WO2019117752A1 - Направляющая лопатка влажнопаровой турбины - Google Patents

Направляющая лопатка влажнопаровой турбины Download PDF

Info

Publication number
WO2019117752A1
WO2019117752A1 PCT/RU2018/000770 RU2018000770W WO2019117752A1 WO 2019117752 A1 WO2019117752 A1 WO 2019117752A1 RU 2018000770 W RU2018000770 W RU 2018000770W WO 2019117752 A1 WO2019117752 A1 WO 2019117752A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
profile
piece body
blade
steam
internal cavity
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000770
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Алексеевич ИВАНОВ
Константин Михайлович УСАЧЕВ
Светлана Борисовна АНАНЬИНА
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Пао "Силовые Машины")
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 Публичное Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Пао "Силовые Машины") filed Critical Публичное Акционерное Общество "Силовые Машины-Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Пао "Силовые Машины")
Publication of WO2019117752A1 publication Critical patent/WO2019117752A1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles

Definitions

  • the blade rotor of a wet-turbulent turbine The blade rotor of a wet-turbulent turbine.
  • the proposed solution relates to the field of power engineering, in particular steam turbine, and can be used in the design of the guide vanes of the last stages of wet steam turbines
  • the solution of this technical problem is the development of designs of guide blades 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 moisture film from the profile surfaces of the guide vanes, heating the guide vanes with hot steam, which is passed through their internal cavities, blowing superheated steam into the flow part through the guide vanes.
  • the organization of internal cavities in the guide vanes, open in whole or in part is necessary.
  • the requirements for ensuring durability and reliability of both guide vanes and guide vanes, for which guide vanes are the main strength elements must be met.
  • the presence of internal cavities in the guide vanes also helps to reduce their mass, which reduces the consumption of materials and improves the manufacturability of the design of the blades, which is especially important for low pressure stages of large sizes.
  • the invention is known “A spatula of a nozzle array of a wet-steam turbine” (patent RFNd2392451, MP ⁇ F01 D 25/32, publ. 06/20/2010).
  • the blade contains a feather (solid body) with the 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 an outlet (through) slot of the injected steam channel (internal cavity from the output edge side) from the side of the output edge of the pen.
  • the cover plate is welded to the feather from the entrance edge.
  • the outlet slot of the channel is located relative to the exit edge of the pen at a distance of 0, 1 - 0.4 times the distance between its entrance and exit edges.
  • the width of the slit is 0, 8-1, 0 mm, the size of the width of the slot is fixed by spacers washers.
  • the film moisture, passing over the outlet slit, is sprayed by a jet of injected steam and, moving further along the concave surface of the profile, evaporates due to the heat supplied by the blown vapor.
  • the spacer washers are in the flow of the steam injected, which creates the danger of their separation from the guide vanes with subsequent ingress into the flow part and leads to a decrease in reliability and manufacturability of the design.
  • the guide vane includes a one-piece body with inlet and outlet edges, a concave and convex surface, forming the profile of the blade.
  • the blade has a through internal cavity on the side of the input edge and an internal cavity on the side of the output edge.
  • the internal cavity on the side of the exit edge is open from the root and peripheral ends of the scapula.
  • the internal cavities are hermetically separated from each other by a radial edge, made at the same time as one-piece body.
  • Each of the internal cavities is connected by at least one through-slit with interscapular channels. Through gaps are made along the entire height of the blade profile.
  • the guide vane is made by precision casting.
  • a disadvantage of the known solution is the implementation of through cracks along the entire height of the blade profile. This leads to unjustified loss of efficient steam leaking together with the exhaust moisture through the through slots in the root and middle zones of the blade profile, where the moisture content in the working flow and on the surfaces of the blade profiles is minimal, which reduces the efficiency of moisture removal.
  • the technical result increases in the efficiency of moisture removal from the surfaces of the guide vanes and in the interscapular channels, which increases the overall efficiency of the steam turbine and reduces the risk of erosion wear of the turbine elements, as well as in reducing material intensity, increasing vibration reliability and improvement of manufacturability of guide vanes.
