Способ расхолаживания паровой турбины

 

СООЗ СОНЕТСНИХ нссссс ю

РЕСПУБЛИН

„,SU „1 378 (50 4 F 01 D 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н сстссснснн ссндствъствн (21) 3810094/24-06 (22) 06. 11. 84 (46) 07.03.86. Бюл. У 9 (71) Уральский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (72) В.Л. Похорилер, E.Ý. Вульфов, С.А. Требухин и H.Ф. Белоглазова (53) 621.165(088.8) (56) Патент Франции Р 2215530, кл. F 01 D 25/12, опублик. 1974.

Похорилер В.Л. Сокращение продолжительности остывания мощных паровых турбин путем продувки сжатым воздухом. - Энергохозяйство за рубежом, 1975, В 6, с. 9 12, (54)(57) СПОСОБ РАСХОЛАЖИВАНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ путем подачи в цилиндры охлаждающего воздуха от компрессора при регулировании его расхода и давления в зависимости от допустимых значений скорости остывания элементов цилиндров и относительного расширения роторов и отвода охлаждающего воздуха из цилиндров с концевыми уплотнениями, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, в цилиндр, относительное расширение ротора которого имеет положительное значение, подают воздух с расходом, соответствующим допустимому значению их скорости остывания, по достижении отрицательного значения относительного расширения ротора цилиндра уменьшают давление воздуха на входе в переднее концевое уплотнение этого цилиндра и поддерживают давление воздуха, равное атмосферному, на входе в концевое уплотнение того цилиндра, у которого разность между допустимьм и текущим отрицательными значениями относительного расширения ротора является наименьшей.

12163

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях для сокращения продолжительности остыванин паровых турбин при остановке, Целью изобретения является повышение надежности и экономичности за счет сокращения продолжительности простоя турбоагрегата в ремонте и увеличения отпуска электроэнергии. 1О

На фиг. 1 приведена принципиальная схема, реализующая предлагаемый способ на блочных турбоустановках с промежуточным перегревом пара, на фиг. 2 — то же, на турбинах без 15 промежуточного перегрева пара. (Турбоустановка (фиг. 1) содержит турбину, состоящую из цилиндра 1 высокого давления (ЦВД), цилиндра 2 среднего давления (ЦСД), цилиндра 3 низкого давления (ЦНД) и конденсатора 4. К ЦВД 1 подсоединен трубопровод 5 свежего пара, на котором установлены клапаны 6 высокого давления.

ЦВД 1 имеет концевые уплотнения 7 и 8, ЦСД 2 — концевые уплотнения

9 и 10, ЦНД 3 — концевые уплотнения 11 и 12. Между ЦВД 1 и ЦСД 2 включен промежуточный перегреватель

ЗО

13 пара, соединенный с ЦСД 2 трубопроводом 14, на котором установлены клапаны 15 среднего давления. ЦСД

2 соединен с ЦНД 3 перепускным трубопроводом 16, на котором установлен запорный орган 17. Трубопровод

5 свежего пара соединен с конденсатором 4 пускосбросным устройством (ПСБУ) 18, а трубопровод 14 соединен с конденсатором 4 сбросной линией 19 с установленным на ней клапаном 20. К конденсатору 4 линией 2il с установленной на ней задвижкой

22 и регулирующей арматурой (клапана-ми) 23 и 24 подключены эжекторы

25 и 26. К последним подключены 45 трубопроводы 27 подвода рабочего пара с клапанами (задвижками) 28 и 29 соответственно. В состав установки входит также воздушный компрессор

30, на выходе которого установлен регулирующий орган 31. Компрессор

30 соединен с ЦВД 1 трубопровоцом 32 с задвижкой 33 и с ЦСД 2 — трубопро-, водом 34 с задвижкой 35. В ЦВД 1 иа входе в переднее концевое уплот- 55 нение 7 установлен манометр 36, в ЦСД 2 на входе в переднее концевое уплотнение 9 — манометр 37, 78 2 в ЦНД 3 — манометр 38. ЦВД 1 и

ЦСД 2 снабжены датчиками 39 и 40 контроля скорости изменения темпе.ратуры металла и датчиками 41 и 42 относительного Расширения роторов

43 и 44. Конденсатор 4 соединен с атмосферой линией 45 с задвижкой 46.

Компрессор 30 (фиг. 2) подключен линией 47 с задвижкой 48 к трубопроводу 5 свежего пара.

