RU2666710C1 - Fixed vane of wet steam turbine - Google Patents
Fixed vane of wet steam turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666710C1 RU2666710C1 RU2017143526A RU2017143526A RU2666710C1 RU 2666710 C1 RU2666710 C1 RU 2666710C1 RU 2017143526 A RU2017143526 A RU 2017143526A RU 2017143526 A RU2017143526 A RU 2017143526A RU 2666710 C1 RU2666710 C1 RU 2666710C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- concave
- vane
- cavity
- steam
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 claims description 9
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 5
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 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
-
- 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
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, в частности паротурбостроения, и может быть использовано при проектировании направляющих лопаток последних ступеней влажнопаровых турбин.The proposed technical solution relates to the field of power engineering, in particular steam turbine engineering, and can be used in the design of guide vanes of the last stages of wet steam turbines.
В современных влажнопаровых турбинах одной из основных технических проблем является снижение КПД и эрозионный износ элементов проточных частей турбин под действием влаги, содержащейся в паре. Как правило, часть ступеней влажнопаровых турбин работает при высоких значениях влажности рабочего тела. При этом, особенно в ступенях низкого давления, капли влаги, содержащиеся в паровом потоке, имеют размеры до нескольких сот микрон. Главными источниками крупнодисперсной влаги являются выходные кромки направляющих лопаток, с которых сходит пленочная влага, а также места формирования вихревых потоков, главным образом, в периферийной части межлопаточных каналов. Крупные капли имеют направления и скорости, значительно отличающиеся от направлений и скоростей парового потока, что приводит к потерям энергии на разгон капель, потерям энергии, связанным с торможением каплями рабочих лопаток, а также к нежелательным регулярным соударениям капель с рабочими лопатками, вызывающим их эрозионный износ. Эрозионный износ снижает надежность рабочих лопаток. Кроме того, крупные капли могут размывать ответственные элементы статора (например, уплотнения), что приводит не только к снижению экономичности, но и к снижению надежности проточной части в целом.In modern wet-steam turbines, one of the main technical problems is to reduce the efficiency and erosion of the elements of the flow parts of the turbines under the action of moisture contained in the steam. As a rule, part of the stages of wet-steam turbines operates at high humidity values of the working fluid. In this case, especially in low pressure stages, the moisture droplets contained in the vapor stream have sizes up to several hundred microns. The main sources of coarse moisture are the outlet edges of the guide vanes from which the film moisture is discharged, as well as the places where the vortex flows form, mainly in the peripheral part of the interscapular canals. Large droplets have directions and velocities that are significantly different from the directions and velocities of the steam stream, which leads to loss of energy to disperse the droplets, energy losses associated with braking of the droplets by the droplets, as well as to undesirable regular collisions of droplets with the blades, causing their erosion . Erosion wear reduces the reliability of the blades. In addition, large drops can erode critical elements of the stator (for example, seals), which leads not only to a decrease in efficiency, but also to a decrease in the reliability of the flow part as a whole.
Решением данной технической проблемы является разработка конструкций направляющих лопаток последних ступеней с обеспечением эвакуации или разрушения эрозионно-опасной влаги, присутствующей в рабочем потоке, главным образом, в периферийной части межлопаточных каналов. Конструкция лопаток может предусматривать сепарацию пленочной влаги с профильных поверхностей направляющих лопаток, обогрев направляющих лопаток горячим паром, пропускаемым через их внутренние полости, вдув перегретого пара в проточную часть через направляющие лопатки. Во всех этих случаях необходима организация внутренних полостей в направляющих лопатках, открытых полностью или частично. При этом должны выполняться требования по обеспечению прочности и надежности, как направляющих лопаток, так и направляющих аппаратов, для которых направляющие лопатки являются основными силовыми элементами.The solution to this technical problem is to develop the designs of guide vanes of the last stages with the provision of evacuation or destruction of erosion-hazardous moisture present in the working stream, mainly in the peripheral part of the interscapular canals. The design of the blades may provide for the separation of film moisture from the profile surfaces of the guide vanes, heating the guide vanes with hot steam passing through their internal cavities, blowing superheated steam into the flowing part through the guide vanes. In all these cases, it is necessary to organize the internal cavities in the guide vanes, fully or partially open. In this case, the requirements for ensuring the strength and reliability of both guide vanes and guide vanes for which guide vanes are the main power elements must be met.