  • the guide vane contains a whole body with inlet and outlet edges, concave and convex surfaces that form the profile of the blade.
  • the blade has a through internal cavity on the side of the input edge and an internal cavity on the side of the output edge.
  • the internal cavities are hermetically separated from each other by a radial rib, which is made integral with the one-piece body.
  • Each of the internal cavities is connected by at least one through-slit with interscapular channels.
  • the through internal cavity is formed by a recess in the one-piece body and a concave wall forming one part of the concave surface.
  • the internal cavity is made in the peripheral zone of the blade and is formed by a recess in the target body, a covering element forming another part of the concave surface, a radial edge having a height equal to 0.15-0.25 height of the profile, and connected to it by a horizontal edge, made integral with one-piece body and having a length equal to 0.2-0, 4 chords of the blade.
  • a through slot at 0, 35–0.45 profile height and at an angle of 0–5 ° to the normal to the profile is made.
  • a through slit is made in the covering element at an angle of 25-35 ° to the tangent to the profile.
  • the implementation of the internal cavity bounded by the dimensions of the radial rib with a height of 0, 1 5-0,25 height of the blade profile, and a horizontal edge with a length of 0.2-0, 4 chords of the blade profile allows the use of heating steam through the operating modes the gap in the covering element into the internal cavity and further into the interscapular channels for the purpose of efficient crushing and evaporation of erosion-hazardous moisture, concentrating mainly on the surfaces of the peripheral zones of the profiles of the guide vanes and in the peripheral zones between opatochnyh channels and helps to prevent re-forming the film slit for separating moisture with a minimum flow rate of the injected steam.
  • this internal cavity can be used to install damping elements in order to increase the vibration reliability of the guide blade.
  • the presence of a horizontal rib, limiting the internal cavity from the through internal cavity, makes it possible to avoid excessive loss of heat of the injected heating steam and to limit its necessary flow rate, and, thereby, to increase the efficiency of moisture removal.
  • the radial and horizontal ribs provide a tightening that improves the manufacturability of the structure, and an increased vibration reliability of the guide blade in its peripheral zone.
  • Running through the slit at 0, 35-0,45 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, concentrating mainly on the surfaces of the peripheral zones of the profiles of the guide vanes and in the peripheral zones of the inter-blade channels , and reduce the loss of working steam leaking together with the exhaust moisture.
  • Running through the slot in the covering element at an angle of 25-35 ° to the tangent to the profile is optimal in this 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 channels without contact with the shoulder blades. If the through slot in the covering element is made at an angle of less than 25 °, then the effect of crushing and evaporation of trickling moisture will be insufficient. If the through-slit is made at an angle greater than 35 °, then the steam loss associated with the injection will be too large, and, consequently, the efficiency of moisture removal will be reduced.
  • the inventive design of the guide blade provides for various options for manufacturing technology, for example, casting, stamping, forging, etc., which improves manufacturability.
  • a layer of insulating material is applied on the inner surface of the inner cavity. Applying a layer of insulating material reduces heat loss of heating steam due to heat exchange with the guide blade, which allows you to maintain a sufficiently high temperature of the heating steam in injection locations and, accordingly, increase the efficiency of crushing and evaporation of moisture.
  • the proposed design of the guide blades of a wet steam turbine in the above set of essential features reduces the consumption of materials and improves the manufacturability and reliability of the design of the guide vanes, ensures the removal of moisture from the profile surfaces of the guide vanes, reduces the size of moisture droplets passing through the inter-blade channels and accordingly decreases the losses caused by the expenditure of energy of the steam flow to disperse the drops of moisture reduce the profile losses.
  • the efficiency of moisture removal is increased and, in general, the efficiency of the turbine is increased.
