Паротурбинная установка
Иллюстрации
Реферат
1. ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА , содержащая переключающий клапан. и трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной 1астью, на входе первого из ярусов которой размещена улитка с патрубком подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса подключен к патрубку подвода пара первого яруса, отличающаяс я тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов, повышения экономичности и маневренности, улитка снабжена запорным органом, а переключающий клапан установлен на трубопроводе-ресивере . 2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным трубопроводомресивером , вход второго яруса снабжен дополнительной улиткой с патрубком подвода пара, и запорным органом , патрубок отвода пара первого яруса подключен к патрубку подвода пара дополнительной улитки через а переключающий клапан, дополнительно сл установленный на дополнительном трубопроводе-ресивере, а последний подключен к турбине низкого давления . 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок подвода пара основной улиткиподключен к трубопроводу свежего пара. 4.Установка по пп. 2 и 3, о ту л и чающая с я тем, что патрубок подвода пара дополнительной vj улитки подключен к трубопроводу P свежего пара. S5 х
СОЮЭ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н AST0PCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3445038/24-06 (22) 27.05.82 (23) 16 ° 12,81 (46) 18.01.84. Бюл. )) 2 (72) Е.В. Мячин и Г.И. Калиш (71) Ленинградский ордена Ленина кораблестроительный институт (53)621.165(088.8) (56) 1. Зайцев 10.И. Основы проектирования судоных паровых. турбоагрегатон. Л., "Судостроение", 1974, с. 32-40, рис. 58.
2. Курзон А.Г. Теория судовых паровых и газовых турбин. Л.„ "Судостроение", 1970, с. 481-490, рис, vI 26.
3. Авторское свидетельство СССР
)) 381797, кл. Г 01 D 7/02, 1970; (54 ) (57 ) 1 . ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, содержащая переключающий клапан и трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной астью, на входе первого из ярусов которой размещена улитка с патрубком подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса
3(5g F 01 D 7/02, F 01 D 1/04. подключен к патрубку поднода пара первого яруса, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов, повышения экономичности и маневренности, улитка снабжена запорным органом, а переключающий клапан установлен на трубопроводе-ресивере.
2 . Установка по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что она снабжена дополнительным трубопроводомресивером, вход второго яруса снабжен дополнительной улиткой с патрубком подвода пара и запорным органом, патрубок отнода пара первого яруса подключен к патрубку подвода
O пара дополнительной улитки через переключающий клапан, дополнительно установленный на дополнительном трубопроводе-ресивере, а последний подключен к турбине низкого давления.
3. Установка по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что патрубок подвода пара основной улитки подключен к трубопроводу снежего пара.
4. Устанонка по пп. 2 и 3, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что патрубок подвода пара дополнительной улитки подключен к трубопроводу свежего пара.
1067228
Изобретение относится к турбино строению и может -быть использовано в составе паротурбинных установок большой мощности различного типа и назначения, в частности транспортных (судовых) энергетических установок, например пассажирских судов, отличающихся широким спектром.режи мов работы.
Известна паротурбинная установка со специальными ступенями малых ходов, расположенными в корпусе . высокого давления между регулировочным колесом и ступенями полного хода,.обводимыми на режиме полного хода (внутренний или внешний обвод), 15 и включаемыми в работу лишь на малых ходах 11.
Такое конструктивное исполнение паровой турбины-имеет существенные недостатки: увеличечная длина рото- 2О ра, приводящая к заметному увеличению осевого габарита и веса агрегата; для обеспечения запаса по критическому числу оборотов ротора в, этом случае необходимо увеличивать диаметры шеек ротора, что приводит к большим протечкам через диафрагменные уплотнения и увеличенным утечкам через концевые уплотнения;. необходимость сокращения числа сту- щ пеней в группах приводит к .снижению экономичности. турбины на всех режимах, невозможность обеспечения большого набора режимов без дросселирования пара, которое является одним из наименее экономичных способов регулирования, потери мощности на трение и вентиляцию в обводных ступенях малых ходов дополнительно снижают экономичность полных ходов, низкая окружная скорость, уменьшенный диаметр облопатывания ступеней малого хода снижают эффективность работы этих ступеней на режимах долевых нагрузок.
