Впускное отверстие паровой турбины и способ его модификации
Впускное отверстие предназначено для паровой турбины. Пара окон впускного отверстия расположена на противоположных сторонах корпуса паровой турбины для прохождения пара в противоположных направлениях вдоль окружности в по существу кольцеобразной паровой камере к первым ступеням турбины через осевые противолежащие выпускные отверстия. Части камеры в верхнем и нижнем корпусах имеют уменьшающиеся поперечные сечения в общем в направлении вдоль окружности от участков впускного отверстия для пара с целью обеспечения по существу равномерного потока пара относительно камеры в общем в радиальном внутреннем направлении и через осевые выпускные отверстия и около них. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение касается впускного отверстия паровой турбины для обеспечения по существу равномерных массового расхода и скорости при протекании пара в осевом направлении в первую ступень (ступени), и в частности, касается впускного отверстия для пара, имеющего линейно изменяющуюся площадь поперечного сечения в направлении вдоль окружности от окон впускного отверстия рядом с горизонтальной средней линией к верхней и нижней вертикальным осевым линиям неподвижного кожуха, благодаря чему потери, обусловленные неравномерностью потока, минимизируются или устраняются. Настоящее изобретение также касается способа модификации существующих паровых турбин с целью обеспечения равномерных массового расхода и скорости во впускном отверстии к соплам первой ступени.
В паровых турбинах например, паровых турбинах низкого давления, пар, подаваемый из секции высокого давления, протекает во впускное отверстие для пара низкого давления, в общем включающее в себя пару окон впускного отверстия в основном на противоположных сторонах корпуса турбины и кольцеобразную деталь. Паровой поток через каждое окно впускного отверстия для пара разделяется в противоположных направлениях вдоль окружности для прохождения через аркообразные секции кольцеобразной детали, которая в общем имеет постоянную площадь поперечного сечения. Поскольку поток следует по пути вдоль окружности кольцеобразной детали впускного отверстия, пар поступает радиально внутрь и отклоняется в осевом направлении в сопла первой ступени. В паровых турбинах с разделенным осевым потоком радиальный внутренний поток из кольцеобразной детали разделяется для прохождения в противоположных осевых направлениях к соплам первой ступени. Пример паровой турбины низкого давления такого типа приведен в патенте США №5593273.
В идеале, впускное отверстие низкого давления отклоняет пар под углом 90° в осевые потоки с минимальными потерями. Однако с кольцеобразной деталью постоянного поперечного сечения внутри корпуса, находящейся в связи с окнами впускного отверстия для пара, возникают значительные потери энергии из-за снижения скорости пара, когда он пересекает пространство вдоль окружности кольцеобразной детали в направлениях от окон впускного отверстия. По существу, при постоянной площади поперечного сечения потока относительно кольцеобразной детали массовый расход не постоянен, и встречается неравномерный профиль скоростей в осевом впускном отверстии (отверстиях) к соплам первой ступени. В соответствии с этим, необходимо усовершенствовать впускное отверстие для пара для паровой турбины, в котором поток пара сохраняет равномерность на всем протяжении впускного отверстия, вследствие чего устраняя потери из-за неравномерности потока и обеспечивая по существу равномерный профиль скоростей по мере вхождения пара в сопла первой ступени.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения обеспечено впускное отверстие для пара, сконструированное для обеспечения равномерного массового расхода пара по существу с равномерной скоростью в радиальном внутреннем и осевом направлениях для подачи к соплам первой ступени. Для достижения этого относительно постоянного массового расхода и равномерного профиля скоростей впускное отверстие включает в себя кольцеобразный кожух, определяющий камеру по существу с постепенно уменьшающейся площадью поперечного сечения в общем в направлении вдоль окружности от окон впускного отверстия для пара. Посредством постепенного уменьшения площади поперечного сечения по существу достигаются равномерные массовый расход и скорость.