  • Removing moisture from the profile surfaces of the guide vanes leads to a decrease humidity of steam in front of working blades and, which in turn, together with a decrease in the size of droplets of moisture, reduces the risk of increased steam and steam erosion of turbine elements.
  • Fig. 1 shows the guide steam turbine blade, the main view; in fig. 2 shows the section A-A in the horizontal plane at the location of the through internal cavity and the internal cavity; bb section in horizontal plane at the location of the through internal cavity; BB section in the horizontal plane at the location of the horizontal rib; section GG in the radial plane at the location of the horizontal edge; in fig.
  • Figure 3 shows the complete set of guide vanes in the assembly and the section A-D of guide vanes along the interscapular canals.
  • the presented graphic materials contain an example of a specific implementation of a guide blade of a wet steam turbine.
  • the guide blade of a steam turbine contains a one-piece body 1 with an input edge 2 and an output edge 3, a concave surface 4, and a convex surface 5 forming the profile of the blade.
  • the blade has a through internal cavity b on the side of the input edge 2 and an internal cavity 7 on the side of the output edge 3.
  • the through internal cavity b is formed by a recess 8 in the one-piece body 1 and a concave wall 9 forming a part of one concave surface 4.
  • the through internal cavity 6 occupies the main internal space of the scapula and is open from the root end 10 and the peripheral end 1 1.
  • the inner cavity 7 is made in the peripheral zone of the blade and is formed by a recess 12 in the one-piece body 1, a covering sheet 13 forming the other part of the concave surface 4, the radial edge 14 and the horizontal edge 1 connected to it 5.
  • a layer of insulating material for example, zirconium nitride, is deposited on the inner surface of the inner cavity 7.
  • the concave wall 9 and the covering l ist 1 3 rigidly connected with one-piece body 1, for example, by welding.
  • the radial rib 14 and the horizontal rib 15 are made integral with the one-piece body 1 and hermetically separate the through internal cavity 6 and the internal cavity 7 from each other.
  • through slots 16 are made, connecting the through internal cavity 6 with the interscapular channel 17.
  • the number of through slots 16 and their mutual arrangement is determined from the strength conditions of the blade.
  • through slot 19 connecting the internal cavity 7 with the interscapular channel 17.
  • the number of through slots 1 9 and their mutual arrangement is determined from the strength conditions of the blade.
  • the working flow of wet steam passes interscapular channels 17 and washes the profiles of the guide vanes.
  • the moisture which forms the film structure is deposited.
  • film moisture is removed from the profiled surfaces 4 and 5 of the guide vanes through the through slots 16, followed by removal through the through internal cavities 6 and the root 1 0 and the peripheral 1 1 ends.
  • the overheated steam is blown through the internal cavities 7 and through gaps 19.
  • Injected steam destroys moisture films, partially evaporates both droplets formed as a result of crushing films and droplets passing through interscapular channels 17 without contact with surfaces 4 and 5 of blades, blows off the binary boundary layer, partially or fully suppresses secondary flows near peripheral ends 1 one .
  • the blown steam performs useful work.
  • cooling steam is blown through the internal cavities 7 and through slots 19 to prevent thermal deformations of various elements.
  • the cooling steam crushes the film moisture remaining on the profiled surfaces 4 and 5 of the guide vanes, which prevents the washing out of the turbine elements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Направляющая лопатка влажнопаровой турбины содержит цельный корпус. В лопатке выполнены внутренние полости. Сквозная внутренняя полость со стороны входной кромки образована выемкой в цельном корпусе и вогнутой стенкой, образующей одну часть вогнутой поверхности. Внутренняя полость со стороны выходной кромки в периферийной зоне лопатки 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, имеющим длину, равную 0,2-0, 4 хорды лопатки. Ребра выполнены заодно с цельным корпусом и герметично разделяют полости. Сквозная внутренняя полость соединена с межлопаточным каналом сквозной щелью, выполненной в периферийной зоне вогнутой стенки на 0,35-0,45 высоты профиля и под углом 0- 5° к нормали к профилю. Внутренняя полость соединена с межлопаточным каналом сквозной щелью, выполненной в покрывающем элементе под углом 25-35° к касательной к профилю. Повышает эффективность влагоудаления, КПД влажнопаровой турбины, снижается материалоемкость, повышается вибрационная надежность и улучшается технологичность.