Наличие внутренних полостей в направляющих лопатках также способствует снижению их массы, что снижает материалоемкость и улучшает технологичность конструкции лопаток, что особенно актуально для ступеней низкого давления больших размеров.The presence of internal cavities in the guide vanes also helps to reduce their mass, which reduces material consumption and improves the manufacturability of the design of the blades, which is especially important for large low-pressure stages.
Известно изобретение "Лопатка сопловой решетки влажно-паровой турбины" (патент РФ №2392451, МПК F01D 25/32, опубл. 20.06.2010). Лопатка содержит перо (цельный корпус) с входной и выходной кромками, выполненное в форме выпуклой и вогнутой поверхностей. Средняя часть вогнутой поверхности покрыта покрывающей пластиной (покрывающим элементом) с образованием со стороны выходной кромки пера выпускной (сквозной) щели канала вдуваемого пара (внутренней полости со стороны выходной кромки). |Покрывающая пластина приварена к перу со стороны входной кромки. Выпускная щель канала расположена относительно выходной кромки пера на расстоянии, составляющем 0,1-0,4 расстояния между его входной и выходной кромками. Ширина щели составляет 0,8-1,0 мм, размер ширины щели фиксируется дистанционирующими шайбами.The invention is known "The blade of the nozzle lattice of a wet-steam turbine" (RF patent No. 2392451, IPC F01D 25/32, publ. 06/20/2010). The blade contains a feather (solid body) with input and output edges, made in the form of convex and concave surfaces. The middle part of the concave surface is covered with a covering plate (covering element) with the formation of the outlet (through) slit of the channel of the injected steam (inner cavity from the side of the outlet edge) from the side of the output edge of the pen. | The cover plate is welded to the pen from the input edge. The outlet slot of the channel is located relative to the outlet edge of the pen at a distance of 0.1-0.4 of the distance between its inlet and outlet edges. The width of the slit is 0.8-1.0 mm, the size of the width of the slit is fixed with spacer washers.
Пленочная влага, проходя над выпускной щелью, распыляется струей вдуваемого пара и, двигаясь далее по вогнутой поверхности профиля, испаряется за счет тепла, подводимого вдуваемым паром.Film moisture, passing over the outlet slit, is sprayed with a stream of injected steam and, moving further along the concave surface of the profile, evaporates due to the heat supplied by the injected steam.
Данное решение предполагает направление вдуваемого пара практически по касательной к вогнутой поверхности профиля в месте щели вдува. Наряду с тем достоинством, что при этом минимальны потери от смешения вдуваемого пара с основным потоком, при малой искривленности профиля длина щели вдува пара представляется избыточно большой, что при недостаточном напоре вдуваемого пара может привести к заливанию щелей вдува влагой. Как показывают результаты экспериментальных исследований, данное явление сопровождается срывом пленки крупными фракциями, то есть эффект вдува оказывается прямо противоположным ожидаемому, что приводит к снижению эффективности влагоудаления.This solution involves the direction of the injected steam almost tangentially to the concave surface of the profile at the site of the injection gap. Along with the advantage that the losses from mixing the injected steam with the main stream are minimal, with a small curvature of the profile, the length of the vapor injection gap appears to be excessively large, which, with insufficient pressure of the injected steam, can lead to flooding of the injection cracks with moisture. As the results of experimental studies show, this phenomenon is accompanied by a breakdown of the film in large fractions, that is, the blowing effect is directly opposite to what was expected, which leads to a decrease in the efficiency of moisture removal.