В частности, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечена паровая турбина с разделенным осевым потоком, имеющая кожух, определенный внешней периферийной и боковыми стенками, находящийся в связи с окнами впускного отверстия для пара в общем вдоль противоположных сторон корпуса турбины рядом с горизонтальной средней линией. Поток пара через окна впускного отверстия разделяется для прохождения вдоль верхней и нижней частей камеры, определенных кожухом. Площадь поперечного сечения камеры уменьшается в направлении от каждого окна впускного отверстия до минимального поперечного сечения на участках, находящихся по существу в середине между окнами впускного отверстия для пара вдоль противоположных периферийных путей прохождения потоков пара в верхнем и нижнем корпусах, содержащих части камеры. Таким образом, кожух в общем обеспечивает сектора проточных каналов для пара постепенно уменьшающихся площадей поперечного сечения от окон впускного отверстия до минимальных площадей поперечного сечения на расстоянии приблизительно 90° от окон впускного отверстия. Благодаря постепенному уменьшению площади поперечного сечения, массовый расход и скорость остаются по существу равномерными во внутреннем радиальном и осевом направлениях, вследствие чего снижаются потери энергии.
Кожух впускного отверстия для пара может быть обеспечен в качестве части исходного технологического оборудования или может быть обеспечен в качестве модификации для существующих впускных отверстий паровых турбин. В последнем случае, кольцеобразную деталь, определяемую первоначальным корпусом паровой турбины, можно снабдить одним или более аркообразными едиными кожухами, имеющими внешнюю периферийную и боковые стенки, определяющие проточный канал постепенно уменьшающегося поперечного сечения вокруг ротора. Кожухи могут быть изготовлены заранее, например, для установки в каждом секторе, или стенки кожухов можно изготавливать и прикреплять к корпусу турбины отдельно, для определения проточных каналов постепенно уменьшающейся площади поперечного сечения в направлении от окон впускного отверстия для пара. Причем предусмотрена установка отдельных стенок в корпусе для образования кожухов внутри корпуса.
В предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению, в паровой турбине обеспечено впускное отверстие для пара, содержащее в общем кольцеобразный кожух, имеющий наружную окружающую периферийную стенку и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок, проходящих внутрь для определения в общем кольцеобразной камеры внутри кожуха, и по меньшей мере одно в общем кольцеобразное выпускное отверстие для пара, находящееся в общем в центре кожуха, в связи с камерой для прохождения пара в осевом направлении наружу через выпускное отверстие в первую ступень турбины, пару окон впускного отверстия для пара, располагаемых на расстоянии друг от друга относительно кожуха для приема пара и передачи пара в камеру, где камера имеет по существу постепенно уменьшающуюся площадь поперечного сечения в общем в направлении вдоль окружности от окон впускного отверстия для пара, с целью обеспечения по существу равномерного потока пара относительно камеры в общем в радиальном внутреннем направлении.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению в паровой турбине с разделенным осевым потоком обеспечено впускное отверстие для пара, содержащее в общем кольцеобразный кожух, имеющий наружную окружающую периферийную стенку и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок, проходящих внутрь от наружной стенки для определения в общем кольцеобразной камеры внутри корпуса, пару окон впускного отверстия для пара, расположенных на расстоянии друг от друга относительно кожуха для приема пара и прохождения принимаемого пара в камеру, пару расположенных на расстоянии в осевом направлении в общем кольцеобразных выпускных отверстий для пара, находящихся в связи с камерой для прохождения пара в противоположных осевых направлениях через выпускные отверстия к ступеням турбины, камеру, имеющую постепенно уменьшающуюся площадь поперечного сечения в общем в направлении вдоль окружности от окон впускного отверстия для пара, с целью обеспечения в общем равномерного потока пара из камеры через выпускные отверстия для пара и около них.