Description

Нап равля ющая лопатка влажнопа ровой турби н ы .
Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения , в частности паротурбостроения , и может быть использовано при проектировании направляющих лопаток последних ступеней влажнопаровых турбин
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 нескол ьких 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 соударения м капель с рабочими лопатками , вызывающим их эрозионный износ. Эрозионный износ снижает надежность рабочих лопаток. Кроме того, крупн ые капли могут размывать ответствен ные элементы статора (например, уплотнения), что приводит не только к снижению экономичности , но и к снижению надежности проточной части в целом .
Решением данной технической проблемы я вляется разработка конструкций направляющих лопаток последних ступеней с обеспечением эвакуации или разрушения эрозионно- опасной влаги , присутствующей в рабочем потоке, главным образом, в периферий ной 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 .
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.
Известно изобретение“Лопатка сопловой решетки влажно- паровой турби ны” (патент RFNd2392451 , МП К F01 D 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) . ( Покры вающая 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 щел и составляет 0, 8-1 ,0 мм , размер ширины щели фиксируется дистанцион ирующими шайбами .
Пленочная влага, проходя над выпускной щелью, распыляется струей вдуваемого пара и , двигаясь далее по вогнутой поверхности профиля , испаряется за счет тепла, подводимого вдуваемым паром.
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 .
Также недостатками данного решения являются :
- 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;
- приварка покрывающей пластины не по всему контуру может привести к нежелательным колебаниям , приводящим к постепенным разрушениям сварных швов, что приводит к снижению надежности конструкции ;
- дистанционирующие шайбы находятся в потоке вдуваемого пара, что создает опасность их отрыва от направля ющей лопатки с последующим попаданием в проточную часть и приводит к снижению надежности и технологичности конструкции .
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решени ю по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа является изобретение по патенту US6305902 , МПК F01 D5/14, опубл . 23.10.2001 .
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 торцев лопатки . Внутренние полости герметично отделены друг от друга радиальным ребром , выполненны м 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 .
Известное техническое решение обеспечивает удаление влаги с поверхностей профилей направляющих лопаток.
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 .
Также недостатком данного решения является низкая технологичность конструкции лопаток из-за сложности выполнения внутренних полостей и затруднительности надежного контроля качества поверхностей внутренних полостей.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, закл ючается 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 турби ны , а также в снижении материалоемкости , повышении вибрационной надежности и улучшении технологичности конструкции направляющих лопаток.
Для достижен ия указанного выше технического результата предлагается направляющая лопатка влажнопаровой турбины .
Направляющая лопатка содержит цел ьный 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 .
При этом , согласно изобретению, сквозная внутренняя полость образована выемкой в цельном корпусе и вогнутой стенкой , образующей одну часть вогнутой поверхности .
Внутренняя полость выполнена в периферийной зоне лопатки и образована выемкой в цел ьном корпусе, покрывающим элементом, образующим другую часть вогнутой поверхности , радиальным ребром, имеющим высоту, равную 0, 15-0,25 высоты профиля , и соединен ным с н им горизонтальным ребром, выполненным заодно с цельным корпусом и имеющим длину, равную 0,2-0, 4 хорды лопатки . В периферийной зоне вогнутой стенки выпол нена сквозная щель на 0, 35-0,45 высоты профиля и под углом 0-5° к нормали к профилю.
В покрывающем элементе выпол нена сквозная щель под углом 25-35° к касательной к профилю.
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 .
Выполнение внутренней полости, ограниченной размерами радиального ребра высотой , равной 0, 1 5-0,25 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.
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.
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 .
Кроме разделения внутренних полостей , радиальное и горизонтальное ребра обеспечивают ужесточение, повышающее технологичность конструкции , и повышенную вибрационную надежность направляющей лопатки в ее периферийной зоне.
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 .
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 .
Проведенные авторами расчётно-экспериментальные исследования подтверждают оптимальность выбранных геометрических характеристик внутренней полости и сквозных щелей для вдува греющего пара и удаления влаги для достижения заявляемого технического результата.
Выполнение сквозной внутренней полости , занимающей основное внутреннее пространство лопатки , и внутренней полости в периферийной зоне значительно снижает материалоемкость конструкции направляющих лопаток.
Заявляемая конструкция направляющей лопатки предусматривает различные варианты технологии изготовления , например, литье, штамповка, ковка и др. , что улучшает технологичность.
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 .
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 капел ь влаги в паровом потоке, проходящим через межлопаточные каналы и соответственно умен ьшить 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 лопаткам и , что в свою очередь, в совокупности с уменьшением размеров капель влаги приводит к снижению опасности повы шенной влажнопаровой эрозии элементов турбины.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами . На фи г. 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 межлопаточн ым каналам .
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выпол нения направляющей лопатки влажнопаровой турбины .
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.
В лопатке выполнены сквозная внутрен няя полость б со стороны входной кромки 2 и внутренняя полость 7 со стороны выходной кромки 3. Сквозная внутренняя полость б 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 1 1 . 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 соеди ненным с ним горизонтальным ребром 1 5. Внутренняя полость 7 открыта только с периферийного торца 1 1 . На внутрен нюю поверхность внутренней полости 7 нанесен слой теплоизолирующего материала, например, нитрида циркония .
Вогнутая стенка 9 и покрывающий л ист 1 3 жестко соединены с цельным корпусом 1 , например, сваркой .
Радиальное ребро 14 и горизонтальное ребро 15 выполнены заодно с цельным корпусом 1 и герметично отделяют друг от друга сквозную внутрен нюю полость 6 и внутреннюю полость 7.
Радиальное ребро 14 имеет высоту hi =0, 1 5-0,25 высоты Н профиля . Горизонтальное ребро 1 5 имеет дли ну 1_=0,2-0,4 хорды b лопатки.
В периферийной зоне вогнутой стенки 9 выполнены сквозные щели 16, соединяющие сквозную внутрен нюю 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 а = 0-5° к нормали 18 к профилю.
В покрывающем листе 1 3 выполнена сквозная щель 19, соединяющая внутреннюю полость 7 с межлопаточны м каналом 17. Количество сквозных щелей 1 9 и их взаимное расположение определяется из условий прочности лопатки. Сквозная щель 19 выполнена под углом b =25-35° к касательной 20 к профилю.
Для изготовления направляющих лопаток может быть использована сталь 06Х12НЗД или ее импортные аналоги . 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 % , допол нительное снижение темпа эрозионного износа в 1 ,2-1 , 5 раза, снижен ие массы направляющих лопаток в 2-3 раза . Применение в конструкции полного объема приведенных признаков обеспечивает повышение эффективности влагоудаления с повышением коэффициента влагоудаления до 12%.
Направляющая лопатка влажнопаровой турбины работает следующим образом .
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.
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 1 0 и периферийный 1 1 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 бинарн ый погранслой , частично или полностью подавляет вторичные течения вблизи периферийных торцев 1 1 . После смешения с основным потоком пара вдуваемый пар совершает полезную работу. На малорасходных режимах через внутренние полости 7 и сквозные щели 19 вдувается охлаждающий пар для предотвращения тепловых деформаций различн ых элементов. При этом охлаждающий пар дробит пленочную влагу, оставшуюся на профильных поверхностях 4 и 5 направляющих лопаток, что предотвращает размыв элементов турбин .
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 испарен ия 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 .

