RU2676904C1 - Active super-critical parameters steam turbine - Google Patents

Active super-critical parameters steam turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2676904C1
RU2676904C1 RU2017143779A RU2017143779A RU2676904C1 RU 2676904 C1 RU2676904 C1 RU 2676904C1 RU 2017143779 A RU2017143779 A RU 2017143779A RU 2017143779 A RU2017143779 A RU 2017143779A RU 2676904 C1 RU2676904 C1 RU 2676904C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
stage
nozzles
stages
active
Prior art date
Application number
RU2017143779A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Паршуков
Николай Николаевич Ефимов
Иван Максимович Кихтев
Вадим Валерьевич Копица
Валерий Матвеевич Горбачев
Борис Николаевич Васильев
Александр Юрьевич Лагутин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority to RU2017143779A priority Critical patent/RU2676904C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2676904C1 publication Critical patent/RU2676904C1/en

Links

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
    • F01D1/00—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/10—Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines having two or more stages subjected to working-fluid flow without essential intermediate pressure change, i.e. with velocity stages
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: turbines or turbomachines.SUBSTANCE: active supercritical steam turbine, including the housing, housing covers with having the end labyrinth seals bushings, mounted into the radial and twin angular-contract thrust bearing rotor, consisting of shaft, on which the first, second and third stages impellers are fixed, first stage guide vane, formed from the evenly spaced nozzles on the housing front cover, fixed in the housing the second and third stages stationary diaphragms with the intermediate labyrinth seal annular grooves on the inner diameter, and the outer diameters are crowns consisting of nozzles, forming, together with spacer bushings, guide vanes of the second and third stages, piping and the steam output branch pipe. Available in the turbine first, second, and third stages guide vanes nozzles are the Laval nozzles, evenly spaced around the circles opposite the active working gratings blades. Mounted into the turbine front cover and evenly spaced circumferentially opposite the first stage active working grating blades Laval nozzles consist of two parts, in the main of which the Laval nozzle profile channel is made, and the auxiliary part is the flat cover, during assembly with the first one forming the nozzle channel missing side.EFFECT: technical result consists in the turbine design simplification and its size and weight reduction, achieved as a result of the high heat drop processing, characteristic for the gas-vapor mixture supercritical parameters, in the limited (minimal) number of turbine active stages.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, предназначено для производства электроэнергии для малой распределенной энергетики в составе мобильных автономных энергетических установок, использующих в качестве рабочего тела парогазовую смесь сверх критических параметров, генерируемую методом гидротермальной деструкция жидких и твердых органических топлив при сверхкритических состояниях водной среды в однотрубных и многотрубных реакторах.The invention relates to the field of power engineering, is intended for the production of electricity for small distributed energy as part of mobile autonomous power plants using a vapor-gas mixture in excess of critical parameters as a working fluid, generated by the method of hydrothermal destruction of liquid and solid organic fuels under supercritical conditions of the aqueous medium in single-tube and multi-tube reactors.

Известна (http://one_vision.jofo.me/340811.html) паровая турбина активного действия К-0,75-2,4 предприятия ЗАО "ЭНЕРГОТЕХ». Турбина представляет собой одноцилиндровый агрегат. Основными компонентами турбины являются корпус, в котором на двух подшипниках скольжения установлен ротор с неподвижно закрепленными на нем регулирующей ступенью и семью ступенями давления, состоящими из совокупности соплововых аппаратов в виде неподвижных диафрагм с сужающими дозвуковыми соплами и активных рабочих решеток. В состав турбины входят также сопловое парораспределение и паровая коробка, в которой расположены стопорный и регулирующие клапаны с индивидуальными приводами. Турбина снабжена концевыми и диафрагменными лабиринтными уплотнениями.Known (http://one_vision.jofo.me/340811.html) is an active steam turbine K-0.75-2.4 of the enterprise CJSC ENERGOTECH. The turbine is a single-cylinder unit. The main components of the turbine are a casing in which Two sliding bearings have a rotor with a regulating stage and seven pressure stages fixedly mounted on it, consisting of a set of nozzle devices in the form of fixed diaphragms with narrowing subsonic nozzles and active working gratings. and a steam box in which stop and control valves with individual actuators are located.The turbine is equipped with end and diaphragm labyrinth seals.

