Сопловая коробка паровой турбины с расположением выпускных сопел на окружности в 360° и способ образования сопловой коробки

Изобретение относится к паровым турбинам. Сопловая коробка содержит первую и вторую половины сопловой коробки, которые соединены болтами. Каждая половина сопловой коробки содержит сегмент соплового кольца, который несет сопла на всей его дуге в 180° так, что при соединении половин сопловой коробки образуется сопловая коробка без каких-либо разрывов непрерывности сопел на ее окружности в 360°. Сопла, поддерживаемые на каждом сегменте соплового кольца, сообщаются с впускными отверстиями и соответствующими каналами, которые перпендикулярны выходной плоскости сопловой коробки. Предложен способ изготовления такой сопловой коробки. Изобретение обеспечивает повышение КПД паровых турбин. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к горизонтально соединенному непрерывному кольцу из сопел для сопловой коробки паровой турбины.

В сопловые коробки пар обычно поступает через четыре раздельные впускные отверстия. Сопловые коробки обычно образованы из двух или большего числа частей, которые соединены болтами для образования цельной сопловой коробки. В каждой части сопловой коробки вначале изменяют направление потока пара для его течения в осевом направлении, а затем ускоряют поток пара около оси вращения ротора посредством сопел, расположенных в выходной плоскости сопловой коробки. Сопла поддерживаются дугообразным сегментом соплового кольца, соединенным с каждой частью сопловой коробки. Две части сопловой коробки соединяют болтами по их общим горизонтальным соединениям, так чтобы обеспечить жесткую устойчивую конструкцию во время работы.

В сопловых коробках, известных из уровня техники, горизонтальное соединение сопловой коробки имело конструктивную толщину, проходящую в осевом направлении вдоль коробки и в каждый сегмент соплового кольца. Эта получающаяся разрывность в сопловом кольце вблизи горизонтального соединения обозначена как «А» на фиг.4, которая показывает тороидальную часть соплового кольца вблизи горизонтального соединения (тороидальная часть соплового кольца, показанная на фиг.4, линейно развернута и изображена для того, чтобы ясно проиллюстрировать эту отличительную особенность прототипа). Как доказано, связанное с этим нарушение потока воздуха из сопел вблизи горизонтального соединения оказывает вредное влияние на общий к.п.д. машины.

Задачей настоящего изобретения является устранение прерывания сопел у горизонтального соединения соплового кольца (блокирования потока), типичного для сопловых коробок, известных из уровня техники. Согласно настоящему изобретению предлагается сопловая коробка, которая увеличивает к.п.д. паровых турбин при полной нагрузке посредством применения сегментов соплового кольца, непрерывно несущих сопла, даже в их соответствующих горизонтальных соединениях, в результате чего образуется непрерывное кольцо из сопел на окружности в 360°.

Согласно одному объекту настоящего изобретения сопловая коробка для использования в паровой турбине содержит: первую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, вторую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, указанные первая и вторая половины сопловой коробки имеют на своих концах сопрягаемые горизонтальные соединения, так что при их соединении вместе образуется непрерывное кольцо из сопел на окружности в 360° в выходной плоскости сопловой коробки.

Предпочтительна сопловая коробка, в которой первая и вторая половины сопловой коробки содержат каждая, по меньшей мере, одно впускное отверстие, образованное каждым одним из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки.

Предпочтительна сопловая коробка, в которой каждый один из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки изменяет на 90° направление потока воздуха из указанного, по меньшей мере, одного впускного отверстия.

Предпочтительна сопловая коробка, в которой указанные первая и вторая половины сопловой коробки соединены болтами.

Согласно другому объекту настоящего изобретения сопловая коробка для использования в паровой турбине содержит следующие операции: образуют первую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к указанному сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, образуют вторую половину сопловой коробки, содержащую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, соединяют указанные первую и вторую половины сопловой коробки, имеющие на своих концах сопрягаемые горизонтальные соединения, так что при их соединении образуется непрерывное кольцо из сопел на окружности в 360° в выходной плоскости сопловой коробки.

Предпочтительно каждую одну из указанных первой и второй половин сопловой коробки образуют так, чтобы включать, по меньшей мере, одно впускное отверстие.

Предпочтительно каждый из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки образуют с изменением на 90° направления потока воздуха из указанного, по меньшей мере, одного впускного отверстия.

Предпочтительно указанные первую и вторую половины сопловой коробки соединяют болтами.

Две половины сопловой коробки соединяют болтами для образования цельной сопловой коробки, имеющей кольцо из сопел на окружности в 360°.

Фиг.1 показывает примерный вариант выполнения половины сопловой коробки,

фиг.2 схематически показывает тороидальные части собранной сопловой коробки, линейно развернутой для легкого понимания ее отличительных особенностей,

фиг.3 показывает увеличенный вид горизонтального соединения, показанного на фиг.2, и

фиг.4 схематически показывает тороидальную часть развернутой сопловой коробки, известной из уровня техники, вблизи горизонтального соединения.