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ.
1 . Направляющая лопатка, содержащая цел ьны й корпус с входной и выходной кромками , вогнутую и выпуклую поверхности , образующие профиль лопатки, при этом в лопатке выполнены сквозная внутренняя полость со стороны входной кромки и внутренняя полость со стороны выходной кромки, причем внутренние полости герметично отделены друг от друга радиал ьным ребром , выполненным заодно с цельным корпусом, каждая из внутренних полостей соединена , по мен ьшей мере, одной сквозной щелью с межлопаточными каналами, отличающаяся тем , что сквозная внутренняя полость образована выемкой в цельном корпусе и вогнутой стенкой , образующей одну часть вогнутой поверхности ; а 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, 1 5-0,25 высоты профиля, и соединенным с ним горизонтальным ребром , выполнен ным заодно с цельным корпусом и имеющим длину, равную 0,2 - 0,4 хорды лопатки; при этом в периферийной зоне вогнутой стенки выполнена сквозная щель на 0, 35-0,45 высоты профиля и под углом 0-5° к нормали к профилю; а в покрывающем элементе выполнена сквозная щель под углом 25 - 35° к касательной к профилю.
2. Направляющая лопатка по п. 1 , отличающаяся тем, что на внутреннюю поверхность внутренней полости нанесен слой теплоизолирующего материала.
PCT/RU2018/000770 2017-12-12 2018-11-27 Направляющая лопатка влажнопаровой турбины WO2019117752A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143526A RU2666710C1 (ru) 2017-12-12 2017-12-12 Направляющая лопатка влажнопаровой турбины
RU2017143526 2017-12-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019117752A1 true WO2019117752A1 (ru) 2019-06-20