Расхолаживание турбины (фиг. 1) производят следующим образом.

После остановки турбоустановки и закрытия клапанов 6 обеспаривают трубопровод 5 свежего пара через

ПСБУ 18 в конденсатор 4, после чего прекращают подачу пара на концевые .уплотнения 7-12 цилиндров 1-3 и

1 закрытием регулирующего клапана 23 прекращают отсос воздуха из конденсатора 3, закрывают клапан 28 и открывают задвижку 46 на линии 45.

Зжектор 26 при работе турбины останавливают. Для одновременного расхолаживания высокотемпературных цилиндров турбины ЦВД 1 и ЦСД 2 схему собирают следующим образом: закрывают запорный орган 17, клапан 20, задвижку 33, открывают клапаны 6 и 15, задвижку 35 и ПСБУ 18. Включают в работу компрессор 30 и приоткрытием регулирующего органа 31 подают воздух по линии 34 в ЦСД 2. Воздух проходит через ЦСД 2 в направлении, противоположном рабочему, и по трубопроводу 14 через открытые клапаны 15 поступает в промежуточный пароперегреватель 13, пройдя который, попадает в ЦВД 1. Из ЦВД 1 воздух сбрасывается по трубопроводу 5 через открытые клапаны б и ПСБУ 18 в конденсатор 4, откуда через линию

45 поступает в атмосферу. С началом подачи воздуха в охлаждаемые цилиндры 1 и 2 контролируют относительные Расширения ротора 43 ЦВД 1 с помощью датчика 41 и относительные расширения ротора 44 ЦСД 2 с помощью датчика 42. Скорость остывания элементов ЦВД 1 контролируют с помощью датчика 39, а скорость остывания элементов ЦСД 2 — с помощью датчика 40.

В начале процесса расхолаживания у роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 отрицательные значения относительного расширения (относительные укорочения) 1216378 отсутствуют, т.е. относительные расширения роторов 43 и 44 являются положительными. В этом случае ограничивающими (" критическими" ) факторами являются допустимые скорости остывания элементов ЦВД 1 и ЦСД 2.

Контролируя текущие значения скоростей остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 39 и 40, открытием регулирующего органа 31 постепенно увеличивают расход воздуха, подаваемого на охлаждение ЦВД 1 и ЦСД 2.

При этом скорость остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 контролируется с помощью датчиков 39 и 40. При приближении текущего значения скорости остывания любого из охлаждаемых цилиндров

1 и 2 к допустимому значению увеличение расхода воздуха прекращают.

Если скорость остывания остается ниже допустимого значения, то устанавливают максимальный расход, определяемый производительностью компрессора 30.

По мере роста расхода охлаждающего воздуха относительные расширения роторов 43 и 44, замеряемые датчиками 41 и 42, снижаются, что объясняется более быстрым остыванием ротора 43 или 44 по сравнению со статором цилиндра 1 или 2.. Ускоренному остыванию роторов 43 и 44 способствуют также особенности течения воздуха в концевых уплотнениях 7-10 цилиндров 1 и 2. Вследствие наличия при движении воздуха гидравлического сопротивления ЦВД равного ь Рцз, ЦсД 2, равного д Р,„д, промежуточного пароперегревателя 13, равного д Р„„, тракта ПСБУ 18 между ЦВД 1 и конденсатором 4, равного

Ь, внутри ЦВД 1 и ЦСД 2 устанавливается давление, превышающее атмосферное. Если пренебречь сопротивлением линии 45 и принять на рассматриваемом этапе процесса давление в конденсаторе 4, равным атмосферному Р „, то в ЦВД i перед концевыми уплотнениями 7 установится давление равное I ò Pzò„ д Р,âä а перед концевыми уплотнениями о установится давление, равное РВ Р„,„+ свр ц т цВ* ° цва

Давление воздуха в ЦСД 2 на входе в концевые уплотнения 9 и 10 равно

:оответственно pe "-Рд „bpcey d P>ed +

Таким образом, на входе в концевые уплотнения 7-10 охлаждаемых цилиндров и 2 устанавливается давление, превышающее атмосферное, и чем дальше расположены эти уплотнения

7-10 от конденсатора 4, тем выше давление воздуха. Вследствие этого часть воздуха из ЦВД 1 проходит вдоль ротора 43 через концевые уп10 лотнения 7 и 8. Аналогичные, явления происходят в ЦСД 2, где часть воздуха из последнего проходит вдоль ротора 44 через концевые уплотнения

