Центростремительная паровая турбина

Центростремительная паровая турбина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА, содержащая корпус с тангенциально установленным соплом, рабочее колесо барабанного типа с радиальными каналами, сообщающими полую ступицу с периферийной кольцевой полостью, расположенной между корпусом и рабочим колесом, отличающаяся тем, что, с целью повыщения надежности и экономичности, периферийная кольцевая полость имеет постоянную площадь поперечного сечения, радиальные каналы образованы прямыми и изогнутыми трубками, вход которых расположен в одной плоскости поперечного сечения корпуса, а выход - по меньшей мере , в трех параллельных плоскостях поперечного сечения полой ступицы. 2 J /« (Л со QO ОС со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН зад F 01 D 1/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОЙИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3008946/24-06 (22) 24.11.80 (46) 30.08.83. Бюл. № 32 (72) Г. С. Пилявский (56) 1. Кириллов И. И., Яблоник P. М., Карцев Л. В. и др. Аэродинамика проточной части паровых и газовых турбин. М., Машгиз, 1958, с. 197.

2. Патент США № 4232992, кл. 415/90, опублик. 11.11.80. (54) (57) ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА, содержащая корпус с тангенциально установленным соплом, ра„„SU„„1038489 A бочее колесо барабанного типа с радиальными каналами, сообщающими полую ступицу с периферийной кольцевой полостью, расположенной между корпусом и рабочим колесом, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, периферийная кольцевая полость имеет постоянную площадь поперечного сечения, радиальные каналы образованы прямыми и изогнутыми трубками, вход которых расположен в одной плоскости поперечного сечения корпуса, а выход — по меньшей мере, в трех параллельных плоскостях поперечного сечения полой ступицы.

1038489

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к паровым турбинам, вращающий момент на валу <оторых развивают кориолисовы силы инерции, и может быть использовано в тепловых установках, работающих на фреоновом паре и предназначенных для утилизации низкопотенциального тепла, на тепловых и атомных электростанциях для привода вспомогательного оборудования, где источником тепла низкого потенциала может служить влажный водяной пар из регенеративных отборов главных турбин, в теплоутилизирующих контурах стационарных и судовых газотурбинных установок, а также в других теплосиловых установках.

Известна центростремительная паровая турбина с внутренним парциальным подводом пара, состоящая из полого рабочего колеса с радиальными ребрами, отделенными от остального объема внутренней полости паровым щитом, и неподвижных сопловых стоек, установленных внутри рабочего колеса (1) .

Недостаток этой турбины состоит в том, что ее коэффициент полезного действия (КПД) сопоставим с КПД турбин обычного типа лишь в небольших пределах изменения мощности (до 150 кВт). При большей мощности КПД турбины снижается и она становится менее экономичной по сравнению с обычными паровыми турбинами.

Известна центростремительная паровая турбина, содержащая корпус с тангенциально установленным соплом, рабочее колесо барабанного типа с радиальными каналами, сообщающими полую ступицу с периферийной кольцевой полостью, расположенной между корпусом и рабочим колесом (2).

Однако такая турбина характеризуется недостаточно полным использованием кориолисовых сил для совершения работы рабочим,колесом и снижением надежности.

Цель изобретения — повышение надежности и экономичности.

Указанная цель достигается тем, что в центростремительной паровой турбине, содержащей корпус с тангенциально установленным соплом, рабочее колесо барабанного типа с радиальными каналами, сообщающими полую ступицу с периферийной кольцевой полостью, расположенной между корпусом и рабочим колесом, периферийная кольцевая полость имеет постоянную площадь поперечного сечения, радиальные каналы образованы прямыми и изогнутыми трубками, вход которых расположен в одной плоскости поперечного сечения корпуса, а выход — по меньшей мере, в трех параллельных плоскостях поперечного сечения по.зй ступицы.

На фиг. 1 изображена турбина, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг. 3 — развертка наруж10

55 ной цилиндрической поверхности полой стулицы рабочего колеса.