Также недостатками данного решения являются:Also the disadvantages of this solution are:
- наличие канала вдуваемого пара только в периферийной части, что при значительных размерах ступени делает массу лопатки избыточно большой. Это сопряжено с повышенной материалоемкостью, низкой технологичностью, а также приводит к повышенным весовым нагрузкам на детали крепления направляющего аппарата;- the presence of the channel of the injected steam only in the peripheral part, which with a significant size of the stage makes the mass of the blades excessively large. This is associated with increased material consumption, low manufacturability, and also leads to increased weight loads on the mounting parts of the guide apparatus;
- приварка покрывающей пластины не по всему контуру может привести к нежелательным колебаниям, приводящим к постепенным разрушениям сварных швов, что приводит к снижению надежности конструкции;- welding of the covering plate not along the entire contour can lead to undesirable vibrations leading to gradual destruction of the welds, which leads to a decrease in the reliability of the structure;
- дистанционирующие шайбы находятся в потоке вдуваемого пара, что создает опасность их отрыва от направляющей лопатки с последующим попаданием в проточную часть и приводит к снижению надежности и технологичности конструкции.- distance washers are in the flow of injected steam, which creates the danger of their separation from the guide vanes with subsequent contact with the flow part and reduces the reliability and manufacturability of the design.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа является изобретение по патенту US 6305902, МПК F01D 5/14, опубл. 23.10.2001.The closest technical solution to the proposed technical solution for the combination of essential features and selected as a prototype is the invention according to patent US 6305902, IPC F01D 5/14, publ. 10/23/2001.
Согласно изобретению, направляющая лопатка содержит цельный корпус с входной и выходной кромками, вогнутую и выпуклую поверхности, образующие профиль лопатки. В лопатке выполнены сквозная внутренняя полость со стороны входной кромки и внутренняя полость со стороны выходной кромки. Внутренняя полость со стороны выходной кромки открыта с корневого и периферийного торцов лопатки. Внутренние полости герметично отделены друг от друга радиальным ребром, выполненным заодно с цельным корпусом. Каждая из внутренних полостей соединена, по меньшей мере, одной сквозной щелью с межлопаточными каналами. Сквозные щели выполнены по всей высоте профиля лопатки. Направляющая лопатка изготовлена точным литьем.According to the invention, the guide vane comprises a one-piece housing with inlet and outlet edges, a concave and convex surface forming the profile of the vane. The blade has a through inner cavity from the input edge side and an internal cavity from the output edge side. The internal cavity on the side of the outlet edge is open from the root and peripheral ends of the scapula. The internal cavities are hermetically separated from each other by a radial rib made integrally with the solid body. Each of the internal cavities is connected by at least one through slot with interscapular channels. Through slots are made over the entire height of the blade profile. Guide vane made by precision casting.
Известное техническое решение обеспечивает удаление влаги с поверхностей профилей направляющих лопаток.The known technical solution provides the removal of moisture from the surfaces of the profiles of the guide vanes.
Недостатком известного решения является выполнение сквозных щелей по всей высоте профиля лопатки. Это приводит к неоправданной потере работоспособного пара, утекающего вместе с отводимой влагой через сквозные щели в корневой и средней зонах профиля лопатки, где содержание влаги в рабочем потоке и на поверхностях профилей лопаток минимально, что снижает эффективность влагоудаления.A disadvantage of the known solution is the implementation of through slots along the entire height of the profile of the blade. This leads to an unjustified loss of working steam, which flows together with the moisture removed through the through slots in the root and middle zones of the blade profile, where the moisture content in the working stream and on the surfaces of the blade profiles is minimal, which reduces the efficiency of moisture removal.
Также недостатком данного решения является низкая технологичность конструкции лопаток из-за сложности выполнения внутренних полостей и затруднительности надежного контроля качества поверхностей внутренних полостей.Another disadvantage of this solution is the low adaptability of the design of the blades due to the complexity of the internal cavities and the difficulty of reliable quality control of the surfaces of the internal cavities.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности влагоудаления с поверхностей направляющих лопаток и в межлопаточных каналах, что обеспечивает повышение в целом КПД влажнопаровой турбины и снижение опасности эрозионного износа элементов турбины, а также в снижении материалоемкости, повышении вибрационной надежности и улучшении технологичности конструкции направляющих лопаток.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency of moisture removal from the surfaces of the guide vanes and in the interscapular channels, which ensures an increase in the overall efficiency of the wet-steam turbine and a decrease in the risk of erosive wear of the turbine elements, as well as in a reduction in material consumption, increase in vibration reliability and improving the manufacturability of the design of the guide vanes.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается направляющая лопатка влажнопаровой турбины.To achieve the above technical result, a guide blade of a wet-steam turbine is proposed.