Известна также паротурбинная ус- 45 тановка, в паровом.турбоагрегате которой, содержащем корпуса высоко1о. и низкого давления, турбина высо.- кого давления выполнена двухпроточной, один из протоков которой образо- 5() ван ступенями малого хода, другой ступенями полного хода.
Такое конструктивное исполнение турбоагрегата обеспечивает некоторую гибкость системы управления, расширение набора режимов без дросселирования пара и работу обоих протоков на всех режимах одновременно (параллельно — на режиме полного хода или последовательно †. на малых 60 ходах). Тем самым исключаются потери мощности яа трение и вентиляцию в ступенях малых ходов 2 .
Недостатками этой паротурбинной установки являются увеличенная дли- g5 на ротора и вызванные этим указанные ранее конструктивные ограничения, ведущие к снижению экономичности работы турбины высокого давления и турбоагрегата, трудность обеспечения равномерного теплового состояния турбины, приводящая к тепловым деформациям и соответственно к снижению .маневренности всего агрегата, дополнительные потери, обусловленные перетечкой пара через промежуточную диафрагму между протоками.
Известна паротурбинная установка, содержащая переключающий клапан, трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной частью, на входе первого яруса которой размещена улитка с патрубком подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса подключен-к патрубку подвода пара . 3$.
Такое техническое решение предназначено для использования в па-.
Ф ротурбинных установках с промежуточным перегревом пара, поэтому отключение по пару одного из ярусов при работе другого не предусматривается, а их работа параллельным потоком пара одинаковых параметров вообще невозможна. Без существенных изменений данная установка не может быть использована в составе парового турбоагрегата с широким спектром режимов работы.
Цель изобретения — уменьшение веса и габаритов, повышение экономичности и маневренности.
Указанная цель достигается тем, что в паротурбинной установке, содержащей переключающий клапан и трубопровод свежего пара, подключенный к турбине высокого давления с регулирующей ступенью и двухярусной проточной частью, на входе первого из ярусов которой размещена улитка с патрубком. подвода пара, а патрубок отвода пара этого яруса сообщен трубопроводом-ресивером с турбиной низкого давления, при этом патрубок отвода пара второго яруса подключен к патрубку подвода пара первого яруса, улитка снабжена запорным органом, а переключающий клапан установлен на трубопроводе-ресивере.
Установка снабжена дополнительным трубопроводом-ресивером, вход второго яруса снабжен дополнительной улиткой с патрубком подвода пара и запорным органом, патрубок отвода пара первого яруса подключен к патрубку подвода пара дополнительной
1067228
Паротурбинная установка в зависимости от положения. клапанов работает следующим образом.
При закрытых обводных клапанах
17 и 28 (или их отсутствии) свежий пар по трубопроводу 1 свежего пара от маневрового устройства 2 через сопловые клапаны 3 (или помимо них) поступает в регулирующую ступень
5 и далее через окна .18 и 23 при соответствующем открытии эапорных клапанов 19 и 24 в ярусы 6 и 13 двухярусной проточной части ТВД 4, Из ТВД 4 через также соответственно открытые переключающие клапаны
14 и 25 и трубопроводы-ресиверы 10 и: 20 пар подводится в ТНД 11. При этом в зависимости от положения запорных клапанов 19 и 24 и переключающих клапанов 14 и 25 осуществляются различные режимы работы установки в целом.
Режим А. Запорные клапаны 19 и
24 открыты, переключающие клапаны
4.4 и 25 в положении О,. Пар одинако.. улитки через переключающий клапан, дополнительно установленный на дополнительном трубопроводе-ресивере, а последний подключен к турбине,низкого давления, при этом патрубок подвода пара основной улитки подключен к трубопроводу свежего пара, а патрубок подвода пара дополнительной улитки подключен к трубопроводу свежего пара.
На фиг. 1 представлена принципи- 10 альная схема установки с одной улиткой; на фиг. 2 - то же, с двумя улитками, на фиг. 3 — сечение A-A на фиг. 2у на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 — пример выпол- 15 . нения запорного органа в риде поворотной диафрагмыу на фиг. 6 — турбина высокого давления, продольный разрез.
