Корпус для паровой или газовой турбины

Изобретение относится к корпусу для паровой или газовой турбины. Он состоит из одной оболочки и двух фланцев. Толщина стенок в верней, обращенной от фланцев зоне, в двух средних зонах и в двух нижних, обращенных к фланцам зонах изменяется так, что верхняя, обращенная от фланцев зона усилена по сравнению с нижней, обращенной к фланцам зоной. Толщина стенок средних зон изменяется так, что обе примыкающие к ним зоны плавно переходят в друг в друга. Нижние, обращенные к фланцам зоны являются более гибкими по сравнению с закрепленными болтами фланцами и частично усиленными средними зонами, соответственно, усиленной верхней зоной и действуют в качестве шарнира, препятствующего деформации прежде всего в радиальном направлении. За счет этого корпус во время работы турбины остается значительно более круглым. Достигаемый за счет меньшей деформации меньший радиальный зазор между корпусом и концами турбинных лопаток приводит к повышению коэффициента полезного действия во время работы турбины. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к корпусу для паровой или газовой турбины, который состоит из одной оболочки и двух фланцев.

Известны корпуса компрессоров для газовых турбин, которые состоят из оболочки и двух фланцев, как, например, в US 3746463. В этом патенте на фиг.2 представлены дополнительно к боковым фланцам другие псевдофланцы.

Эти корпуса имеют в верхней и нижней зонах оболочки псевдофланец. Однако они имеют тот недостаток, что при работе газовой турбины вследствие более высокой средней температуры в зоне псевдофланца возникают большие радиальные расширения и тем самым корпус теряет свою круглую форму. Эти деформации приводят к снижению коэффициента полезного действия, поскольку зазор между корпусом и концами турбинных лопаток увеличивается, и в этом месте могут беспрепятственно проходить пар или воздух, не отдавая энергии турбине.

Известны также корпуса для газовых турбин, которые состоят из оболочки и двух фланцев и которые в горизонтальных фланцах имеют вертикальные прорези. Как, например, это описано в статье "Single-cylinder steam trubien of medium output for power stations and industry for ratings from 25 to 125 MW" 1986 годы (Publication No. CH-T 110 452 E). На фиг.14 из этой статьи представлена турбина с вертикально проходящими прорезями в корпусе (радиально к оси ротора проходящими см. стрелку).

Однако вследствие распределения температуры в оболочке и во фланцах это приводит к тому, что оболочка за счет крепления массивных фланцев болтами подвергается сильным деформациям. Эти деформации происходят как в радиальном, так и в осевом направлении корпуса. В радиальном направлении из круглой формы оболочки получается эллипсоидная форма за счет того, что оболочка расширяется вверх и оба фланца слегка смещаются внутрь. Радиальные эффекты проявляются различно в осевом направлении вследствие различного распределения температуры внутри корпуса и приводят также к деформации. Эти деформации вследствие неизбежного увеличения радиального зазора между корпусом и концами турбинных лопаток приводят к уменьшению коэффициента полезного действия, поскольку больше пара может проходить без отдачи энергии турбине. Прорези, которые имеют разделительные фланцы, уменьшают, в частности, осевую деформацию корпуса, однако только их недостаточно для предотвращения радиальных деформаций и, тем самым, уменьшения коэффициента полезного действия.

Кроме того, известны конструкции, которые предотвращают деформацию корпуса паровой турбины с помощью усадочных колец. Такие корпуса известны, например, из статьи "Development and Introduction of a new series of modular reheat turbines" авторов Pierre Meylan und Heinrich Lageder in "Proceedings of the American Power Conference" Vol.51, 1989, стр.186ff. и на стр.188. Однако эти конструкции имеют тот недостаток, что они являются очень дорогими и требуют применения специальных монтажных приспособлений.

Задачей изобретения является создание корпуса для паровой или газовой турбины, которая сохраняет свою круглую форму при работе или же имеет относительно небольшие деформации, для уменьшения радиального зазора между корпусом и концами турбинных лопаток, а также предотвращения связанного с этим снижения коэффициента полезного действия. Кроме того, не должны применяться дорогие конструкции и монтажные приспособления.

Задача решается, согласно изобретению, тем, что оболочка имеет различную толщину стенок в верхней, обращенной от фланцев зоне, в двух средних зонах и в двух нижних, обращенных к фланцам зонах, причем толщина стенок верхней, обращенной от фланцев зоны увеличена по сравнению с толщиной стенок нижних, обращенных к фланцам нижних зон, а толщина стенок средних зон является переменной, так что верхняя, обращенная от фланцев зона, и нижние, обращенные к фланцам зоны плавно переходят друг в друга.