Направляющая лопатка содержит цельный корпус с входной и выходной кромками, вогнутую и выпуклую поверхности, образующие профиль лопатки. В лопатке выполнены сквозная внутренняя полость со стороны входной кромки и внутренняя полость со стороны выходной кромки. Внутренние полости герметично отделены друг от друга радиальным ребром, выполненным заодно с цельным корпусом. Каждая из внутренних полостей соединена, по меньшей мере, одной сквозной щелью с межлопаточными каналами.The guide vane comprises a one-piece housing with inlet and outlet edges, a concave and convex surface forming a profile of the blade. The blade has a through inner cavity from the input edge side and an internal cavity from the output edge side. The internal cavities are hermetically separated from each other by a radial rib made integrally with the solid body. Each of the internal cavities is connected by at least one through slot with interscapular channels.
При этом, согласно изобретению, сквозная внутренняя полость образована выемкой в цельном корпусе и вогнутой стенкой, образующей одну часть вогнутой поверхности.Moreover, according to the invention, the through inner cavity is formed by a recess in the whole body and a concave wall forming one part of the concave surface.
Внутренняя полость выполнена в периферийной зоне лопатки и образована выемкой в цельном корпусе, покрывающим элементом, образующим другую часть вогнутой поверхности, радиальным ребром, имеющим высоту, равную 0,15-0,25 высоты профиля, и соединенным с ним горизонтальным ребром, выполненным заодно с цельным корпусом и имеющим длину, равную 0,2-0,4 хорды лопатки.The inner cavity is made in the peripheral zone of the scapula and is formed by a recess in the whole body, a covering element forming another part of the concave surface, a radial rib having a height equal to 0.15-0.25 profile heights, and connected to it by a horizontal rib, made at the same time as solid body and having a length equal to 0.2-0.4 chord of the scapula.
В периферийной зоне вогнутой стенки выполнена сквозная щель на 0,35-0,45 высоты профиля и под углом 0-5° к нормали к профилю.A through slot was made in the peripheral zone of the concave wall at 0.35-0.45 of the profile height and at an angle of 0-5 ° to the normal to the profile.
В покрывающем элементе выполнена сквозная щель под углом 25-35° к касательной к профилю.A through slot is made in the covering element at an angle of 25-35 ° to the tangent to the profile.
Образование внутренних полостей выемками в цельном корпусе и частями вогнутой поверхности - вогнутой стенкой и покрывающим элементом улучшает технологичность конструкции, поскольку позволяет обеспечить свободный доступ к любой точке внутренней поверхности внутренних полостей для контроля качества поверхностей в процессе изготовления.The formation of internal cavities by recesses in the whole body and parts of the concave surface — the concave wall and the covering element improves the manufacturability of the structure, since it allows free access to any point on the internal surface of the internal cavities to control the quality of the surfaces in the manufacturing process.
Выполнение внутренней полости, ограниченной размерами радиального ребра высотой, равной 0,15-0,25 высоты профиля лопатки, и горизонтальным ребром длиной, равной 0,2-0,4 хорды профиля лопатки, позволяет использовать на рабочих режимах вдув греющего пара через сквозную щель в покрывающем элементе во внутреннюю полость и далее в межлопаточные каналы с целью эффективного дробления и испарения эрозионно-опасной влаги, концентрирующейся преимущественно на поверхностях периферийных зон профилей направляющих лопаток и в периферийных зонах межлопаточных каналов, и способствует предотвращению повторного формирования пленки влаги за щелями сепарации при минимальном расходе вдуваемого пара.The implementation of the internal cavity, limited by the dimensions of the radial rib with a height equal to 0.15-0.25 of the height of the profile of the scapula, and a horizontal rib length of 0.2-0.4 chords of the profile of the scapula, allows you to use in operating modes blowing heating steam through the through slot in the covering element into the inner cavity and further into the interscapular canals for the purpose of efficient crushing and evaporation of erosion-hazardous moisture, concentrated mainly on the surfaces of the peripheral zones of the profiles of the guide vanes and in the peripheral zones of the intersection accurate channels, and helps to prevent the re-formation of a moisture film behind the separation slots at a minimum flow rate of injected steam.
Также возможно использовать данную внутреннюю полость для охлаждения элементов турбины на малорасходных режимах путем вдува охлаждающего пара через сквозные щели в покрывающем элементе во внутреннюю полость и далее в межлопаточные каналы.It is also possible to use this internal cavity for cooling turbine elements at low flow rates by blowing cooling steam through the through slots in the cover element into the internal cavity and further into the interscapular channels.