Family

ID=63580200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000770 WO2019117752A1 (ru) 2017-12-12 2018-11-27 Направляющая лопатка влажнопаровой турбины

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2666710C1 (ru)
WO (1) WO2019117752A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110318820A (zh) * 2019-06-26 2019-10-11 西安交通大学 一种汽轮机的静叶复合除湿结构
WO2024101217A1 (ja) * 2022-11-11 2024-05-16 三菱重工業株式会社 蒸気タービン用翼、蒸気タービン、及び蒸気タービン用翼の製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114462159B (zh) * 2022-01-07 2024-04-09 中国人民解放军海军工程大学 一种船用湿汽轮机多工况的叶片除湿优化设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1386719A1 (ru) * 1986-10-15 1988-04-07 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина Направл ющий аппарат осевой турбины
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 (ru) * 2016-02-24 2017-03-24 Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") Последняя ступень паровой турбины

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1386719A1 (ru) * 1986-10-15 1988-04-07 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина Направл ющий аппарат осевой турбины
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 (ru) * 2016-02-24 2017-03-24 Публичное акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ПАО "Силовые машины") Последняя ступень паровой турбины

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110318820A (zh) * 2019-06-26 2019-10-11 西安交通大学 一种汽轮机的静叶复合除湿结构
CN110318820B (zh) * 2019-06-26 2021-02-09 西安交通大学 一种汽轮机的静叶复合除湿结构
WO2024101217A1 (ja) * 2022-11-11 2024-05-16 三菱重工業株式会社 蒸気タービン用翼、蒸気タービン、及び蒸気タービン用翼の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2666710C1 (ru) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6213711B1 (en) Steam turbine and blade or vane for a steam turbine
US4775296A (en) Coolable airfoil for a rotary machine
WO2019117752A1 (ru) Направляющая лопатка влажнопаровой турбины
EP1895101B1 (en) Counter tip baffle airfoil
US6382907B1 (en) Component for a gas turbine
EP1895100B1 (en) Conformal tip baffle airfoil
CN100472033C (zh) 用于燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片
US8801377B1 (en) Turbine blade with tip cooling and sealing
US8425183B2 (en) Triforial tip cavity airfoil
RU2347913C2 (ru) Ротор паровой или газовой турбины
US7740445B1 (en) Turbine blade with near wall cooling
US9140129B2 (en) Turbomachine with axial compression or expansion
US3333817A (en) Blading structure for axial flow turbo-machines
US20090053066A1 (en) Turbine Blade Cascade End Wall
US8061989B1 (en) Turbine blade with near wall cooling
JP2007002843A (ja) ターボ機械の可動な翼のための冷却回路
EP3034818B1 (en) Steam turbine stationary blade, corresponding steam turbine and modifying method
US8961136B1 (en) Turbine airfoil with film cooling hole
WO2012052740A1 (en) Sealing device for reducing fluid leakage in turbine apparatus
KR20130063407A (ko) 스퀼러 팁이 형성된 블레이드를 구비한 터빈 임펠러
CN105134306A (zh) 一种具有阻尼孔和导流叶片的径向轮缘密封结构
US8231350B1 (en) Turbine rotor blade
US20170175557A1 (en) Gas turbine sealing
US10655471B2 (en) Turbine and gas turbine
EP3329100B1 (en) Cooling arrangements in tip shrouded turbine rotor blades

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18887546

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18887546

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1