Паротурбинная установка (фиг. 1) содержит трубопровод 1 свежего пара с установленным на нем маневровым устройством (главный стопорный клапан) 2 и сопловыми клапанами 3 и подключенным к турбине 4 высокого 25 давления (ТВД) с регулирующей ступенью 5 и двухярусной проточной частью, на входе. первого (например, нижнего) яруса 6 которой размещена улитка 7 с патрубком 8 подвода пара, а патрубок 9 отвода пара этого яруса 6 сообщен трубопроводомресивером 10 с турбиной 11 низкого давления- (ТНД). Патрубок 12 отвода пара второго яруса 13 (например, верхнего) подключен через переключающий клапан 14 трубопроводом 15 к патрубку 8 подвода пара, а последний трубопроводом 16 через обводной клапан 17 сообщен с трубопроводом
1 свежего пара. Улитка 7 имеет ок! но 18, в Мотором установлен запорный орган (клапан) 19, Установка (фиг. 2) снабжена дополнительным трубопроводом-ресивером 20, а на входе второго (верхне- 45 го) яруса 13 установлена дополнительная улитка 21 с патрубком 22 подвода пара> в окне .23 которой установлен запорный орган (клапан)
24. Патрубок 9 отвода пара первого 50 яруса 6 подключен к патрубку 22 подвода пара дополнительной улиюки 21 через дополнительный переключающий клапан 25, который трубопроводом 26 подключен к патрубку 22 подвода па- 55 .ра, а последний трубопроводом 27 через обводной клапан 28 сообщен с трубопроводом 1 свежего пара.
Из условий компоновки установки в целом патрубки 8 и 22 подвода па- 60 ра, окна 18 и 23 с запорными клапанами 19 и 24 разнесены по окружности (фиг. 3 и 4-). Этим достигается также компактноств сочетания ,улиток 7 и 21 для подвода пара в 65 двухярусную проточную часть. С той же целью число ступеней во втором (верхнем) ярусе 13 может выполняться меньше, чем в первом (нижнем) ярусе 6. Конструктивное исполнение запорных клапанов и их размещение в ТВД .4 осуществлено по примеру известных конструкций (фиг. 6). Здесь приведен пример исполнения ТВД 4 с одним патрубком 22 подвода пара в двухярусную проточную часть. В отличие от рассмотренной схемы (фиг. 1) патрубок 22 подвода пара с улиткой
21, окнами 23 и запорным клапаном
24 подключен к верхнему ярусу. 13 двухярусной проточной части.
Запорный орган 19 улитки 7 может быть также выполнен в виде поворотной диафрагмы (фиг. 5) по примеру известных диафрагм регулируемых отборов.
В качестве переключающих клапанов
14 и 25 могут быть использованы известные конструктивные решения.
При проектировании проточных частей турбин данной установки не пояа ляется никаких дополнительных ограничений по сравнению с условиями проектирования известных конструктивных решений. Основные принципы проектиро-.. вания, предусматривающие возможность получения требуемых характеристик турбоагрегата в целом и высоких зиачений его КПД на различных режимах, излагаются в литературе t1) и (2j. При этом следует заметить, что проточные части каждого иэ ярусов 6 и 13 на номинальном ("базовом") режиме могут рассчитываться на различные расходы, т.е. выполняться с различной пропускной способностью, а также с различными начальными параметрами на входе.
-.1067228 вых параметров через окна 18 и 23 поступает в улитки 7 и 21, затем параллельным потоком — в нижний и верхний ярусы 6 и 13 двухярусной проточной части. После расширения в ТВД 4 по патрубкам 9 и 12 отвода пара, переключающим клапанам 14 и 25 и трубопроводам-ресиверам 10 и
20 пар подводится в ТНД 11, Режим Б. Запорный клапан 24 открыт, запорный клапан 19 закрыт, дополнительный переключающий клапан
25 в положении О., переключающий кла пан 14 в положении b . Пар через, окна 23 поступает в дополнительную улитку 21, затем расширяется во вто- 15 ром (верхнем) ярусе 13.и отводится по патрубку 12, далее через переключающий клапан 14, трубопровод 15 возвращается в ТВД 4. По патрубку 8 поцвода пар через улитку 7 поступа- 20 ет в нижний ярус 6, где после расширения отводится по патрубку 9 из
ТВД . 4 и через дополнительный переключающий клапан 25 по трубопровсдам-ресиверам 10 и 20 направляется 75 для расширения в ТНД 11. ,Режим В. Запорный клапан 24, закрыт, запорный клапан 19 открыт, клапан 25 в положении Г, переклг— чающий клапан 14 в положении p.. .Pa- 3p бота установки осуществляется аналогично режиму Б с последовательным расширением пара в ярусах 6 и 13 двухдвухярусной проточной части. Отличие состоит в том, что сначала. расширение осуществляется в нижнем ярусе 6, а затем — в верхнем ярусе 13.