Также данная внутренняя полость может быть использована для установки демпфирующих элементов в целях повышения вибрационной надежности направляющей лопатки. Наличие горизонтального ребра, ограничивающего внутреннюю полость от сквозной внутренней полости, позволяет избежать избыточной потери теплоты вдуваемого греющего пара и ограничить его необходимый расход, и, тем самым, повысить эффективность влагоудаления.Also, this internal cavity can be used to install damping elements in order to increase the vibrational reliability of the guide vanes. The presence of a horizontal rib bounding the internal cavity from the through internal cavity allows avoiding excessive heat loss of the injected heating steam and limiting its necessary flow rate, and thereby increasing the efficiency of moisture removal.
Кроме разделения внутренних полостей, радиальное и горизонтальное ребра обеспечивают ужесточение, повышающее технологичность конструкции, и повышенную вибрационную надежность направляющей лопатки в ее периферийной зоне.In addition to separating the internal cavities, the radial and horizontal ribs provide toughening that increases the manufacturability of the structure and the increased vibrational reliability of the guide vanes in its peripheral zone.
Выполнение сквозной щели на 0,35-0,45 высоты профиля и под углом 0-5° к нормали к профилю в вогнутой стенке позволяет эффективно удалять эрозионно-опасную влагу, концентрирующуюся преимущественно на поверхностях периферийных зон профилей направляющих лопаток и в периферийных зонах межлопаточных каналов, и снизить потери работоспособного пара, утекающего вместе с отводимой влагой.Performing a through slit at 0.35-0.45 of the profile height and at an angle of 0-5 ° to the normal to the profile in the concave wall can effectively remove erosion-hazardous moisture, concentrated mainly on the surfaces of the peripheral zones of the profiles of the guide vanes and in the peripheral zones of the interscapular channels , and reduce the loss of working steam flowing away with the moisture removed.
Выполнение сквозной щели в покрывающем элементе под углом, равным 25-35° к касательной к профилю является оптимальным в рассматриваемом аспекте эффективного дробления и испарения пленочной влаги, текущей по вогнутой поверхности профиля, а также с точки зрения эффективного дробления и испарения капельной влаги, проходящей через межлопаточные каналы без контакта с лопатками. Если сквозная щель в покрывающем элементе будет выполнена под углом, меньшим 25°, то эффект дробления и испарения капельной влаги будет недостаточным. Если сквозная щель будет выполнена под углом, большим 35°, то потери пара, связанные с вдувом, будут слишком велики, и, следовательно, эффективность влагоудаления будет снижена.The implementation of the through gap in the coating element at an angle equal to 25-35 ° to the tangent to the profile is optimal in the considered aspect of effective crushing and evaporation of film moisture flowing along the concave surface of the profile, as well as from the point of view of effective crushing and evaporation of droplet moisture passing through interscapular canals without contact with the shoulder blades. If the through gap in the coating element is made at an angle less than 25 °, then the effect of crushing and evaporation of the droplet moisture will be insufficient. If the through gap is made at an angle greater than 35 °, the steam losses associated with blowing will be too large, and therefore, the moisture removal efficiency will be reduced.
Проведенные авторами расчетно-экспериментальные исследования подтверждают оптимальность выбранных геометрических характеристик внутренней полости и сквозных щелей для вдува греющего пара и удаления влаги для достижения заявляемого технического результата.The calculation and experimental studies conducted by the authors confirm the optimality of the selected geometric characteristics of the internal cavity and through slots for blowing heating steam and removing moisture to achieve the claimed technical result.
Выполнение сквозной внутренней полости, занимающей основное внутреннее пространство лопатки, и внутренней полости в периферийной зоне значительно снижает материалоемкость конструкции направляющих лопаток.The implementation of the through inner cavity, occupying the main inner space of the scapula, and the inner cavity in the peripheral zone significantly reduces the material consumption of the design of the guide vanes.
Заявляемая конструкция направляющей лопатки предусматривает различные варианты технологии изготовления, например, литье, штамповка, ковка и др., что улучшает технологичность.The inventive design of the guide vanes provides various options for manufacturing technology, for example, casting, stamping, forging, etc., which improves manufacturability.
