Способ изготовления кожуха турбинной установки, литейная форма для изготовления и кожух турбинной установки
Способ изготовления кожуха турбинной установки большой мощности для общественных электроэнергетических систем включает в себя этапы, на которых изготавливают кожух турбинной установки. Кожух содержит по меньшей мере одну переднюю секцию, одну среднюю секцию и одну концевую секцию. Осуществляют изменения литейной формы для изготовления кожуха, требуемые для обеспечения изменения скорости вращения, позволяющей адаптировать турбинную установку к другой частоте электроэнергетической системы, ограниченные изменениями литейной формы для изготовления средней секции кожуха. Усовершенствования согласно настоящему изобретению упрощают литье кожуха турбинной установки при переходе к другим стандартам электроэнергетической системы и с другими эксплуатационными параметрами, такими как скорость вращения. Поскольку изменения касаются только одной секции литейной формы, все остальные секции могут использоваться многократно, и, следовательно, новые способы изготовления и новая конструкция кожухов ускоряют создание литейной формы, что приводит к снижению затрат и к сокращению времени изготовления турбинных установок, приспособленных к разным стандартам электроэнергетических систем. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к кожуху, предназначенному для турбинных установок большой мощности, в частности для паровых турбинных установок. Конкретнее, изобретение относится к кожухам паровых турбинных установок с выработкой электроэнергии более 1000 МВт, а также к соответствующим способам проектирования и изготовления указанных кожухов.
Уровень техники
В приведенном ниже описании термин «турбинная установка» используется применительно к роторным двигателям, которые содержат вращающуюся часть и статор и приводятся в действие текучей средой, например водой или газом. Настоящее изобретение направлено, в основном, на осевые турбинные установки, содержащие радиально смонтированные неподвижные лопатки статора или лопасти, чередующиеся с радиально смонтированными подвижными лопатками ротора. Здесь под движением, в общем, подразумевается движение относительно кожуха или корпуса.
В области проектирования и производства турбинных установок большой мощности до настоящего времени доминировало проектирование и изготовление по заказу. В результате каждая турбинная установка являлась индивидуальным изделием, изготовленным по заказу для определенной электростанции или установки. В прошлом предпринимались попытки по снижению объема работ и затрат, требуемых для адаптации конструкции турбинной установки к новому набору технических требований, чтобы стандартизировать, по меньшей мере, часть турбинной установки и создать более модульную и, соответственно, легко изменяемую конструкцию.
В патентной заявке Германии DE 4425352 А1 описывается паровая турбинная установка с литым корпусом, представляющим собой стандартный кожух, подходящий для целого ряда различных вариантов конструкции. Данные стандартный кожух имеет несколько патрубков отбора, из которых могут быть открыты выбранные в соответствии с определенной конструкцией турбинной установки. В стандартном отлитом кожухе все патрубки отбора закрыты. В выбранных в соответствии с вариантом конструкции турбинной установки патрубках отвода высверливают отверстия. Кожух турбинной установки большой мощности обычно изготавливают как две отдельные части, т.е. нижнюю и верхнюю половины. Указанные половины кожуха крепятся болтами на месте после установки внутренних частей турбинной установки, таких как ротор, подвижные и неподвижные лопатки или диафрагмы, уплотнения и т.д. Турбинная установка является разъемной, и даже при этом вес каждой половины кожуха может составлять 100 т или более.