К недостаткам турбины К-0,75-2,4 следует отнести сложность конструкции, большие габариты и массу, обусловленные введением в конструкцию турбины: соплового парораспределения, а так же стопорного и регулирующих клапанов с их приводами. Кроме того, эта паровая турбина активного действия не может работать на парогазовой смеси со сверхкритическими параметрами, потому что имеет недостаточное количество ступеней, что бы реализовать полный теплоперепад, соответствующий этим параметрам.The disadvantages of the K-0.75-2.4 turbine include the complexity of the design, large dimensions and weight due to the introduction of the turbine design: nozzle steam distribution, as well as stop and control valves with their actuators. In addition, this active steam turbine cannot work on a gas-vapor mixture with supercritical parameters, because it has an insufficient number of stages to realize the full heat drop corresponding to these parameters.

Известна многоступенчатая трехцилиндровая паровая турбина К-300-240-3 (Паровые турбины сверхкритических параметров ЛМЗ/ В.И. Волчков и др. М.: Энергоатомиздат, 1991 г., стр. 10-13) сверхкритических параметров (р0=23,5 МПа, t0=540°С), которая состоит из корпуса, включающего три цилиндра: цилиндр высокого давления (ЦВД), цилиндр среднего давления (ЦСД), цилиндр низкого давления (ЦНД), и ротора. В свою очередь, ротор состоит из валопровода, жестко соединенного между собой муфтами трех роторов: ротора ЦВД, ЦСД и ЦНД, на каждом из которых установлены соответственно по 12, 12 и 15 дисков рабочих решеток с венцами лопаток активного действия. Сопловые решетки у всех ступеней образованы дозвуковыми конфузорными соплами, установленными в диафрагмах, неподвижно закрепленных в корпусах цилиндров. Ротор турбины, вращающийся с оборотами 3000 об/мин, уложен в корпусе турбины на пяти опорных подшипниках скольжения, один из которых, установленный между ЦВД и ЦНД, - комбинированный опорно-упорный. В турбине используются концевые и диафрагменные уплотнения лабиринтового типа с отсосом пара из концевых камер уплотнений в охладители.Known multi-stage three-cylinder steam turbine K-300-240-3 (Steam turbines of supercritical parameters LMZ / V.I. Volchkov et al. M: Energoatomizdat, 1991, p. 10-13) supercritical parameters (p 0 = 23, 5 MPa, t 0 = 540 ° C), which consists of a body comprising three cylinders: a high pressure cylinder (CVP), a medium pressure cylinder (TsSD), a low pressure cylinder (TsND), and a rotor. In turn, the rotor consists of a shaft line rigidly connected to each other by the couplings of three rotors: the rotor of the CVP, TsSD and TsND, each of which has 12, 12 and 15 disks of working gratings with crowns of active blades respectively. Nozzle grids at all stages are formed by subsonic confuser nozzles installed in diaphragms fixedly mounted in the cylinder bodies. The turbine rotor, rotating at 3,000 rpm, is stacked in the turbine housing with five pillow block bearings, one of which, installed between the HPC and the low pressure cylinder, is a combined thrust bearing. The turbine uses end and diaphragm seals of the labyrinth type with a suction of steam from the end chambers of the seals into coolers.

По совокупности признаков известная турбина является наиболее близкой к заявляемой и поэтому принята за прототип.In terms of features, the known turbine is the closest to the claimed one and is therefore taken as a prototype.

Недостатками многоступенчатой трехцилиндровой паровой турбины, являются:The disadvantages of a multi-stage three-cylinder steam turbine are:

- сложность конструкции, большие габариты и масса турбины, обусловленные применением в сопловом аппарате дозвуковых конфузорных сопел, имеющих ограничение по выходной скорости, не превышающей скорости звука, и как следствие ограничение по перерабатываемому теплоперепаду, что потребовало для переработки большого теплоперепада, характерного для сверхкритических параметров пара, применения большого количества активных ступеней.- the complexity of the design, the large dimensions and mass of the turbine, due to the use of subsonic confuser nozzles in the nozzle apparatus, which have a limitation in output speed not exceeding the speed of sound, and as a result, a limitation in the processed heat drop, which required for processing a large heat drop characteristic of supercritical steam parameters , the use of a large number of active steps.

Задачей изобретения является создание для мобильных (передвижных) энергетических установок малогабаритной активной паровой турбины, имеющейпростую конструкциюи малую массуи способную работать на парогазовой смеси сверхкритических параметров, полученную в результате переработки бытовых отходов.The objective of the invention is the creation for mobile (mobile) power plants of a small-sized active steam turbine having a simple structure and small mass capable of operating on a gas-vapor mixture of supercritical parameters obtained as a result of the processing of household waste.