9 и 10. Расход воздуха, проходящего

1s:âäîëü ротора 43 через концевое уплотнение 7 ЦВД 1, определяется разностью давления на входе в это уплотнение 7 и атмосферным давлением

Атм 7 7 Атм

20 ™Аналогично этому расход воздуха, проходящего через уплотнение 8 и охлаждающего ротор 43 в зоне уплотнения 8, определяется разностью давлений дР -Р - Р д Соответствующие расходы воздуха через концевые уплотнения 9 и 10

ЦСД 2 пропорциональны d Р = Р - P„,„ ,d Р« = p« p,„, Перепады давлений

d р7 d РВ» д P, ° d Р10 ЗаВИСЯТ От

30 перепадов давления д Р, в,дР

4 P>,, а последние определяются расходом воздуха, проходящего через охлаждаемые цилиндры 1 и 2: чем выше расход охлаждающего воздуха, проходящего через цилиндры 1 или 2, тем большая доля этого воздуха проходит через концевые уплотнения 7-10.

Воздух, проходящий через концевые уплотнения 7 и 8 или 9 и 10, охлажда40 ет только ротор 43 или 44, практически не изменяя тепловое состояние корпуса ЦВД 1 или ЦСД 2. Наличие потоков воздуха через уплотнения

7-10 способствует более быстрому

4 росту отрицательного значения относительного расширения роторов 43 и 44. Чем больше расход воздуха через уплотнения 7-10, тем быстрее растет относительное укорочение

50 роторов 43 и 44. Расход воздуха через передние уплотнения 7 и 9 в большей степени влияет на относительное укорочение роторов 43 и 44, чем такой же расход через задние уплот55 нения 8 и 10, так как роторы 43 и 44 в зоне передних уплотнений

7 и 9 имеют более высокую температуру, чем в зоне задних уплотнений

1216378

8 и 10, вследствие чего отвод тепла от более нагретого участка роторов

43 и 44 больше.

Для уменьшения темпа роста отно" сительного укорочения роторов 43 и 44 и предотвращения появления ограничений на темп расхолаживания выполняют следующие операции. Контролируя изменение относительных расширений роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 41 и 42 соответственно, определяют момент времени, когда появляется отрицательное значение относительного расширения одного из роторов 43 или 44, и включают в работу эжектор 26, после чего открывают задвижку 22, закрывают задвижку 46, одновременно приоткрывают клапан 24 на входе в эжектор 26. Одновременно контролируют давление в ЦВД 1 с помощью манометра 36 и давление в ЦСД 2 с помощью манометра 37.

Регулированием открытия клапана 24 или 29, т.е. изменением режима работы эжектора 26, меняют давление в конденсаторе 4, не меняя расход воздуха, подаваемого от компрессора 30. По мере снижения давления

Р снижается давление в охлаждаемыхцилиндрах 1 и 2. Давления на входе в концевые уплотнения 7-10, равные

РтРк+ь Рею, På= P„+ t ñü к цьА, Р = к+

I тоже изменяются по мере изменения давления Р, вследствие чего меняются расходы воздуха через концевые уплотнения 7-10 цилиндров 1 и 2.

Контролируя давление Р и на входе в передние концевые уплот— нения 7 и 9 соответственно, снижают давление Р„ изменением режима работы эжектора 26 до тех пор, пока давление на входе в передние уплотнения 7 и 9 того из цилиндров 1 и 2, у которого появилось отрицательное значение относительного расширения ротора 43 или 44, не станет равным атмосферному с точностью, определяемой точностью измерения и регулирования давления охлаждающего воздуха в ЦВД 1 и ЦСД 2. При этом перепад давления между входом в переднее уплотнение 7 и атмосферой станет близким к нулю, расход воздуха через переднее уплотнение 7 станет

4б

45 минимальным, что резко снизит интенсивность охлаждения ротора 43 в зоне ,уплотнения 7 и уменьшит скорость роста величины относительного укорочения данного цилиндра 1 при том же расходе воздуха.

Поддерживая установившийся режим расхолаживания, с помощью датчиков

41 и 42 контролируют изменение относительного укорочения роторов

43 и 44, оценивая разность текущих и предельно допустимых их значений.