Принимая во внимание сложности и затраты, связанные с отливкой кожуха турбинной установки, в особенности турбинной установки большой мощности, задачей изобретения является кожух турбинной установки, разработка кожуха турбинной установки и способ изготовления кожуха, позволяющие с минимальным количеством изменений осуществить переход от одного варианта конструкции турбинной установки к другому. Конкретной проблемой, на которую направлено настоящее изобретение, является изменение конструкции, требуемое для адаптации турбинной установки данного типа к другим частотам электроэнергетической системы и, следовательно, к другим скоростям вращения.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается конструкция кожуха турбинной установки большой мощности, а именно кожуха, включающего, по меньшей мере, одну переднюю секцию, одну среднюю секцию и одну концевую секцию, спроектированные таким образом, что изменения литейной формы для изготовления кожуха, требуемые для изменения скорости вращения турбинной установки, обеспечивающие адаптацию турбинной установки к другой частоте электроэнергетической системы, ограничиваются изменениями литейной формы для изготовления средней секции кожуха.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в средней секции изменяется количество опор диафрагм, количество отверстий или то и другое, в то время как литейные формы для передней и задней секций остаются неизменными.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения кожух турбинной установки большой мощности включает кожух высокого давления, разработанный для вмещения турбины высокого давления, и кожух промежуточного давления, разработанный для вмещения турбины промежуточного давления, принимающей пар, который прошел через турбину высокого давления.
Таким образом, кожух, предпочтительно, является комбинацией кожуха высокого давления (HP) и кожуха промежуточного давления (IP), благодаря чему в пределах единого кожуха можно разместить турбину высокого давления (HP) и турбину промежуточного давления (IP).
Обе части кожуха сбалансированы, чтобы при прохождении пара через турбинную установку была уменьшена равнодействующая сила, приложенная к подшипникам ротора турбины. Согласно указанному варианту осуществления изобретения кожух промежуточного давления отливается в задней части литейной формы и остается без изменений, когда конструкцию турбинной установки приспосабливают к изменению скорости вращения или к другой частоте электроэнергетической системы, а именно к изменению частоты сети от 50 Гц до 60 Гц.
Кожух турбинной установки согласно изобретению, предпочтительно, имеет соответствующие размеры, позволяющие обеспечить большой поток (насыщенного) влажного пара при низких температурах и низких давлениях. В частности, кожух турбинной установки имеет соответствующие размеры, позволяющие обеспечить поток (насыщенного) влажного пара более 5000 т/ч, предпочтительнее более 8000 т/ч, при низких температурах менее 350°С, предпочтительнее менее 300°С и при давлении ниже 100 бар. Выпускное или разгрузочное давление в выхлопных патрубках кожуха составляет, предпочтительно, ниже 10 бар.
Любые изменения литейных форм и деталей литейной формы непосредственно приводят к изменениям конструкции кожуха, изготавливаемого с использованием указанной литейной формы. Поэтому запрос на конкретную конфигурацию литейной формы связан с конкретным кожухом, изготавливаемым с использованием указанной литейной формы, и со способом изготовления или литья кожуха с использованием указанной литейной формы.
Указанные и дополнительные аспекты изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения описываются со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг.1А и 1В - виды в вертикальном поперечном разрезе двух кожухов турбинных установок для двух разных стандартов электроэнергетических систем, причем показаны верхняя и нижняя половины кожухов.
Фиг.2А и 2В - нижние половины кожухов турбинных установок для двух разных стандартов электроэнергетических систем при рассмотрении от горизонтальной линии соединения половин кожухов.
Подробное описание изобретения
Аспекты настоящего изобретения и примеры его осуществления более подробно описываются на примере корпуса или кожуха турбинной установки, предназначенной для использования в электроэнергетической системе, соответственно, при частоте 50 Гц и 60 Гц.
На фиг.1А и 1В показаны виды в вертикальном поперечном разрезе кожухов турбинных установок, разработанных для двух разных стандартов электроэнергетических систем. На фиг.1А представлен кожух, предназначенный для установки турбины высокого давления (HP), объединенной с турбиной промежуточного давления (IP), которые соединены с генератором электроэнергетической системы с частотой 50 Гц, и на фиг.1В представлен соответствующий кожух турбинной установки для электроэнергетической системы с частотой 60 Гц.