Технический результат состоит в упрощении конструкции и уменьшении габаритов и массы турбины, достигнутый в результате переработки высокого теплоперепада, характерного для сверхкритических параметров парогазовой смеси, в ограниченном (минимальном) количестве активных ступеней турбины.The technical result consists in simplifying the design and reducing the dimensions and mass of the turbine, achieved as a result of processing the high heat loss characteristic of supercritical parameters of the gas-vapor mixture in a limited (minimum) number of active stages of the turbine.

Технический результат изобретения достигается с помощью активной паровой турбины сверхкритических параметров, включающей корпус, крышки корпуса со втулками, имеющими концевые лабиринтные уплотнения; ротор, установленный в радиальный и сдвоенный радиально-упорный подшипник, и состоящий из вала, на котором закреплены рабочие колеса первой, второй и третей ступеней; сопловой аппарат первой ступени, образованный из равномерно расположенных по окружности сопел на передней крышке корпуса; закрепленные в корпусе неподвижные диафрагмы второй и третьей ступеней с кольцевыми проточками промежуточного лабиринтного уплотнения на внутреннем диаметре, а внешние диаметры представляют собой венцы, состоящие из сопел, образующие совместно с распорными втулками сопловые аппараты второй и третьей ступени, трубную разводку и паровыпускной отвод, при этом сопла, имеющиеся в сопловых аппаратах первой, второй и третей ступеней турбины представляют собой сопла Лаваля, равномерно расположенные по окружностям напротив лопаток активных рабочих решеток. Сопла Лаваля, вмонтированные в переднюю крышку турбины и равномерно расположенные по окружности напротив лопаток активной рабочей решетки первой ступени, состоят из двух частей, в основной из которых изготовлен канал профиля сопла Лаваля, а вспомогательная часть представляет собой плоскую крышку, которая при сборке с первой образует недостающую сторону канала сопла.The technical result of the invention is achieved using an active supercritical steam turbine, including a housing, housing covers with bushings having end labyrinth seals; a rotor installed in a radial and double angular contact bearings, and consisting of a shaft on which the impellers of the first, second and third stages are fixed; a nozzle device of the first stage formed from uniformly spaced nozzles on the front cover of the housing; fixed in the case fixed diaphragms of the second and third stages with annular grooves of the intermediate labyrinth seal on the inner diameter, and the outer diameters are crowns consisting of nozzles, forming nozzle apparatuses of the second and third stage, together with spacer sleeves, pipe wiring and steam outlet, while the nozzles available in the nozzle apparatuses of the first, second and third stages of the turbine are Laval nozzles uniformly located in circles opposite the active blades Static preparation lattices. Laval nozzles mounted in the front cover of the turbine and evenly spaced around the circumference opposite the blades of the active working grid of the first stage, consist of two parts, the main of which is the profile channel of the Laval nozzle, and the auxiliary part is a flat cover, which, when assembled with the first, forms the missing side of the nozzle channel.

На фиг. 1 представлен продольный разрез активной паровой турбины сверхкритических параметров; вид А - турбины со стороны входа парогазовой смеси в турбину и разрез Б-Б - место установки сопла Лаваля в переднюю крышку турбины.In FIG. 1 is a longitudinal section through an active steam turbine of supercritical parameters; view A - turbines from the side of the gas-vapor mixture entrance into the turbine and section B-B - the installation location of the Laval nozzle in the front cover of the turbine.

На фиг. 2 представлена диафрагма второй ступени турбины и вид А - вырез из диафрагмы профиля сопла Лаваля.In FIG. 2 shows the diaphragm of the second stage of the turbine and view A is a cutout from the diaphragm of the profile of the Laval nozzle.

На фиг. 3 представлено сопло Лаваля, состоящее из двух частей.In FIG. 3 shows a Laval nozzle consisting of two parts.

На фиг. 4 представлена основная часть сопла.In FIG. 4 shows the main part of the nozzle.

На фиг. 5 представлена вспомогательная часть сопла.In FIG. 5 shows the auxiliary part of the nozzle.

На фиг. 6 представлена фотография экспериментального образца турбины в составе стендовой установки, изготовленная по чертежам, приведенным на фиг. 1-5.In FIG. 6 is a photograph of an experimental turbine model as part of a bench installation made according to the drawings shown in FIG. 1-5.

