часть диафрагмы 1 и удалением через влагоотводящее отверстие 36, а также на внутреннюю цилиндрическую поверхность обоймы 3 корпуса цилиндра с последующим удалением через влагоотводящее отверстие 36 в выхлопную часть.Moisture remaining on the
Как показали результаты расчетно-экспериментальных исследований, проведенных авторами, выполнение согласно предлагаемому техническому решению в совокупности существенных признаков (по первому, независимому, пункту формулы) обеспечивает повышение эффективности влагоудаления с повышением коэффициента влагоудаления до 12-13%, при этом применение в конструкции последней ступени паровой турбины полного объема приведенных признаков обеспечивает повышение эффективности влагоудаления с повышением коэффициента влагоудаления до 14%.As shown by the results of computational and experimental studies conducted by the authors, the implementation according to the proposed technical solution together with the essential features (according to the first, independent claim) provides an increase in the efficiency of moisture removal with an increase in the coefficient of moisture removal up to 12-13%, while the use in the design of the last stage steam turbines the full volume of the above features provides an increase in the efficiency of moisture removal with an increase in the coefficient of moisture removal up to 14%.
По независимому пункту формулы применение данного решения обеспечивает прирост кпд ступени до 0,4% и дополнительное снижение темпа эрозионного износа в 1,5-2 раза.According to an independent claim, the application of this solution provides an increase in stage efficiency up to 0.4% and an additional decrease in the rate of erosive wear by 1.5-2 times.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106495A RU2614316C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Last stage of steam turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106495A RU2614316C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Last stage of steam turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2614316C1 true RU2614316C1 (en) | 2017-03-24 |
Family
ID=58453123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016106495A RU2614316C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Last stage of steam turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2614316C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666710C1 (en) * | 2017-12-12 | 2018-09-11 | Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") | Fixed vane of wet steam turbine |
| CN110030039A (en) * | 2019-05-16 | 2019-07-19 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | A kind of steam turbine dehumidifying grade hollow shelf |
| RU2790505C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-02-21 | Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") | Last turbine stage |
| CN117072254A (en) * | 2023-08-31 | 2023-11-17 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Steam turbine and low-pressure partition plate thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US741776A (en) * | 1902-12-13 | 1903-10-20 | Gen Electric | Means for improving the efficiency of turbines. |
| SU1386719A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-07 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Stator vanes of axial-flow turbine |
| EP1091094A1 (en) * | 1998-05-27 | 2001-04-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam turbine stationary blade |
| US7422415B2 (en) * | 2006-05-23 | 2008-09-09 | General Electric Company | Airfoil and method for moisture removal and steam injection |
| RU2569789C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Силовые Машины - Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Оао "Силовые Машины") | Last stage of wet steam turbine |
-
2016
- 2016-02-24 RU RU2016106495A patent/RU2614316C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US741776A (en) * | 1902-12-13 | 1903-10-20 | Gen Electric | Means for improving the efficiency of turbines. |
| SU1386719A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-07 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Stator vanes of axial-flow turbine |
| EP1091094A1 (en) * | 1998-05-27 | 2001-04-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam turbine stationary blade |
| US7422415B2 (en) * | 2006-05-23 | 2008-09-09 | General Electric Company | Airfoil and method for moisture removal and steam injection |
| RU2569789C1 (en) * | 2014-08-12 | 2015-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Силовые Машины - Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Оао "Силовые Машины") | Last stage of wet steam turbine |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666710C1 (en) * | 2017-12-12 | 2018-09-11 | Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") | Fixed vane of wet steam turbine |
| WO2019117752A1 (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | Публичное Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Пао "Силовые Машины") | Guide vane for a wet steam turbine |
| CN110030039A (en) * | 2019-05-16 | 2019-07-19 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | A kind of steam turbine dehumidifying grade hollow shelf |
| RU2790505C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-02-21 | Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") | Last turbine stage |
| RU2809514C1 (en) * | 2022-08-08 | 2023-12-12 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) | Method for supplying and removing heat in thermoacoustic engine and device for its implementation |
| CN117072254A (en) * | 2023-08-31 | 2023-11-17 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Steam turbine and low-pressure partition plate thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2614316C1 (en) | Last stage of steam turbine | |
| RU2478797C2 (en) | Steam turbine and method of moisture removal from flow path in steam turbine | |
| US5573370A (en) | Steam turbine | |
| RU2511914C2 (en) | Circular fixed element for use with steam turbine and steam turbine | |
| US3058720A (en) | Moisture removing apparatus for steam turbine or the like | |
| JP2011012674A (en) | Moisture removal device for steam turbine | |
| KR101578176B1 (en) | Steam turbine | |
| CN110242369A (en) | Steam turbine installation | |
| EP2226471B1 (en) | Working fluid extraction in an axial turbine | |
| CH709128A2 (en) | Steam turbine and method for assembling the same. | |
| JP6284447B2 (en) | Stator blade unit and steam turbine | |
| RU2666710C1 (en) | Fixed vane of wet steam turbine | |
| EP2985426B1 (en) | Blade device for a turbine and corresponding manufacturing method | |
| KR102120499B1 (en) | Cleaning device of an exhaust gas turbine | |
| EP3428412B1 (en) | Steam turbine drain structure and method of modifying the same | |
| US4157880A (en) | Turbine rotor tip water collector | |
| US2362831A (en) | Elastic fluid turbine | |
| KR20080022523A (en) | A steam turbine nozzle box and methods of fabricating | |
| EP2770164A1 (en) | A turbine having a radial outflow rotor and radial inflow stator | |
| RU2414602C1 (en) | Cylinder of medium pressure in steam turbine | |
| JP2014194221A (en) | Fluid channel structure and gas turbine exhaust diffuser | |
| RU2569789C1 (en) | Last stage of wet steam turbine | |
| JP3424348B2 (en) | Moisture separation device | |
| RU27845U1 (en) | STEAM SCREW MACHINE | |
| RU2307940C2 (en) | Wet steam reaction turbine |