С целью дополнительного повышения эффективности влагоудаления на внутренней поверхности внутренней полости нанесен слой теплоизолирующего материала. Нанесение слоя теплоизолирующего материала уменьшает потери тепла греющего пара за счет теплообмена с направляющей лопаткой, что позволяет сохранить достаточно высокую температуру греющего пара в местах вдува и, соответственно увеличить эффективность дробления и испарения влаги.In order to further increase the efficiency of moisture removal, a layer of heat-insulating material is applied on the inner surface of the inner cavity. The application of a layer of heat-insulating material reduces the heat loss of the heating steam due to heat exchange with the guide blade, which allows you to maintain a sufficiently high temperature of the heating steam in the places of injection and, accordingly, increase the efficiency of crushing and evaporation of moisture.
Предлагаемая конструкция направляющих лопаток влажнопаровой турбины в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет снизить материалоемкость и улучшить технологичность и надежность конструкции направляющих лопаток, обеспечить удаление влаги с профильных поверхностей направляющих лопаток, уменьшить размеры капель влаги в паровом потоке, проходящим через межлопаточные каналы и соответственно уменьшить потери, вызванные затратой энергии парового потока на разгон капель влаги, уменьшить профильные потери. В результате повышается эффективность влагоудаления и 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 влажнопаровой эрозии элементов турбины.The proposed design of the guide vanes of a wet-steam turbine in the above set of essential features allows to reduce the material consumption and improve the manufacturability and reliability of the design of the guide vanes, to ensure moisture removal from the profile surfaces of the guide vanes, to reduce the size of moisture droplets in the steam stream passing through the interscapular channels and, accordingly, reduce losses, caused by the consumption of steam flow energy to disperse moisture drops, reduce profile losses. As a result, the efficiency of dehumidification is increased, and overall the 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 vanes, which, in turn, together with a decrease in the size of moisture droplets, reduces the risk of increased wet steam erosion of turbine elements.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлена направляющая лопатка влажнопаровой турбины, главный вид; на фиг. 2 представлены сечение А-А в горизонтальной плоскости в месте расположения сквозной внутренней полости и внутренней полости; сечение Б-Б в горизонтальной плоскости в месте расположения сквозной внутренней полости; сечение В-В в горизонтальной плоскости в месте расположения горизонтального ребра; сечение Г-Г в радиальной плоскости в месте расположения горизонтального ребра; на фиг. 3 представлен комплект направляющих лопаток в сборе и разрез Д-Д направляющих лопаток по межлопаточным каналам.The essence of the proposed technical solution is illustrated by graphic materials. In FIG. 1 shows the guide blade of a wet-steam turbine, the main view; in FIG. 2 shows a section AA in the horizontal plane at the location of the through inner cavity and the inner cavity; cross-section BB in the horizontal plane at the location of the through inner cavity; section BB in the horizontal plane at the location of the horizontal rib; section GG in the radial plane at the location of the horizontal rib; in FIG. Figure 3 shows the complete set of guide vanes and the section DD of guide vanes along the interscapular channels.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения направляющей лопатки влажнопаровой турбины.Presented graphic materials contain an example of a specific implementation of the guide vanes of a wet-steam turbine.