Активная паровая турбина сверхкритических параметров состоит из двух основных частей: из корпуса 1 с передней крышкой 2 и задней крышкой 3, к которым прикреплены соответственно втулки 4 и 5 с концевыми лабиринтными уплотнениями на внутренних диаметрах, и из ротора (на фиг. не обозначен), содержащего вал 6, на котором посредством шпонок 7 закреплены рабочее колесо первой ступени 8, рабочее колесо второй ступени 9 и рабочее колесо третей ступени 10, по периметру которых изготовлены лопатки, образующие активные рабочие решетки первой, второй и третьей ступени паровой турбины (на фиг. не обозначено). Рабочее колесо первой ступени 8, рабочее колесо второй ступени 9 и рабочее колесо третей ступени 10 на валу 6 в осевом направлении фиксируются распорными втулками 11 и 12 и закреплены стопорным кольцом 13.The supercritical active steam turbine consists of two main parts: from the housing 1 with the front cover 2 and the back cover 3, to which the bushings 4 and 5 with end labyrinth seals on the inner diameters are attached, and from the rotor (not indicated in Fig.), comprising a shaft 6, on which the impeller of the first stage 8, the impeller of the second stage 9 and the impeller of the third stage 10 are fixed by means of dowels 7, along the perimeter of which blades are made that form the active working gratings of the first, second and third s steam turbine stage (Fig. not indicated). The impeller of the first stage 8, the impeller of the second stage 9 and the impeller of the third stage 10 on the shaft 6 in the axial direction are fixed by spacer sleeves 11 and 12 and secured by a locking ring 13.

В передней крышке 2 напротив лопаток активной рабочей решетки (на фиг. не обозначено) рабочего колеса первой ступени 8 вмонтированы равномерно расположенные по окружности сопла Лаваля (на фиг. не обозначено), образующие сопловый аппарат первой ступени турбины (на фиг. не обозначено). Каждое из этих сопел Лаваля собрано из двух частей: основной 14 и вспомогательной 15 (фиг. 1, разрез Б-Б и фиг. 3). В основной части 14 (фиг. 4) изготовлен канал сопла, соответствующий профилю сопла Лаваля, а вспомогательная часть 15 (фиг. 5) представляет собой плоскую крышку, которая при сборке с основной образует недостающую сторону канала.In the front cover 2 opposite the blades of the active working grid (not shown in Fig.), The impeller of the first stage 8 is mounted evenly spaced around the circumference of the Laval nozzle (not shown in Fig.), Forming a nozzle apparatus of the first turbine stage (not indicated in Fig.). Each of these Laval nozzles is assembled from two parts: the main 14 and the auxiliary 15 (Fig. 1, section BB and Fig. 3). In the main part 14 (Fig. 4), a nozzle channel is made corresponding to the profile of the Laval nozzle, and the auxiliary part 15 (Fig. 5) is a flat cover, which, when assembled with the main one, forms the missing side of the channel.

Для подвода парогазовой смеси к соплам первой ступени турбины с наружной стороны передней крышки 2 прикреплена посредством шпилек трубная разводка 16 (см. фиг. 1, вид А), а на задней крышке 3 размещен паровыпускной отвод 17. Совокупность расположенного по окружности ряда каналов, образованных вмонтированными в переднюю крышку 2 турбины соплами Лаваля, и следующего за ними вращающего ряда каналов, образованных активной рабочей решеткой рабочего колеса первой ступени 8, образуют первую активную ступень турбины.To supply the vapor-gas mixture to the nozzles of the first stage of the turbine, a pipe wiring 16 is attached via studs (see Fig. 1, view A), and a steam outlet 17 is located on the back cover 3. The set of circumferential row of channels formed mounted in the front cover 2 of the turbine Laval nozzles, and the subsequent rotating row of channels formed by the active working grid of the impeller of the first stage 8, form the first active stage of the turbine.

Перед рабочим колесом второй ступени 9 и рабочим колесом третей ступени 10 установлены неподвижная диафрагма второй ступени 18 и неподвижная диафрагма третей ступени 19, закрепленные в корпусе 1 между передней крышкой 2 и задней крышкой 3 распорными втулками 20, 21 и 22. На периферии неподвижной диафрагмы второй ступени 18 и неподвижной диафрагмы третей ступени 19 равномерно по окружности напротив активных рабочих решеток второй и третьей ступени изготовлены профили сопла Лаваля, образующие совместно с распорными втулками 20 и 21 сопловые аппараты второй и третьей ступени.In front of the impeller of the second stage 9 and the impeller of the third stage 10, a fixed diaphragm of the second stage 18 and a fixed diaphragm of the third stage 19 are mounted in the housing 1 between the front cover 2 and the rear cover 3 by spacers 20, 21 and 22. On the periphery of the fixed diaphragm of the second of stage 18 and the stationary diaphragm of the third stage 19 uniformly around the circumference opposite the active working gratings of the second and third stage, Laval nozzle profiles are made, which together with the spacer sleeves 20 and 21 nozzle devices second and third steps.