На фиг.1А представлен кожух 10а, содержащий три основные секции, габариты которых обозначены на чертеже линиями 101а. Передняя секция 11а кожуха закрывает турбину высокого давления (HP) и включает патрубки, по которым пар направляется из последней ступени турбины высокого давления (HP) к подогревателю или непосредственно к турбине промежуточного давления (IP). Средняя секция 12а представляет собой кожух для турбины промежуточного давления (HP) и включает опорные конструкции 121а для трех ступеней турбины. Указанная секция также включает часть входных патрубков 122а для острого пара. Третья концевая секция 13а включает остальные входные патрубки 122а для острого пара, опорные конструкции (подробно не показано) для турбины промежуточного давления (IP) и дополнительные патрубки, по которым пар направляется в турбину промежуточного давления (IP), а также выхлопные патрубки. По выхлопным патрубкам пар из кожуха направляется к дополнительным турбинам, работающим при более низких давлениях пара.
Кожух представляет собой единый кожух, вмещающий турбину высокого давления (HP), объединенную с турбиной промежуточного давления (IP), и рассчитан на большой расход насыщенного (влажного) пара. При нормальных эксплуатационных режимах объединенные турбины HP/IP и их кожух рассчитаны на прохождение сквозного потока влажного пара более 9000 т/ч при температуре 290°С и давлении 75 бар на входных патрубках и давлении около 3 бар на выходных или выхлопных патрубках.
На фиг.1В представлен кожух 10b, также содержащий три основные секции, габариты которых обозначены на чертеже линиями 101b. Передняя секция 11b закрывает турбину высокого давления (HP) и включает патрубки, по которым пар направляется из последней ступени турбины высокого давления (HP) к подогревателю или непосредственно к турбине промежуточного давления (IP). Средняя секция 12b представляет собой кожух для турбины высокого давления (HP) и включает опорные конструкции 121b для четырех ступеней турбины. Указанная секция также включает часть входных патрубков 122b для острого пара. Третья концевая секция 13b включает остальные входные патрубки 122b для острого пара, опорные конструкции для турбины промежуточного давления (IP) (подробно не показано) и дополнительные патрубки, по которым пар направляется в турбину промежуточного давления (IP), а также выхлопные патрубки. По выхлопным патрубкам пар из кожуха направляется к дополнительным турбинам, работающим при более низких давлениях пара.
Кожухи, представленные на фиг.1А и фиг.1В, показаны в другом виде на фиг.2А и 2В, соответственно. На фиг.2А и 2В кожухи представлены в горизонтальном поперечном разрезе по плоскости соединения нижней и верхней половины кожухов при сборке. На указанных чертежах отчетливо видно относительное местоположение отверстий для отбора 123а, 123b пара в средних секциях 12а, 12b.
Различие между кожухом, представленным на фиг.1А и 2А, и кожухом, представленным, соответственно, на фиг.1В и 2В, состоит только в конструкции средних секций 12а, 12b. Точнее говоря, кожух, представленный на фиг.1В и 2В, имеет дополнительную опору 121b для четвертой ступени. Кроме того, в двух вариантах кожуха патрубки 123а, 123b для отвода пара расположены в разных местах.
Согласно другим примерам осуществления изобретения переход от одной конструкции турбинной установки к другой может быть осуществлен с меньшим или большим количеством изменений, например, может быть увеличено количество патрубков отбора пара или выпускных отверстий либо их количество может быть сокращено. Однако важно отметить, что любые изменения проводятся в средней секции кожуха, при этом передняя и концевая секции и, соответственно, литейные формы для их изготовления остаются без изменений.
Концевая часть турбинной установки может быть изменена в большей мере, например, за счет приваренных или механически подсоединенных дополнительных частей либо за счет дополнительных отверстий в кожухе. Такие изменения рассматриваются как изменения, выполненные после литья, и, следовательно, в рамках объема настоящего изобретения, которое касается проектирования и изготовления кожуха, не рассматриваются как изменения до фактического литья.
Усовершенствования согласно настоящему изобретению упрощают литье кожуха турбинной установки при переходе от одной конструкции турбинной установки к другой, приспособленной к другим стандартам электроэнергетической системы и с другими эксплуатационными параметрами, такими как скорость вращения. Поскольку изменения касаются только одной секции литейной формы, все остальные секции могут использоваться многократно, и, следовательно, новые способы изготовления и новая конструкция кожухов ускоряют создание литейной формы, что приводит к снижению затрат и к сокращению времени изготовления турбинных установок, приспособленных к разным стандартам электроэнергетических систем.