Направляющая лопатка влажнопаровой турбины содержит цельный корпус 1 с входной кромкой 2 и выходной кромкой 3, вогнутую поверхность 4, выпуклую поверхность 5, образующие профиль лопатки.The guide blade of a wet-steam turbine contains a one-
В лопатке выполнены сквозная внутренняя полость 6 со стороны входной кромки 2 и внутренняя полость 7 со стороны выходной кромки 3. Сквозная внутренняя полость 6 образована выемкой 8 в цельном корпусе 1 и вогнутой стенкой 9, образующей часть одну вогнутой поверхности 4. Сквозная внутренняя полость 6 занимает основное внутреннее пространство лопатки и открыта с корневого торца 10 и периферийного торца 11.The blade has a through
Внутренняя полость 7 выполнена в периферийной зоне лопатки и образована выемкой 12 в цельном корпусе 1, покрывающим листом 13, образующим другую часть вогнутой поверхности 4, радиальным ребром 14 и соединенным с ним горизонтальным ребром 15. Внутренняя полость 7 открыта только с периферийного торца 11. На внутреннюю поверхность внутренней полости 7 нанесен слой теплоизолирующего материала, например, нитрида циркония.The
Вогнутая стенка 9 и покрывающий лист 13 жестко соединены с цельным корпусом 1, например, сваркой.The
Радиальное ребро 14 и горизонтальное ребро 15 выполнены заодно с цельным корпусом 1 и герметично отделяют друг от друга сквозную внутреннюю полость 6 и внутреннюю полость 7.The
Радиальное ребро 14 имеет высоту h1=0,15-0,25 высоты Н профиля. Горизонтальное ребро 15 имеет длину L=0,2-0,4 хорды b лопатки.The
В периферийной зоне вогнутой стенки 9 выполнены сквозные щели 16, соединяющие сквозную внутреннюю полость 6 с межлопаточным каналом 17. Количество сквозных щелей 16 и их взаимное расположение определяется из условий прочности лопатки. Сквозные щели 16 выполнены на высоте h=0,35-0,45 высоты Н профиля и под углом α=0-5° к нормали 18 к профилю.In the peripheral zone of the
В покрывающем листе 13 выполнена сквозная щель 19, соединяющая внутреннюю полость 7 с межлопаточным каналом 17. Количество сквозных щелей 19 и их взаимное расположение определяется из условий прочности лопатки. Сквозная щель 19 выполнена под углом β=25-35° к касательной 20 к профилю.A through
Для изготовления направляющих лопаток может быть использована сталь 06X12Н3Д или ее импортные аналоги.For the manufacture of guide vanes, steel 06X12N3D or its imported analogues can be used.
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 10%, прирост КПД турбины до 0,01%, дополнительное снижение темпа эрозионного износа в 1,2-1,5 раза, снижение массы направляющих лопаток в 2-3 раза. Применение в конструкции полного объема приведенных признаков обеспечивает повышение эффективности влагоудаления с повышением коэффициента влагоудаления до 12%.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 moisture removal efficiency with an increase in moisture removal coefficient up to 10%, an increase in turbine efficiency up to 0.01%, an additional decrease in the rate of erosion wear by 1.2-1.5 times, a decrease in the mass of guide vanes by 2-3 times. The use in the design of 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 12%.
Направляющая лопатка влажнопаровой турбины работает следующим образом.The guide blade of the wet steam turbine operates as follows.
Рабочий поток влажного пара проходит межлопаточные каналы 17 и омывает профили направляющих лопаток. При этом на профильных поверхностях 4 и 5 лопаток (преимущественно на вогнутых поверхностях 4) оседает влага, формирующая пленочную структуру.The working stream of wet steam passes through the
В предлагаемой конструкции пленочная влага отводится с профильных поверхностей 4 и 5 направляющих лопаток через сквозные щели 16 с последующим удалением через сквозные внутренние полости 6 и корневой 10 и периферийный 11 торцы. На рабочих режимах через внутренние полости 7 и сквозные щели 19 выполняется вдув перегретого пара. Вдуваемый пар разрушает пленки влаги, частично испаряет как капли, образовавшиеся в результате дробления пленок, так и капли, проходящие через межлопаточные каналы 17 без контакта с поверхностями 4 и 5 лопаток, сдувает бинарный погранслой, частично или полностью подавляет вторичные течения вблизи периферийных торцов 11. После смешения с основным потоком пара вдуваемый пар совершает полезную работу.In the proposed design, film moisture is removed from the profile surfaces 4 and 5 of the guide vanes through the through
На малорасходных режимах через внутренние полости 7 и сквозные щели 19 вдувается охлаждающий пар для предотвращения тепловых деформаций различных элементов. При этом охлаждающий пар дробит пленочную влагу, оставшуюся на профильных поверхностях 4 и 5 направляющих лопаток, что предотвращает размыв элементов турбин.At low flow rates, cooling steam is blown through the