Неподвижная диафрагма второй ступени 18 (фиг. 2) состоит из диска, закрепленного в корпусе, на внутреннем диаметре которого имеются кольцевые проточки промежуточного лабиринтного уплотнения, а один из внешних диаметров представляет собой венец, состоящий из сверхзвуковых сопел Лаваля, профиль и размеры которых унифицированы на всех рабочих ступенях турбины. Конструкция неподвижной диафрагмы третьей ступени 19 аналогична и отличается только большим количеством сопел Лаваля.The fixed diaphragm of the second stage 18 (Fig. 2) consists of a disk fixed in the housing, on the inner diameter of which there are annular grooves of the intermediate labyrinth seal, and one of the external diameters is a crown consisting of supersonic Laval nozzles, the profile and dimensions of which are unified by all working steps of the turbine. The design of the fixed diaphragm of the third stage 19 is similar and differs only in a large number of Laval nozzles.

Совокупность ряда расположенных в неподвижной диафрагме второй ступени 18 и неподвижной диафрагме третей ступени 19 по окружности каналов, образованных соплами Лаваля, и следующих за ними вращающего ряда каналов, образованных активными рабочими решетками, расположенных в рабочем колесе второй ступени 9 и в рабочем колесе третей ступени 10, образуют соответственно вторую и третью активныеступени турбины.The set of rows located in the stationary diaphragm of the second stage 18 and the stationary diaphragm of the third stage 19 around the circumference of the channels formed by Laval nozzles, and the subsequent rotating row of channels formed by active working gratings located in the impeller of the second stage 9 and in the impeller of the third stage 10 form respectively the second and third active stages of the turbine.

Ротор активной паровой турбины сверхкритических параметров установлен в двух опорах, одной из которых является радиальный подшипник 23, а второй - сдвоенный радиально-упорный подшипник 24.The supercritical parameters active steam turbine rotor is installed in two bearings, one of which is a radial bearing 23, and the second is a double angular contact bearing 24.

Активная паровая турбина сверхкритических параметров через опору 25 и посредством стоек шарикоподшипниковых узлов 26 и 27 опирается на общую раму 28.The active steam turbine of supercritical parameters through the support 25 and through the racks of ball-bearing units 26 and 27 is based on a common frame 28.

Работа активной паровой турбины сверхкритических параметров осуществляется следующим образом. Парогазовая смесь со сверхкритическими параметрами через трубную разводку 16 (фиг. 1) подается в сопловой аппарат первой ступени, образованный из сопел Лаваля, каждое из которых состоит из двух частей: основной части 14 и вспомогательной части 15, встроенных в переднюю крышку 2 корпуса 1 турбины. При расширении парогазовой смеси в сопловых каналах теплоперепад парогазовой смеси преобразуется в кинетическую энергию, в результате чего за сопловым аппаратом первой ступени поток приобретает сверхзвуковую скорость. После соплового аппарата первой ступенипоток парогазовой смеси поступает на активную рабочую решетку первой ступени рабочего колеса первой ступени 8. При обтекании лопаток активной рабочей решетки первой ступени в результате поворота потока формируется окружное усилие, создающее вращательный момент, который через шпонку 7 передается на вал 6, где происходит превращение кинетической энергии потока в механическую энергию вращения ротора турбины. В процессе движения парогазовой смеси в межлопаточных каналах активной рабочей решетки первой ступени давление остается практически неизменным.The work of the active steam turbine supercritical parameters is as follows. The supercritical gas mixture through the pipe wiring 16 (Fig. 1) is supplied to the nozzle apparatus of the first stage, formed from Laval nozzles, each of which consists of two parts: the main part 14 and the auxiliary part 15, built into the front cover 2 of the turbine housing 1 . When the vapor-gas mixture expands in the nozzle channels, the heat drop of the vapor-gas mixture is converted into kinetic energy, as a result of which the flow acquires supersonic speed behind the nozzle apparatus of the first stage. After the nozzle apparatus of the first stage, the steam-gas mixture flows to the active working grate of the first stage of the impeller of the first stage 8. When flowing around the blades of the active working grating of the first stage, a circumferential force is generated as a result of the flow turning, which creates a torque, which is transmitted via shaft 7 to shaft 6, where the kinetic energy of the flow is converted into the mechanical energy of rotation of the turbine rotor. During the movement of the vapor-gas mixture in the interscapular channels of the active working grating of the first stage, the pressure remains almost unchanged.