Настоящее изобретение было описано выше с помощью примера, и в рамках объема изобретения могут быть выполнены любые модификации. Исходя из конструктивных соображений, может быть изменено точное местоположение разъема между секциями кожуха для облегчения, например, изготовления литейной формы или способа литья.
Изобретение содержит отдельные признаки, описанные здесь либо неявно подразумеваемые, или признаки, следующие из чертежей либо предполагаемые, а также любую комбинацию указанных признаков либо совокупность признаков или комбинаций, а также их эквиваленты. Таким образом, ни один из вышеописанных иллюстративных вариантов осуществления изобретения не ограничивает и объем настоящего изобретения. Каждый признак, раскрытый в описании, включая чертежи, может быть заменен альтернативным признаком, который служит для тех же самых эквивалентных или подобных целей, если явно не заявлено иначе.
Перечень ссылочных позиций
кожух 10а, 10b
граничные линии 101а, 101b
передняя секция 11а, 11b
средняя секция 12а, 12b
опорные конструкции 121а, 121b для ступеней турбины
входные патрубки 122а, 122b для пара
концевая секция 13а, 13b
патрубки 123а, 123b отбора пара
1. Способ изготовления кожуха турбинной установки большой мощности для общественных электроэнергетических систем, включающий в себя этапы, на которых изготавливают кожух турбинной установки, содержащий по меньшей мере одну переднюю секцию, одну среднюю секцию и одну концевую секцию, и осуществляют изменения литейной формы для изготовления кожуха, требуемые для обеспечения изменения скорости вращения, позволяющей адаптировать турбинную установку к другой частоте электроэнергетической системы, ограниченные изменениями литейной формы для изготовления средней секции кожуха.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя этап, на котором соединяют переднюю секцию, среднюю секцию и концевую секцию литейной формы для создания литейной формы для изготовления кожуха турбинной установки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменения средней секции кожуха включают в себя этап, на котором изменяют количество опорных конструкций для ступеней турбинной установки.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменения средней секции включают в себя этап, на котором изменяют местоположение или количество патрубков для отвода пара или дренажа.
5. Литейная форма для изготовления кожуха турбинной установки большой мощности, предназначенной для общественных электроэнергетических систем, содержащая по меньшей мере одну переднюю секцию, одну среднюю секцию и одну концевую секцию, которые должны быть соединены перед процессом литья, причем передняя секция, средняя секция и концевая секция выполнены таким образом, что изменения литейной формы для изготовления кожуха, требуемые для обеспечения скорости вращения, позволяющей адаптировать турбинную установку к другой частоте электроэнергетической системы, ограничиваются изменениями литейной формы для изготовления средней секции кожуха.
6. Кожух турбинной установки большой мощности, предназначенной для общественных электроэнергетических систем, изготовленный посредством способа по любому из пп. 1-4 и содержащий по меньшей мере одну переднюю секцию, одну среднюю секцию и одну концевую секцию, и выполненный таким образом, что изменения литейной формы для изготовления кожуха, требуемые для изменения скорости вращения турбинной установки, обеспечивающей адаптацию турбинной установки к другой частоте электроэнергетической системы, ограничены изменениями литейной формы для изготовления средней секции кожуха.
7. Кожух по п. 6, отличающийся тем, что турбинная установка, содержащая турбину высокого давления и турбину промежуточного давления, расположена в пределах единого кожуха, при этом турбина промежуточного давления расположена в концевой секции кожуха.
8. Кожух по п. 6, отличающийся тем, что содержит входные патрубки и выпускные патрубки, рассчитанные на расход пара более 5000 т/ч.
9. Кожух по п. 6, отличающийся тем, что содержит входные патрубки для приема влажного пара при давлении ниже 100 бар и выпускные патрубки для выпуска пара при давлении ниже 10 бар.
10. Кожух по п. 6, отличающийся тем, что содержит входные патрубки для приема влажного пара при температуре ниже 350°C.