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению в паровой турбине с разделенным осевым потоком, имеющей корпус с кольцеобразной деталью для приема пара от пары расположенных на расстоянии вдоль окружности окон впускного отверстия для пара и пары расположенных на расстоянии в осевом направлении выпускных отверстий для пара радиально внутри кольцеобразной детали, для приема пара из кольцеобразной детали для прохождения в противоположных осевых направлениях к ступеням турбины, обеспечена модифицированная паровая камера для кольцеобразной детали, содержащей множество в общем аркообразных кожухов, каждый из которых имеет наружную периферийную стенку и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок, проходящих внутрь от наружной стенки, для определения в общем аркообразного канала, причем аркообразные кожухи расположены внутри кольцеобразной детали в связи с окнами впускного отверстия для пара, соответственно каждый из аркообразных каналов имеет постепенно уменьшающуюся площадь поперечного сечения в общем в направлении вдоль окружности от окон впускного отверстия для пара, с целью обеспечения в общем равномерного потока пара из камеры через выпускные отверстия для пара и около них.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению в паровой турбине с разделенным осевым потоком, имеющей корпус с кольцеобразной деталью для приема пара от пары расположенных на расстоянии вдоль окружности окон впускного отверстия для пара и пары расположенных на расстоянии в осевом направлении выпускных отверстий для пара, радиально внутри кольцеобразной детали, для приема пара из кольцеобразной детали для прохождения в противоположных осевых направлениях к ступеням турбины, обеспечен способ модификации впускного отверстия для пара, с целью получения в общем равномерной скорости пара, проходящего в осевом направлении через выпускные отверстия для пара и около них, содержащий этапы образования множества аркообразных кожухов, каждый из которых имеет наружную периферийную стенку и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок, проходящих внутрь от наружной стенки, для определения в общем аркообразного проточного канала для пара уменьшающейся площади поперечного сечения от одного торца к противоположному торцу, установки кожухов в виде единых кожухов или в виде отдельных периферийных стенок и боковых стенок в кольцеобразной детали корпуса с большим поперечным сечением его торцов, находящихся в связи с окнами впускного отверстия, и с каналами, находящимися в связи с осевыми выпускными отверстиями для пара, с целью прохождения пара по существу с равномерной скоростью относительно выпускных отверстии в противоположных осевых направлениях.
Причем направляющие лопатки в окнах впускного отверстия могут направлять пар в противоположных направлениях относительно камеры от окна впускного отверстия. Второе выпускное отверстие для пара также служит для прохождения пара из камеры в осевом направлении, противоположном осевому направлению пара, проходящего через первое выпускное отверстие для пара.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет перспективный вид внутренней части кожуха впускного отверстия для пара в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения и изображенной вдоль вертикальной плоскости, нормальной к оси вращения ротора турбины;
фиг.2 представляет изображение в разобранном виде кожуха фиг.1;
фиг.3 представляет фрагментарный вид в поперечном разрезе при просмотре вдоль окружности относительно кольцеобразной камеры;
фиг.4 представляет схематическое изображение поперечного сечения верхней половины корпуса турбины, поясняющее уменьшение площади поперечного сечения по сравнению с известной кольцеобразной деталью впускного отверстия постоянного поперечного сечения;
фиг.5 представляет схематическое изображение уменьшающихся площадей поперечного сечения впускного отверстия по сравнению с постоянными площадями поперечного сечения известной техники; и
фиг.6 представляет вид в поперечном разрезе в осевом направлении впускного отверстия согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 изображен корпус турбины, в общем обозначенный ссылочной позицией 8 и включающий в себя верхнюю и нижнюю секции 10 и 12 корпуса турбины, соответственно соединенные друг с другом по горизонтальной средней линии 14 и окружающие вал 16 ротора. Должно быть понятно, что верхняя и нижняя секции 10 и 12 проходят по одной в противоположных осевых направлениях и в данном иллюстрируемом варианте осуществления образуют часть паровой турбины с разделенным осевым потоком, в которой противоположные в осевом направлении ступени турбины принимают пар через кольцеобразные осевые каналы или выпускные отверстия 18. Верхняя и нижняя секции 10 и 12 корпуса определяют окна 20 впускного отверстия для пара вдоль противоположных сторон корпуса 8 турбины. Для паровой турбины низкого давления окна 20 впускного отверстия принимают пар высокого давления из секции высокого давления (не показанной) для его прохождения в общем в кольцеобразную камеру 22 вокруг ротора 16.