После первой активной ступени турбины парогазовая смесь поступает в сопловой аппарат второй ступени, образованный из сопел Лаваля, имеющихся в неподвижной диафрагме второй ступени 18, и закрепленных распорной втулкой 20, где снова происходит расширение и разгон потока парогазовой смеси до сверхзвуковой скорости, в результате чего потенциальная энергия потока преобразуется в кинетическую энергию. Ускорившийся поток парогазовой смеси попадает на лопатки активной рабочей решетки второй ступени рабочего колеса второй ступени 9, где аналогично процессу, протекающему на рабочем колесе первой ступени 8, происходит превращение кинетической энергии потока в механическую, в результате чего на валу 6 ротора происходит увеличение крутящего момента на величину, эквивалентную превращенной кинетической энергии. При прохождении через межлопаточные каналы активной рабочей решетки второй ступени 9 парогазовая смесь сохраняет давление неизменным.After the first active stage of the turbine, the gas-vapor mixture enters the nozzle apparatus of the second stage, formed from Laval nozzles in the stationary diaphragm of the second stage 18, and fixed by a spacer sleeve 20, where the gas-vapor mixture again expands and accelerates to a supersonic speed, resulting in a potential the energy of the stream is converted into kinetic energy. The accelerated vapor-gas mixture flow falls onto the blades of the active working grid of the second stage of the impeller of the second stage 9, where, similar to the process occurring on the impeller of the first stage 8, the kinetic energy of the stream is converted into mechanical energy, as a result of which the torque 6 increases on the rotor shaft value equivalent to converted kinetic energy. When passing through the interscapular channels of the active working lattice of the second stage 9, the gas-vapor mixture keeps the pressure unchanged.

В сопловом аппарате третьей ступени, образованном из сопел Лаваля, имеющихся в неподвижной диафрагме третей ступени 19 и закрепленных - распорной втулкой 21, происходит окончательное расширение потока парогазовой смеси до конечного давления. При этом в результате превращения остатка теплоперепада величина скорости потока парогазовой смеси на выходе из сопел Лаваля в третий раз достигает сверхзвуковой скорости. При дальнейшем движении в межлопаточных каналах активной рабочей решетки третьей ступени рабочего колеса третей ступени 10 происходит, аналогично механизму первой активной ступени турбины и второй активной ступени турбины, преобразование кинетической энергии потока в механическую работу на лопатках активной рабочей решетки третей ступени, которая дополнительно увеличивает крутящий момент на валу 6 ротора.In the nozzle apparatus of the third stage, formed from Laval nozzles, which are located in the stationary diaphragm of the third stage 19 and are fixed by the spacer sleeve 21, the vapor-gas mixture flows finally expand to the final pressure. In this case, as a result of the conversion of the heat transfer residue, the value of the flow rate of the vapor-gas mixture at the exit from the Laval nozzles for the third time reaches supersonic speed. With further movement in the interscapular channels of the active working grid of the third stage of the impeller of the third stage 10, similar to the mechanism of the first active stage of the turbine and the second active stage of the turbine, the kinetic energy of the stream is converted into mechanical work on the blades of the active working grid of the third stage, which additionally increases the torque on the shaft 6 of the rotor.

Вал 6 ротора, установленного на радиальном подшипнике 23 и сдвоенном радиально-упорном подшипнике24, передает полученный крутящий момент электрогенератору. Распорные втулки 11 и 12 и стопорное кольцо 13 предотвращают перемещение рабочего колеса первой ступени 8, рабочего колеса второй ступени 9 и рабочего колеса третей ступени 10 по валу 6 в осевом направлении.The shaft 6 of the rotor mounted on a radial bearing 23 and a double angular contact bearing 24, transmits the resulting torque to the generator. Spacer sleeves 11 and 12 and a locking ring 13 prevent the movement of the impeller of the first stage 8, the impeller of the second stage 9 and the impeller of the third stage 10 along the shaft 6 in the axial direction.

Кольцевые проточки промежуточного лабиринтного уплотнения на внутренних диаметрах неподвижной диафрагмы второй ступени 18 и неподвижной диафрагмытретей ступени 19 предотвращают перетоки парогазовой смеси из зоны высокого давления, перед соплами Лаваля, в зону низкого давления - после сопел Лаваля. Распорные втулки 20, 21 и 22 предотвращают возможность осевого перемещения в корпусе 1 турбины неподвижной диафрагмы второй ступени 18 и неподвижной диафрагмы третей ступени 19.The annular grooves of the intermediate labyrinth seal on the inner diameters of the fixed diaphragm of the second stage 18 and the fixed diaphragm of the third stage 19 prevent overflow of the vapor-gas mixture from the high pressure zone, in front of the Laval nozzles, into the low pressure zone - after the Laval nozzles. Spacer sleeves 20, 21 and 22 prevent axial movement in the turbine housing 1 of the fixed diaphragm of the second stage 18 and the fixed diaphragm of the third stage 19.