Преимущество данного изобретения состоит в том, что за счет изменения толщины стенок оболочки корпуса значительно уменьшается деформация в эллипсоидную форму как в радиальном направлении, так и в осевом направлении. Таким образом, корпус имеет меньший радиальный зазор между корпусом и концами турбинных лопаток и за счет этого значительно улучшенный коэффициент полезного действия по сравнению с уровнем техники. В целом за счет изобретения достигается повышение коэффициента полезного действия паровой турбины на 0,2 - 0,3%.

Целесообразным является то, что верхняя, обращенная от фланцев зона (5) расположена в угле 45° вокруг средней оси (4) корпуса (1), а средние зоны примыкают к ним с углом 15°. Предпочтительным является также то, что толщина стенок верхней, обращенной от фланцев зоны (5) в 2 раза больше толщины стенок нижней, обращенной к фланцам зоны (7).

Также целесообразным является то, что толщина стенок верхней, обращенной от фланцев зоны (5) в 1,5 раза больше толщины стенок нижней, обращенной к фланцам зоны (7).

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

На чертеже показан разрез корпуса 1 согласно варианту выполнения изобретения, который используют для паровых и газовых турбин. Весь корпус состоит из двух одинаковых половин, из которых показана только одна. Корпус 1 состоит из оболочки 2 и двух фланцев 3, которые служат для скрепления с фланцами не изображенной второй половины корпуса 1. Толщина стенок оболочки 2 изменяется в различных зонах. Верхняя, обращенная от фланцев зона 5 усилена по сравнению с нижними, обращенными к фланцам зонами 7. В показанном варианте выполнения толщина стенок верхней, обращенной от фланцев зоны 5 соответствует увеличенной в 1,5 раза толщине стенок нижних, обращенных к фланцам зон 7. Однако, степень усиления верхней зоны может быть различной и зависит от выполнения турбины и тем самым от рабочего давления и рабочей температуры. Однако было установлено, что усиление верхней, обращенной от фланцев зоны 5 не должно более чем в 2 раза превышать толщину стенок нижних, обращенных к фланцам зон 7. Верхняя, обращенная от фланцев зона 5 и нижние, обращенные к фланцам зоны 7 на каждой стороне соединяются средней зоной 6. Толщина стенок этой средней зоны 6 изменяется, так что на каждой стороне обе примыкающие зоны 5, 7 плавно переходят друг в друга. В показанном примере выполнения верхняя, обращенная от фланцев зона 5 расположена предпочтительно в угле 45° вокруг средней оси 4 корпуса 1. К ней по обеим сторонам примыкает в угле 15° средняя зона 6. Однако, возможны также другие значения углов для получения конструкции согласно изобретению. Поскольку средние зоны 6 и, в особенности верхняя, обращенная от фланцев зона 5, за счет большей толщины стенки являются более жесткими, чем нижние, обращенные к фланцам зоны 7, то они во время работы допускают меньшую деформацию, вызванную распределением температур. Нижние, обращенные к фланцам зоны 7 подвергаются большей деформации и действуют в качестве шарнира, который действует выравнивающим образом между выполненными очень массивными и закрепленными болтами фланцами 3 и частично усиленными средними зонами 6, соответственно, усиленной верхней, обращенной от фланцев зоной 5. Это приводит в целом к меньшим радиальным и осевым деформациям корпуса 1 и корпус 1 во время работы турбины остается значительно более круглым. За счет меньшего радиального зазора между корпусом 1 и концами не изображенных турбинных лопаток значительно повышается коэффициент полезного действия.

Перечень позиций:

1 - корпус;

2 - оболочка;

3 - фланец;

4 - средняя ось;

5 - верхняя зона;

6 - средние зоны;

7 - нижние зоны.

1. Корпус (1) для паровой или газовой турбины, снабженный одной оболочкой (2) и двумя фланцами (3), отличающийся тем, что оболочка (2) имеет различную толщину стенок в верхней, обращенной от фланцев, зоне (5), в двух средних зонах (6) и в двух нижних, обращенных к фланцам, зонах (7), причем толщина стенок верхней, обращенной от фланцев, зоны (5) больше толщины стенок нижней, обращенной к фланцам, зоны (7) и стенки средних зон (6) выполнены с различной толщиной, причем верхняя, обращенная от фланцев, зона (5) и нижняя, обращенная к фланцам, зона (7) плавно переходят друг в друга.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что верхняя, обращенная от фланцев, зона (5) расположена в угле 45° вокруг средней оси (4) корпуса (1), а средние зоны примыкают к ним с углом 15°.

3. Корпус по п.1, отличающийся тем, что толщина стенок верхней, обращенной от фланцев, зоны (5), максимально в 2 раза больше толщины стенок нижней, обращенной к фланцам, зоны (7).

4. Корпус по п.3, отличающийся тем, что толщина стенок верхней, обращенной от фланцев, зоны (5) в 1,5 раза больше толщины стенок нижней, обращенной к фланцам, зоны (7).