Центростремительная паровая турбина содержит корпус 1 с тангенциально установленным соплом 2 и рабочее колесо 3 барабанного типа с радиальными каналами

4, сообщающими полую ступицу 5 с периферийной кольцевой полостью 6 в виде полого тора Т-образного сечения, которая имеет постоянную площадь поперечного сечения. Радиальные каналы 4 образованы прямыми и изогнутыми (коленчатыми) трубками 7 и 8, вход которых расположен с одной плоскости 9 поперечного сечения корпуса 1, а выход — по меньшей мере в трех параллельных плоскостях 10, 11 и 12 поперечного сечения полой ступицы 5.

Рабочее колесо 3 представляет собой сварную конструкцию, выполненную в виде цельнокованной полой ступицы 5 с тремя рядами сквозных отверстий 13, в которые вставлены прямые и изогнутые (коленчатые) трубки 7 и 8, и сидящих на полой ступице

5 профильных дисков 14 и 15, которые сварены между собой, с прямыми и изогнутыми трубками 7 и 8 и с полой ступицей 5, последняя соединена с выходным патрубком (не показан).

Рабочее колесо 3 установлено в корпусе 1, снабженном фланцами 16 для крепления крышек 17 и к которому приварены лапы 18. Турбина снабжена подшипниками

19, запрессованными в крышки 17 корпуса 1.

Для вывода пара, просочившегося в пространство 20 между рабочим колесом 3, профильными дисками 14 и 15 и крышками 17, имеются дренажные штуцера (не показаны) . Вращающий момент приводному механизму турбина передает с помощью зубчатого колеса 21, которое жестко сидит на полой ступице 5 рабочего колеса 3.

Если необходимо, чтобы турбина была реверсивной, то в корпусе 1 устанавливают два сопла 2, из которых одно служит для вращения рабочего колеса 3 по направлению вращения часовой стрелки, а второе — в противоположном направлении.

Центростремительная паровая турбина работает следующим образом.

Пар, например фреон-II, через тангенциально установленное сопло 2 поступает в яериферийную кольцевую полость 6, не встречая на своем пути никаких подвижных препятствий, и заполняет периферийную кольцевую полость 6, радиальные каналы 4 и полую ступицу 5. При вращении рабочего колеса 3 сухой насыщенный пар, заключенный в полой ступице 5 и радиальных каналах 4 (трубках 7, 8), вращается синхронно вместе с рабочим колесом 3.

Вследствие того, что вращающаяся паровая среда находится под воздействием центробежных сил, давление в ней экспоненциально нарастает вдоль радиуса вращения и достигает максимума в перифе1038489

t рийной кольцевой полости 6 и минимума у оси вращения.

Вращение в корпусе 1, турбины паровой среды, синхронное с вращением рабочего колеса 3, происходит как на холостом ходу, так и на рабочем ходу. При этом холостому ходу соответствует состояние механического и термодинамического равновесия, т. е. такое состояние, когда параметры пара во всех частях вращающегося рабочего колеса 3 сохраняются неизменными и в системе нет никаких потоков. При поступлении в периферийную кольцевую полость 6 из сопла 2 свежего пара, который характеризуется такой же температурой и таким же давлением, каким обладает пар, заключенный в периферийной кольцевой полости 6, а абсолютная скорость пара, вытекающего из сопла 2, равна тангенциальной скорости парового потока в его движении относительно оси маховика.

Поскольку при входе струи пара в периферийную кольцевую полость 6 изменяется лишь направление скорости (скорость прямолинейного движения преобразуется в тангенциальную скорость) кинетическая энергия вновь поступившего пара не изменяется, в то же время кинетическая энергия пара, находящегося в периферийной кольцевой полости 6, увеличивается, так как увеличивается масса пара в ней. Одновременно вследствие некоторого повышения давления в периферийной кольцевой полости 6 нарушается и ранее существовавшее в системе механическое равновесие. Теперь разности давлений, возбуждаемые центробежными силами, уже не в состоянии уравновешивать давлейие пара в .периферийной кольцевой полости 6 и в радиальных каналах 4, возникают центростремительные потоки пара. В том случае, когда приток пара из сопла 2 в периферийную кольцевую полость 6 имеет непрерывный характер, указанные центростремительные паровые потоки становятся стационарными.