Часть 21 в общем кольцеобразной камеры 22 в верхнем корпусе 10 определена наружной периферийной стенкой 24 и парой расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок 26. В каждом из окон 20 впускного отверстия предусмотрены направляющие лопатки 28 для направления пара в общем в кольцеобразную камеру 22. Часть в общем кольцеобразной камеры 22 в нижнем корпусе 12 определена наружной периферийной стенкой 30 и парой боковых стенок 32. Должно быть понятно, что с помощью окон впускного отверстия для пара вдоль противоположных сторон корпуса 8 пар в каждом окне впускного отверстия разделяется для прохождения в верхнюю секцию 10 и в нижнюю секцию 12, то есть, в верхнюю и нижнюю части 21 и 23 камеры соответственно. Пар проходит в общем в направлении вдоль окружности и радиально внутрь, где он поворачивается для прохождения в осевом направлении через осевые выпускные отверстия 18 в первые ступени турбины.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения камеры 21 и 23 в верхнем и нижнем корпусах 10 и 12 соответственно разделены на аркообразные проточные каналы постепенно уменьшающейся площади поперечного сечения от окон 20 впускного отверстия по направлению к среднему местоположению между окнами впускного отверстия и вдоль в общем кольцеобразной камеры. Например, камера 21 в верхнем корпусе 10 разделена на два аркообразных пути прохождения потоков, приблизительно на 90° длины окружности. Для обеспечения постепенно уменьшающейся постоянной площади поперечного сечения стенки 22, определяющие аркообразный канал потока на противоположных сторонах частей камеры, сходятся друг с другом в направлении от связанного окна 20 впускного отверстия. В качестве альтернативы, наружная периферийная стенка 24 проходит от окна 20 впускного отверстия вдоль направленного радиально внутрь аркообразного пути для образования канала уменьшающегося поперечного сечения, то есть, образует пару эвольвент. И боковые стенки 22, и наружная периферийная стенка 24 предпочтительно сходятся по направлению друг к другу и к оси соответственно так, что площадь поперечного сечения потока линейно уменьшается от окна впускного отверстия, обеспечивая равномерные массовый расход и скорость в верхней камере 21. Как показано на фиг.1, в верхнем корпусе 10 обеспечена пара таких аркообразных путей прохождения потоков с минимальной площадью поперечного сечения проточных каналов, определяемых в месте соединения боковых стенок и периферийных стенок каждого из проточных каналов по существу в середине между окнами 20 впускного отверстия, например в вертикальной плоскости, проходящей через ось ротора.
Нижний корпус 12 снабжен подобными аркообразными проточными каналами. Поскольку окна впускного отверстия обеспечены вдоль противоположных сторон нижнего корпуса 12 рядом с горизонтальной средней линией 14, аркообразные каналы в нижнем корпусе 12 немного короче по длине окружности, чем аркообразные проточные каналы в верхнем корпусе 10. Однако эти каналы также постепенно уменьшаются по постоянной площади поперечного сечения в направлении по окружности от окон впускного отверстия. Уменьшение площади поперечного сечения осуществляется посредством продления периферийной стенки 30 постепенно радиально внутрь в направлении от окна впускного отверстия к участку минимальной площади поперечного сечения, расположенному по существу в середине между окнами впускного отверстия, то есть, образуется пара эвольвент. В качестве альтернативы, боковые стенки, определяющие аркообразные каналы в нижнем корпусе 10, могут постепенно сходиться друг к другу в направлении по окружности от окна впускного отверстия. Как и в верхней секции 10, периферийная стенка и боковые стенки нижней камеры, определяющие аркообразные проточные каналы, предпочтительно проходят радиально внутрь и сходятся соответственно для определения каналов линейно уменьшающихся площадей поперечного сечения, обеспечивая равномерные массовый расход и скорость относительно нижней секции.