После третьей ступени турбины парогазовая смесь выводится через паровыпускной отвод 17, прикрепленный к задней крышке 3, для технологических нужд или в систему теплоснабжения.After the third stage of the turbine, the gas-vapor mixture is discharged through the steam outlet 17, attached to the back cover 3, for technological needs or to the heat supply system.

Концевые лабиринтные уплотнения на внутренних диаметрах втулки 4 передней крышки 2 и втулки 5 задней крышки 3 предотвращают утечки парогазовой смеси из корпуса турбины через зазоры между корпусом 1 и валом 6 ротора.End labyrinth seals on the inner diameters of the sleeve 4 of the front cover 2 and the sleeve 5 of the rear cover 3 prevent leakage of the gas mixture from the turbine housing through the gaps between the housing 1 and the rotor shaft 6.

Использование в каждой ступени турбины сопел Лаваля, обеспечивающих на выходе сверхзвуковые скорости потока, дает возможность переработки на каждой ступени теплоперепада, в среднем, 340-360 кДж/кг, в сравнении с конфузорными дозвуковыми соплами, используемыми в прототипе, дающими переработку теплоперепада, в среднем 40-50 кДж/кг. В связи с этим, для переработки высокого полного теплоперепада, характерного для пара сверхкритических параметров, достаточно будет только трех активных ступеней турбины. Таким образом, достигается существенное сокращение количества ступеней турбины, и как следствие, уменьшение ее габаритов и массы.The use of Laval nozzles in each stage of the turbine, which provide supersonic flow velocities at the outlet, makes it possible to process an average of 340-360 kJ / kg of heat loss at each stage, in comparison with the confuser subsonic nozzles used in the prototype, which provide heat transfer processing, on average 40-50 kJ / kg. In this regard, for processing the high total heat loss characteristic of a pair of supercritical parameters, only three active turbine stages will be sufficient. Thus, a significant reduction in the number of stages of the turbine is achieved, and as a result, a decrease in its dimensions and mass.

За счет увеличения скорости вращения ротора турбины с 3000 об/мин у прототипа до 12000 об/мин в заявляемой турбине, позволило значительно уменьшить средние диаметры активных рабочих решеток и соответственно наружные габариты корпуса 1 турбины.By increasing the speed of rotation of the turbine rotor from 3000 rpm at the prototype to 12000 rpm in the inventive turbine, it was possible to significantly reduce the average diameters of the active working gratings and, accordingly, the outer dimensions of the turbine housing 1.

Изобретение может быть использовано в составе энергетической установки, содержащей реактор, генерирующий парогазовую смесь при переработке бытовых отходов, а также в составе ТЭЦ малой мощности в совокупности с парогенератором сверхкритических параметров.The invention can be used as part of a power plant containing a reactor generating a gas-vapor mixture in the processing of household waste, as well as in a small power plant in combination with a supercritical steam generator.

Claims (2)