Наличие переносного вращательного движения и относительного поступательного движения паровых масс вызывает появление кориолисовых сил инерции, которые, будучи приложенными к внутренним поверхностям радиальных каналов 4 (трубок

7, 8) развивают вращающий момент, совпадающий по направлению с направлением вращения рабочего колеса 3. Поскольку давление пара в слоях, находящихся дальше от оси вращения, больше, чем давление пара в слоях, находящихся вблизи от оси вращения,,движение пара из периферийной кольцевой полости 6 в полую ступицу 5 сопровождается его адиабатным расширением (вдоль направления движения) и производством соответствующей работы. Одновременно происходит и гашение переносной скорости пара, так как окружная скорость любого слоя пара находится в линейной!

О

55 зависимости от радиуса вращения и, следовательно, по мере приближения слоя к оси вращения уменьшается.

Таким образом, принцип действия центростремительной паровой турбины предусматривает двухстадийное преобразование потенциальной энергии пара, поступающего в турбину, в работу.

На первой стадии часть потенциальной энергии пара преобразуется в сопле 2 в кинетическую энергию потока, которому сообщают круговое движение относительно оси турбины. На этой стадии никакой внешней работы турбина не производит.

Поступление пара в периферийную кольцевую полость 6 турбины нарушает механическое равновесие в паровой среде, заполняющей рабочее колесо 3 и вращающейся с ним как одно целое, вследствие чего в турбине возникают центростремительные паровые потоки. Центростремительные потоки пара сопровождаются его адиабатным расширением, что соответствует второй стадии преобразования потенциальной энергии пара в работу. Поскольку, однако, на этой стадии работа производится против центробежных сил инерции (т. е. внутренних сил), она является фиктивной.

Как расширение пара в сопле 2, так и расширение пара в радиальных каналах (трубках 7, 8) рабочего колеса непосредственно с производством действительной внешней работы не связано. Действительная работа, производимая турбиной, является побочным результатом фиктивной работы и связана с переносом вращающихся относительно оси турбины паровых масс из зоны больших окружных скоростей в зону меньших. Укаэанная работа производится кориолисовыми силами инерции и количественно эквивалента сумме, состоящей из той энергии, которая была затрачена на разгон массы пара на первой стадии, и той энергии, которая была затрачена на второй стадии, в процессе преодоления центробежных сил, т. е. в процессе адиабатного расширения радиального парового потока.

Отработанный пар из полой ступицы 5 отводится через выходной патрубок в конденсатор.

Таким образом, выполнение периферийной кольцевой полости с постоянной площадью поперечного сечения и радиальных каналов с определенным количеством рядов трубок позволяет создать турбину со сравнительно небольшими удельными потерями энергии с выходной скоростью и габаритными размерами. Отсутствие в турбине направляющих и рабочих лопаток обтекаемого профиля и синхронное вращение рабочего колеса и паровой среды приводит к уменьшению внутренних потерь и увеличению внутреннего относительного КПД турбины, а также повышению надежности работы. Одновременно за счет использования сухого

1038489 фиг. 2 насыц:,енного пара (вместе перегретого в обычных турбинах), при условии нагрева конденсата в экономайзере, термический

КПД цикла ewe больше возрастает.

Кроме того, предлагаемая турбина конструктивно проще известных турбин, что уменьшает удельную трудоемкость ее изготовления.

1038489

Составитель В. Гуторов

Редактор Н. Безродная Техред И. Верес Корректор Ю. Макаренко

Ти.раж 535 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4