При прохождении греющего пара через внутренние полости 7 и сквозные щели 19 происходит теплообмен между этим паром и лопаткой, омываемой потоком влажного пара и, соответственно, имеющей более низкую температуру, чем греющий пар. В результате этого процесса температура пара снижается, что приводит к ослаблению эффекта испарения влаги на вогнутых поверхностях 4 направляющих лопаток вблизи выходных кромок 3 и в межлопаточных каналах 17. Нанесение теплоизолирующего материала на внутренние поверхности внутренних полостей 7 уменьшает снижение температуры греющего пара при контакте с направляющими лопатками и повышает эффективность влагоудаления.When the heating steam passes through the
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143526A RU2666710C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Fixed vane of wet steam turbine |
| PCT/RU2018/000770 WO2019117752A1 (en) | 2017-12-12 | 2018-11-27 | Guide vane for a wet steam turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143526A RU2666710C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Fixed vane of wet steam turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666710C1 true RU2666710C1 (en) | 2018-09-11 |
Family
ID=63580200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143526A RU2666710C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Fixed vane of wet steam turbine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666710C1 (en) |
| WO (1) | WO2019117752A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114462159A (en) * | 2022-01-07 | 2022-05-10 | 中国人民解放军海军工程大学 | Multi-working-condition blade dehumidification optimal design method for marine wet steam turbine |
| RU2789652C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-02-07 | Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") | Steam turbine low pressure cylinder stage guide vane |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110318820B (en) * | 2019-06-26 | 2021-02-09 | 西安交通大学 | Stationary blade composite dehumidifying structure of steam turbine |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1386719A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-07 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Stator vanes of axial-flow turbine |
| US6305902B1 (en) * | 1998-05-27 | 2001-10-23 | 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 |
| RU2614316C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-03-24 | Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") | Last stage of steam turbine |
-
2017
- 2017-12-12 RU RU2017143526A patent/RU2666710C1/en active
-
2018
- 2018-11-27 WO PCT/RU2018/000770 patent/WO2019117752A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1386719A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-07 | Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина | Stator vanes of axial-flow turbine |
| US6305902B1 (en) * | 1998-05-27 | 2001-10-23 | 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 |
| RU2614316C1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-03-24 | Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") | Last stage of steam turbine |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114462159A (en) * | 2022-01-07 | 2022-05-10 | 中国人民解放军海军工程大学 | Multi-working-condition blade dehumidification optimal design method for marine wet steam turbine |
| CN114462159B (en) * | 2022-01-07 | 2024-04-09 | 中国人民解放军海军工程大学 | Multi-working-condition blade dehumidification optimization design method of marine wet steam turbine |
| RU2789652C1 (en) * | 2022-06-10 | 2023-02-07 | Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") | Steam turbine low pressure cylinder stage guide vane |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019117752A1 (en) | 2019-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4775296A (en) | Coolable airfoil for a rotary machine | |
| US8801377B1 (en) | Turbine blade with tip cooling and sealing | |
| US6382907B1 (en) | Component for a gas turbine | |
| EP1995410B1 (en) | Turbine blade cascade end wall | |
| US4515526A (en) | Coolable airfoil for a rotary machine | |
| US6213711B1 (en) | Steam turbine and blade or vane for a steam turbine | |
| US7955053B1 (en) | Turbine blade with serpentine cooling circuit | |
| KR101324249B1 (en) | Turbine impeller comprising a blade with squealer tip | |
| RU2345226C2 (en) | Hollow blade of turbine rotor for gas turbine engine | |
| US8814500B1 (en) | Turbine airfoil with shaped film cooling hole | |
| EP3034818B1 (en) | Steam turbine stationary blade, corresponding steam turbine and modifying method | |
| US20100119377A1 (en) | Cooling arrangement | |
| WO2010108809A1 (en) | Blade for a gas turbine with cooled tip cap | |
| EP2492440A2 (en) | Turbine nozzle blade and steam turbine equipment using same | |
| US9353632B2 (en) | Aerofoil structure | |
| JP2007002843A (en) | Cooling circuit for movable blade of turbo machine | |
| US11203941B2 (en) | Steam turbine | |
| US8961136B1 (en) | Turbine airfoil with film cooling hole | |
| RU2666710C1 (en) | Fixed vane of wet steam turbine | |
| US8591191B1 (en) | Film cooling hole for turbine airfoil | |
| WO2012052740A1 (en) | Sealing device for reducing fluid leakage in turbine apparatus | |
| JPS6138103A (en) | Step for steam turbine | |
| US7137784B2 (en) | Thermally loaded component | |
| JP2017020443A (en) | Steam turbine nozzle and steam turbine with the nozzle | |
| US10655471B2 (en) | Turbine and gas turbine |