На фиг.1 показана одна половина сопловой коробки, содержащая впускные отверстия 10 и тороидальную часть 18. Тороидальная часть 18 включает в себя впускной сегмент 14 сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент 16 и сегмент 12 соплового кольца. Впускные отверстия 10 сообщаются с тороидальной частью 18 таким образом, что поток воздуха, поступающий во впускные отверстия 10, изменяет свое направление на 90° и течет поочередно через впускной сегмент 14 сопловой коробки, переходной перемычковый сегмент 16 и сегмент 12 соплового кольца. Две половины сопловой коробки соединяются в горизонтальных соединениях В для образования цельной сопловой коробки.

Сопловая коробка, имеющая вышеуказанные детали конструкции, описана в патенте США 6196793 В1, выданном на имя Марка Эдварда Браатена и переуступленном компании «Дженерэл Электрик Компани». Технические решения, изложенные в патенте США 6196793 В1, внесены здесь путем отсылки.

Согласно изобретению, показанному на фиг.1-3, устраняется традиционное мертвое пространство от концов горизонтальных соединений сопловой коробки посредством замены концевых блоков сегментами соплового кольца, имеющими сопла, приваренные полностью вдоль каждой соответствующей дуги в 180°, причем даже у горизонтальных соединений. Полезным результатом является увеличение к.п.д. контрольной ступени и общего к.п.д. паровой турбины, а также уменьшение динамических изгибающих усилий, действующих на рабочие лопатки контрольной ступени, вследствие впусков как на частичной, так и на полной дуге. В результате этого угол впуска увеличивается от 341° (обычный) до 360°.

Устраняется прерывание потока пара у горизонтального соединения, которое вызывалось разрывом непрерывности перегородок вследствие изготовления и конструирования кольца в соответствии с предшествующим уровнем техники. Как показано на фиг.4, такие конструкции, известные из уровня техники, не имели никаких сопел вблизи горизонтального соединения, и, таким образом, по кольцу имелись два разрыва непрерывности сопел (с интервалом около 180° друг от друга).

В новой горизонтально-соединенной сопловой коробке, показанной на фиг.1 и 2, имеется непрерывное кольцо из сопел без каких-либо разрывов непрерывности сопел у горизонтальных соединений. На фиг.2 показана тороидальная часть кольца с расположением сопел на окружности в 360°, линейно развернутая при непрерывном расположении сопел 20 вдоль развернутого кольца. На фиг.2 позицией 16 обозначен переходной перемычковый сегмент, а позицией 14 - впускной сегмент сопловой коробки.

На фиг.3 показан увеличенный вид вблизи горизонтальных соединений, показанных на фиг.2. Половины сопловой коробки обычно скрепляют болтами (не показаны) у горизонтальных соединений 26. Как показано на фиг.3, сегмент соплового кольца не имеет никаких разрывов непрерывности сопел 20 у горизонтальных соединений.

Хотя изобретение описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом осуществления изобретения, следует учесть, что изобретение не ограничивается описанным вариантом его осуществления, а, наоборот, как полагают, охватывает различные модификации и эквивалентные варианты, находящиеся в пределах объема изобретения и не отклоняющиеся от его сущности, как они изложены в прилагаемой формуле изобретения.

1. Сопловая коробка для использования в паровой турбине, содержащая первую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, вторую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, указанные первая и вторая половины сопловой коробки имеют на своих концах сопрягаемые горизонтальные соединения, так, что при их соединении вместе образуется непрерывное кольцо из сопел на окружности в 360° в выходной плоскости сопловой коробки.

2. Сопловая коробка по п.1, в которой первая и вторая половины сопловой коробки содержат каждая, по меньшей мере, одно впускное отверстие, образованное каждым одним из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки.

3. Сопловая коробка по п.1, в которой каждый один из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки изменяет на 90° направление потока воздуха из указанного, по меньшей мере, одного впускного отверстия.

4. Сопловая коробка по п.1, в которой указанные первая и вторая половины сопловой коробки соединены болтами.

5. Сопловая коробка по п.2, в которой указанные первая и вторая половины сопловой коробки соединены болтами.

6. Сопловая коробка по п.3, в которой указанные первая и вторая половины сопловой коробки соединены болтами.

7. Способ образования сопловой коробки для использования в паровой турбине, содержащий следующие операции: образуют первую половину сопловой коробки, включающую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к указанному сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, образуют вторую половину сопловой коробки, содержащую сегмент соплового кольца, имеющий множество сопел, расположенных на дуге в 180° в выходной плоскости сопловой коробки, переходный перемычковый сегмент, приваренный к сегменту соплового кольца, и впускной сегмент сопловой коробки, приваренный к переходному перемычковому сегменту, соединяют указанные первую и вторую половины сопловой коробки, имеющие на своих концах сопрягаемые горизонтальные соединения так, что при их соединении образуется непрерывное кольцо из сопел на окружности в 360° в выходной плоскости сопловой коробки.

8. Способ по п.7, при котором каждую одну из указанных первой и второй половин сопловой коробки образуют так, чтобы включать, по меньшей мере, одно впускное отверстие.

9. Способ по п.8, при котором каждый из указанных первого и второго впускных сегментов сопловой коробки образуют с изменением на 90° направления потока воздуха из указанного, по меньшей мере, одного впускного отверстия.

10. Способ по п.7, при котором указанные первую и вторую половины сопловой коробки соединяют болтами.

11. Способ по п.8, при котором указанные первую и вторую половины сопловой коробки соединяют болтами.

12. Способ по п.9, при котором указанные первую и вторую половины сопловой коробки соединяют болтами.