Обращаясь к фиг.4 и 5, должно быть понятно, что в качестве впускного отверстия для паровой турбины с осевым потоком представлена конструкция описанного выше впускного отверстия, в отличие от обычно обеспечиваемой кольцеобразной детали с постоянной площадью поперечного сечения. На фиг.4 и 5 сплошные линии 34 обозначают постоянную площадь поперечного сечения известного впускного отверстия, в то время как пунктирные линии 36 обозначают уменьшение площади поперечного сечения в определенном участке по окружности относительно в общем кольцевого впускного отверстия в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 можно заметить, что периферийная стенка 24, обозначенная пунктирными линиями 36, образует направленную внутрь вершину 38 по существу в середине между окнами 20 впускного отверстия на участке минимальной площади поперечного сечения. Аналогично этому, нижняя периферийная стенка 30, обозначенная на фиг.5 пунктирными линиями 39, образует вершину 40 по существу в середине между окнами 20 впускного отверстия.
Как было отмечено выше, желательно обеспечить равномерные массовый расход и скорость в радиальном внутреннем направлении, а затем в осевом направлении для прохождения к первым ступеням турбины. Поскольку площадь постепенно уменьшается от окон впускного отверстия относительно каждого из проточных каналов в верхнем и нижнем корпусах 10 и 12 соответственно, массовый расход и скорость могут оставаться по существу постоянными на каждом участке окружности вокруг периферии ротора и, следовательно, осевой поток в первую ступень (ступени) является по существу равномерным и имеет постоянную скорость.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения его впускное отверстие можно обеспечить как часть исходного оборудования или в качестве модификации существующих паровых турбин. В качестве части исходного оборудования стенки, как боковые, так и периферийные, определяющие проточные каналы уменьшающейся площади поперечного сечения от окон впускного отверстия по направлению к их средним участкам, могут быть образованы за одно целое внутри секций 10 и 12 корпуса при начальном изготовлении. Должно быть также понятно, что периферийные стенки 24 и 30 не требуется обеспечивать отдельно от стенок корпусов 10 и 12, но можно образовать целиком, то есть, отливать со стенками корпусов 10 и 12. Когда требуется модификация, периферийные стенки 24 и боковые стенки 22 можно образовывать как единые секции. Например, единая секция может содержать части боковых стенок и часть периферийной стенки, образуя один из верхних секторов аркообразного проточного канала уменьшающегося поперечного сечения, и ее можно устанавливать как узел в существующую паровую турбину. Затем вторую секцию устанавливают аналогичным образом в верхнем корпусе 10 и секции соединяют. Точно так же, в нижнем корпусе 12 может быть обеспечена одна секция, содержащая стенки 30 и 32, или можно обеспечить пару подобных единичных кожухов. В качестве дополнительной альтернативы модификации существующих паровых турбин с впускным отверстием согласно настоящему изобретению стенки, определяющие аркообразные проточные каналы постепенно уменьшающейся площади поперечного сечения, можно применять в существующем корпусе отдельно, например как отдельные стальные пластины. Это показано на фиг.3, на которой отдельные стальные пластины для боковых стенок обозначены ссылочной позицией 22. Точно так же, периферийные стенки 24 можно делать из отдельных пластин и сваривать в корпуса 10 и 12.
Хотя изобретение было описано в связи с вариантом осуществления, который в настоящее время рассматривается как наиболее удобный и предпочтительный, должно быть понято, что изобретение не ограничено раскрытым вариантом осуществления, но напротив, охватывает различные видоизменения и эквивалентные устройства согласно сущности и объему притязаний прилагаемой формулы изобретения.