Если в процессе расхолаживания относительное укорочение, например, ротора 43 ЦВД 1 приблизится к предельному значению в большей мере, чем у ЦСД 2, по которому ведется процесс, производят смену точек, давление в которых поддерживают равным атмосферному. Так, у турбин большой мощности определяющим в процессе расхолаживания является обычно

ЦВД 1 и относительное расширение ротора 43 этого цилиндра 1 обычно быстрее приближается к предельно допустимому значению. В этом случае режим работы эжектора 26 регулируют клапанами 24 и 29 таким образом, чтобы поддерживать давление, равное атмосферному на входе в переднее концевое уплотнение 7 ЦВД 1. В этом случае полностью исключаются протечки воздуха вдоль ротора 43 ЦВД 1 в зоне 7 уплотнения и сводятся к минимуму протечки воздуха вдоль ротора

43 в зоне уплотнения 8. В процессе расхолаживания изменение величины относительного укорочения ротора 44

ЦСД 2 может привести к тому, что разность между ее текущим н предельно допустимым значениям станет меньше, чем соответствующая разность для ротора 43 ЦВД 1. В этом случае изменением степени открытия клапана

24 или 29 начинают поддерживать атмосферное давление на входе в переднее концевое уплотнение 9

ЦСД 2

При расхолаживании турбины (фиг. 1) может быть организовано автономное расхолаживание одного иэ высокотемпературных цилиндров 1 или 2. При расхолаживанни только ЦВД 1 воздух от компрессора 30 подается по трубопроводу 32 (задвижка 33 открыта, задвижка 35 закрыта) в ЦВД 1 и сбрасывается в конденсатор 4 по труболро1216378 воду 5 через открытые клапаны 6 и ПСБУ 18, клапаны 15 при этом закрыты. В этом случае степень открытия клапанов 24 и 29 регулируют таким образом, чтобы поддерживать атмосферное давление на входе в переднее уплотнение 7, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД 1 от компрессора 30, регулируют в зависимости от изменения относительного упрочнения ротора 43 ЦВД 1 или от скорости остывания этого цилиндра 1.

При автономном расхолаживании

ЦСД 2 от компрессора 30 по линии

34 подается в ЦСД 2 и сбрасывается в конденсатор 4 по линии 19 через ,открытые клапаны 15 и 20, задвижка

33 при этом закрыта. В этом случае воздействием на эжектор 26 поддерживают давление, равное атмосферному, на входе в уплотнение 9 ЦСД 2, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД 2 от компрессора 30, регулируют в зависимости от изменения относительного укорочения ротора 44

ЦСД 2 или скорости остывания его элементов.

При расхолаживании турбины (фиг. 2) возможен только один вариант подачи и движения воздуха через проточную часть: от компрессора 30 по линии 47 (задвижка 48 открыта), через трубопровод 5, открытые клапаны 6, ЦВД 1, трубопровод 14, ЦСД 2, трубопровод 16 (запорный орган 17 открыт), ЦНД 3, конденсатор 4. При закрытой задвижке 46 воздух отсасывается эжектором

26. В турбоустановках такого типа процесс расхолаживания определяется только изменением теплового состояния ЦВД 1. Поэтому при расхолаживании степень открытия клапана 24

10 (или клапана 29) изменяют таким образом, чтобы поддержать давление, равное атмосферному, на входе в переднее уплотнение 7 ЦВД 1; расход воздуха, подаваемого от компрессора

15 30 в ЦВД 1, регулируют в зависимости от изменения относительного укорочения ротора 43 ЦВД 1 или скорости остывания его элементов.

Во всех случаях поддержание

20 давления воздуха, близкого к атмосферному, на входе в одно из концевых уплотнений 7-10, например переднее концевое уплотнение 7 или 9 одного из цилиндров 1 или 2, предо25 твращает ускоренное остывание роторов 43 или 44 и быстрый рост их относительного укорочения. В результате появляется возможность ускорить процесс расхолаживания

ЗО цилиндра 1 или 2 за счет подачи увеличенного расхода воздуха от компрессора 30, при одном и том же значении относительного укорочения ротора 43 или 44, определяюще35 го допустимый темп охлаждения 1 урбины.

1216378

1216378

lHHHHH Заказ 975/38 Тираж 501 Подаасиое

Филиаа HBG "Пвтевт", ю . Узторад, уиеПроектыам,4