Режим Г. Запорный клапан 24 открыт, запорный клапан 19 закрыт, переключаюцие клапаны 14 и 25 в положении С(. Пар через окно 23 посту- 4О пает в дополнительную улитку 21, эа« затем расширяется в верхнем ярусе
13 и отводится по патрубку 1Ъ далее через переключающий клапан 14, трубопровод-ресивер 10 направляет- 45 ся в ТНД 11. Нижний ярус б практически не участвует в выработке полезной механической энергии.
Режим Д. Запорный клапан 24 50 закрыт, запорный клапан 19 открыт, переключающие клапаны 14 и 25, в положении A.. Работа агрегата осуществляется аналогично режиму Г. Отличие состоит в перемене ролей верх- 55 него и нижнего ярусов 13 и б в выработке полезной механической энергии.
Работа турбоагрегата в группе режимов А, Б и В идентична известным 60 схемам регулирования с параллельнопоследовательным током пара. Группа режимов Г и Д идентична схемам регулирования с внутренним обводом стугеней (турбин) малых ходов. 65
При открытых обводных клапанах
17 и 28 работа турбоагрегата осуцествляется аналогично рассмотренной группе режимов Л, Б, В, Г и Д.
Здесь дополнительно используются свойства схем регулирования с внешним обводом.
В сочетании с сопловыми клапанами 3 для установки обеспечивается принципиально неограниченный набор возможных комбинаций регулирования, включающий известные способы увеличения экономичности переменных .режимов работы. Выбранный спектр режимов устанавливается целесообразностью в конкретных условиях проектирования .
Использование внешнего обвода (т.е. обводного клапана 17) позволяет дополнительно осуцествлять параллельную работу ярусов б и 13 с различными параметрами на входе (открыты сопловой и обводной клапаны 3 и 17, эапорный клапан 19 — закрыт) .и режим Д с внешним обводом регулирующей ступени 5 (сопловой клапан 3 закрыт).
Паротурбинная установка, ТВД 4 которой имеет один патрубок 8 или 22 подвоца пара к двухярусной проточной части помимо регулирующей ступени 5 и один переключающий клапан 14 или
25, имеет более узкий спектр режимов работы. Однако следует учитывать, чтд сокращение количества патрубков
9 и 22 подвода и переключающих клапанов 14 и 25 упрощает конструкцию и регулирование турбины, повышает его надежность.
Выполнение паровой турбины с обводными клапанами 17 и 28, соединяющими патрубки подвода пара в двухярусную проточнуго часть помимо регулирующей ступени непосредственно с маневровым устройством, дополнительно позволяет использовать свойства схем с внешним обводом.
Применение в ТВД двухярусной проточной части позволяет выполнить турбину со сниженными массо-габаритными показателями и улучшенными маневренными качествами, применять развитые проточные части, что приводит к повышению экономичности работы на всех режимах, снизить диаметры шеек ротора корпуса высокого давления и тегл самым уменьшить протечки через диафрагменные и концевые уплотнения. Снабжение улиток патрубков подвода пара к двухярусной проточной части помимо регулирующей ступени окнагли с запорными органами и подсоединение патрубков отвода пара к переключающим клапанам, соединенным трубопроводами с патрубками подвода пара в двухярусную проточную часть и турбину
1067228
10 низкого давления, обеспечивает возможность работы турбоагрегата с отключением по пару одного из ярусов при работе другого, с последовательным потоком пара в ярусах и с параллельным потоком пара оди".. наковых параметров. Подключение патрубков подвода пара к двухярусной проточной части через обводные клапаны к маневровому устройству позволяет дополнительно использовать свойства схем регулирования с внешним обводом. В целом в соче- тании с сопловыми клапанами обес.печиваются практически все необхо-, димые режимы работы турбины без дросселирования пара и, таким образом, значительно повышается его экономичность, особенно на долевых нагрузках. При этом на режимах с параллельно-последовательным током пара ликвидируются значительные по величине потери на трение и вентиляцию. 1067228
1067228 фиГ 6
ВНИИПИ Заказ 11172/38 .,Тираж 508 Нодписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,. Ул. Проектная, 4