1. Активная паровая турбина сверхкритических параметров, включающая корпус, крышки корпуса со втулками, имеющими концевые лабиринтные уплотнения, ротор, установленный в радиальный и сдвоенный радиально-упорный подшипник и состоящий из вала, на котором закреплены рабочие колеса первой, второй и третей ступеней, сопловой аппарат первой ступени, образованный из равномерно расположенных по окружности сопел на передней крышке корпуса, закрепленные в корпусе неподвижные диафрагмы второй и третьей ступеней с кольцевыми проточками промежуточного лабиринтного уплотнения на внутреннем диаметре, а внешние диаметры представляют собой венцы, состоящие из сопел, образующие совместно с распорными втулками сопловые аппараты второй и третьей ступени, трубную разводку и паровыпускной отвод, отличающаяся тем, что сопла, имеющиеся в сопловых аппаратах первой, второй и третей ступеней турбины, представляют собой сопла Лаваля, равномерно расположенные по окружностям напротив лопаток активных рабочих решеток.1. An active steam turbine of supercritical parameters, comprising a housing, housing covers with bushings having end labyrinth seals, a rotor mounted in a radial and double angular contact bearings and consisting of a shaft on which the impellers of the first, second and third stages are fixed, a nozzle first-stage apparatus, formed from nozzles uniformly spaced around the circumference on the front housing cover, fixed diaphragms of the second and third stages with annular grooves fixed in the housing labyrinth seal on the inner diameter, and the outer diameters are crowns, consisting of nozzles, forming, together with spacer sleeves, nozzle devices of the second and third stage, pipe wiring and a steam outlet, characterized in that the nozzles available in the nozzle devices of the first, second and the third stages of the turbine are Laval nozzles, evenly spaced around the circumferences opposite the blades of the active working gratings. 2. Активная паровая турбина сверхкритических параметров по п. 1, отличающаяся тем, что сопла Лаваля, вмонтированные в переднюю крышку турбины и равномерно расположенные по окружности напротив лопаток активной рабочей решетки первой ступени, состоят из двух частей, в основной из которых изготовлен канал профиля сопла Лаваля, а вспомогательная часть представляет собой плоскую крышку, которая при сборке с первой образует недостающую сторону канала сопла.2. The supercritical active steam turbine according to claim 1, characterized in that the Laval nozzles mounted in the front cover of the turbine and evenly spaced around the circumference opposite the blades of the active working grating of the first stage, consist of two parts, the main of which is made the nozzle profile channel Laval, and the auxiliary part is a flat cover, which, when assembled from the first, forms the missing side of the nozzle channel.
RU2017143779A 2017-12-14 2017-12-14 Active super-critical parameters steam turbine RU2676904C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143779A RU2676904C1 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Active super-critical parameters steam turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143779A RU2676904C1 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Active super-critical parameters steam turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676904C1 true RU2676904C1 (en) 2019-01-11

Family

ID=65025056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143779A RU2676904C1 (en) 2017-12-14 2017-12-14 Active super-critical parameters steam turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676904C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB777008A (en) * 1954-07-01 1957-06-12 Gen Electric Improvements in speed limiting devices for turbines
US5487643A (en) * 1994-01-18 1996-01-30 Alliedsignal Inc. Partial admission axial impulse turbine including cover for turbine wheel rotating assembly
RU2280168C1 (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method
RU2420661C1 (en) * 2009-11-11 2011-06-10 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation
RU2433280C1 (en) * 2010-02-26 2011-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Active turbine nozzle assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB777008A (en) * 1954-07-01 1957-06-12 Gen Electric Improvements in speed limiting devices for turbines
US5487643A (en) * 1994-01-18 1996-01-30 Alliedsignal Inc. Partial admission axial impulse turbine including cover for turbine wheel rotating assembly
RU2280168C1 (en) * 2004-12-29 2006-07-20 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Method of producing mechanical energy in turbine, turbine and segner's wheel for implementing the method
RU2420661C1 (en) * 2009-11-11 2011-06-10 Закрытое акционерное общество "РТИ-Системы вторичного энергопитания" Generating method of mechanical energy, and radial jet rotary engine with rotors of opposite rotation for its implementation
RU2433280C1 (en) * 2010-02-26 2011-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" Active turbine nozzle assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160047305A1 (en) Multi-stage axial compressor arrangement
US3758223A (en) Reaction rotor turbine
JP2011247257A5 (en)
US9228588B2 (en) Turbomachine component temperature control
MX2018000650A (en) Turbine exhaust chamber.
CN104481620A (en) Organic working medium radial inflow turbine power generation device
US9410430B2 (en) Turbine apparatus with counter-rotating blades
GB1010300A (en) Elastic-fluid turbines with multiple casings
GB931904A (en) Fluid flow machine
RU2676904C1 (en) Active super-critical parameters steam turbine
RU2746822C9 (en) Turbogenerator device for electrical power generation, methods of its installation and operation
US8425179B2 (en) Hesting power turbine device
EP3119991B1 (en) Centrifugal radial turbine
US10260367B2 (en) Power transmission system for turbines or compressors having counter-rotating blades
RU181361U1 (en) CENTRIFUGAL TURBINE
KR20170132973A (en) The Advanced Multistage Index hole Disk Turbine
RU2305772C2 (en) Axial-flow turbine
JP2005105855A (en) Steam turbine
RU2637280C1 (en) Shaftless straight-flow hydraulic turbine
RU2269006C1 (en) Gas-turbine power plant
JP2010275957A (en) Turbine
RU2380547C2 (en) Turbo-alternator to produce electric power
RU134239U1 (en) CENTRAL WET-WET STEAM TURBINE
JP2015048770A (en) Simple variable steam flow rate type steam turbine engine
US3895887A (en) Gas turbine for use in a closed cycle plant

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190410

Effective date: 20190410

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191215