1. Впускное отверстие для пара в паровой турбине, содержащее
в общем кольцеобразный кожух (10, 12), имеющий наружную окружающую периферийную стенку (24) и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок (26), проходящих внутрь для определения по существу кольцеобразной камеры (22) внутри упомянутого кожуха, и, по меньшей мере, одно в общем кольцеобразное выпускное отверстие (18) для пара, расположенное, по существу, по центру кожуха, находящееся в связи с камерой для прохождения пара в осевом направлении наружу через упомянутое выпускное отверстие в первую ступень турбины,
пару окон (20) впускного отверстия для пара, расположенных на расстоянии друг от друга относительно кожуха, для приема пара и передачи пара в камеру,
упомянутую камеру, имеющую, по существу, постепенно уменьшающуюся площадь поперечного сечения в общем в направлении по окружности от окон впускного отверстия для пара с целью обеспечения, по существу, равномерного потока пара относительно камеры в общем в радиальном внутреннем направлении.
2. Впускное отверстие для пара по п.1, включающее в себя направляющие лопатки (28) в окнах впускного отверстия для направления пара в противоположных направлениях относительно камеры от окна впускного отверстия.
3. Впускное отверстие для пара по п.1, в котором уменьшающаяся площадь поперечного сечения обеспечивает в общем равномерную скорость пара в радиальном внутреннем направлении относительно упомянутой камеры.
4. Впускное отверстие для пара по п.1, в котором уменьшающаяся площадь поперечного сечения обеспечивает в общем равномерный осевой поток пара у осевого выпускного отверстия.
5. Впускное отверстие для пара по п.1, включающее в себя второе выпускное отверстие (18) для пара, расположенное в общем в центре кожуха, для прохождения пара из камеры в осевом направлении, противоположном осевому направлению пара, проходящего через первое выпускное отверстие для пара.
6. Впускное отверстие для пара по п.6, в котором упомянутая уменьшающаяся площадь поперечного сечения обеспечивает в общем равномерную скорость пара в радиальном внутреннем направлении относительно камеры и, по существу, равномерный осевой поток у выпускных отверстий.
7. Впускное отверстие для пара по п.1, в котором кольцеобразной кожух включает в себя верхнюю и нижнюю секции (10, 12) корпуса, где каждая секция содержит пару аркообразных проточных каналов уменьшающейся площади поперечного сечения в направлении от соответственных окон впускного отверстия, заканчивающихся минимальной площадью поперечного сечения, по существу, в середине между окнами впускного отверстия.
8. Способ модификации впускного отверстия для пара в паровой турбине с разделенным осевым потоком, имеющей корпус с кольцеобразной деталью для приема пара из пары расположенных на расстоянии вдоль окружности окон (20) впускного отверстия для пара и пары расположенных на расстоянии в осевом направлении выпускных отверстий (18) для пара радиально внутрь кольцеобразной детали для приема пара из кольцеобразной детали с целью прохождения в противоположных осевых направлениях к ступеням турбины, где указанный способ модификации впускного отверстия для пара с целью получения в общем равномерной скорости пара, проходящего в осевом направлении через упомянутые выпускные отверстия для пара и около них содержит этапы образования множества аркообразных кожухов (10, 12), каждый из которых имеет наружную периферийную стенку (24, 30) и пару расположенных на расстоянии в осевом направлении боковых стенок (26, 32), проходящих внутрь от наружной стенки, для определения, по существу, аркообразного проточного канала для пара уменьшающейся площади поперечного сечения от одного торца к противоположному торцу, установки кожухов в виде единых кожухов или в виде отдельных периферийных стенок и боковых стенок в кольцеобразной детали корпуса с его торцами большего поперечного сечения, находящимися в связи с окнами впускного отверстия, и с каналами, находящимися в связи с осевыми выпускными отверстиями для пара, с целью прохождения пара, по существу, с равномерной скоростью относительно выпускных отверстий в противоположных осевых направлениях.
9. Способ по п.8, включающий в себя установку кожухов внутри корпуса в виде единых кожухов.
10. Способ по п.8, включающий в себя установку отдельных стенок в корпусе для образования кожухов внутри корпуса.
