PL194000B1 - Zintegrowane regulacyjne urządzenie upustowe do turbiny parowej - Google Patents

Abstract

1. Zintegrowane regulacyjne urzadzenie upu- stowe do turbiny parowej, które zawiera czesc stala przypominajaca wygladem diafragme i zawierajace czesc dolna wienca lopatkowego pomiedzy we- wnetrznym pierscieniem i zewnetrznym pierscie- niem oraz zawierajace ruchoma czesc górna cze- sci stalej i skladajace sie z wienca kierujacego zawierajacego czesc górna wienca lopatkowego pomiedzy wewnetrznym pierscieniem i zewnetrz- nym pierscieniem, gdzie wieniec, w zaleznosci od swojego polozenia katowego, calkowicie lub cze- sciowo tamuje przeplyw pary w kierunku z góry na dól lub w ogóle go nie tamuje, i dolna powierzchnia wienca wewnetrznego i zewnetrznego pierscienia jest poddana dzialaniu wyzszego cisnienia, zna- mienne tym, ze co najmniej jedna czesc górnej powierzchni zestawu, utworzonego z wewnetrz- nego i zewnetrznego pierscienia (22, 23) wienca kierujacego (15, 31, 51) polaczona jest z dolnym obszarem górnej czesci (21) wienca lopatkowe- go (21, 12), gdzie panuje nizsze cisnienie (P2). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zintegrowane regulacyjne urządzenie upustowe do turbiny parowej. Wynalazek dotyczy dziedziny związanej z turbinami parowymi i dotyczy urządzenia dostosowanego do turbin parowych z kontrolowanym upustem pary w turbinach, ogólnie zwanych turbinami z kontrolowanym upustem pary.

Turbiny tego typu mają zastosowanie w wielu procesach przemysłowych łączących wytwarzanie energii elektrycznej z regulacją ciśnienia w sieci przewodów parowych. Sieć przewodów parowych jest zasilana poprzez upust pary w stopniu rozprężającym turbiny. Zespól kontroli upustu kontroluje ciśnienie upustu (pary), które może być mierzone, w celu jego regulacji, albo w pobliżu zespołu kontrolującego albo we względnie odległym punkcie sieci.

W stanie techniki, zespoły kontroli upustu są różnego typu i dostosowane są do różnych typów turbin, i w szczególności mogą składać się z zaworu regulacyjnego (sterującego) lub zaworu zasuwowego.

Zawór regulacyjny znajduje się na zewnątrz przepływu pary i działa jak standardowy zawór regulacyjny. Chociaż teoretycznie nie ma on ograniczonego zakresu ciśnienia upustu, niemniej jednak posiada tę niedogodność, że wymaga miejsca do instalacji rozciągającego się wzdłuż osi i to generalnie powoduje straty.

Zawór zasuwowy posiada część stałą i część obrotową. Jest on zamontowany pomiędzy dwoma kolejnymi stopniami turbiny. W odniesieniu do fig. 1, która pokazuje zawór zasuwowy, część obrotowa (wieniec kierujący) 2a zbudowana jest z dwóch współśrodkowych pierścieni, nazwanych wewnętrznym pierścieniem 21a i zewnętrznym pierścieniem 20a, zaś pomiędzy nimi znajduje się część górna wieńca łopatkowego 22a. Część stała, podobna do diafragmy, zawiera tylko część dolną 12 wieńca łopatkowego pomiędzy zewnętrznym pierścieniem 121 a wewnętrznym pierścieniem 122. Przy całkowitym otwarciu, zawór zasuwowy przypomina standardową diafragmę.

Taki układ przedstawiony jest na rozwiniętych przekrojach zaworu zasuwowego wieńca łopatkowego pokazanego na fig.2 (przy całkowitym otwarciu), na fig.3 (przy częściowym otwarciu) i na fig. 4 (przy całkowitym zamknięciu). Strzałka f pokazuje kierunek napływu pary.

Jeżeli P1 jest wyższym ciśnieniem (fig. 1) a P2 niższym ciśnieniem w strumieniu pary za wieńcem kierującym 2a, tylko dolna (tylna) powierzchnia łopatek 22a jest poddana działaniu niższego ciśnienia P2 a pozostała tylna powierzchnia oraz powierzchnia czołowa (górna powierzchnia) wieńca kierującego 2a, poddane są działaniu wyższego ciśnienia P1.

Kiedy wieniec 2 a jest całkowicie otwarty, tak jak to pokazano na fig. 2, wyższe i niższe ciśnienie jest takie same i jest to ciśnienie jakie oddziaływuje na dolną powierzchnię łopatek 22a oraz na stałe łopatki 12. Jednak, jeśli strumień pary jest nieco zatamowany (fig. 3), występują straty i niższe ciśnienie P2 jest mniejsze od wyższego ciśnienia P1, które dociska wieniec kierujący do części stałej zaworu zasuwowego. To jest szczególnie ważne w przypadku całkowitego zamknięcia (fig. 4), gdzie niższe ciśnienie P2 jest na przykład ciśnieniem skraplającym.

Odpowiednio, regulacyjne urządzenie upustowe powyższego rodzaju posiada tę niedogodność, że ciśnienie upustu jest ograniczone w przybliżeniu od 1do 1,2 MPa (10 do 12 barów). Dzieje się tak dlatego, gdyż w aktualnym układzie przedstawionym na fig. 1, ciśnienie silnie oddziaływujące na wieniec kierujący 2a jest pochłaniane na skutek tarcia o powierzchnie pomiędzy wieńcem a częścią stałą, powoduje w nim obieg niedopuszczalnego ciśnienia gdy ciśnienie upustu staje się za wysokie.

Zgodnie z wynalazkiem zintegrowane regulacyjne urządzenie upustowe do turbiny parowej zawiera część stałą podobną do diafragmy oraz zawiera część dolną wieńca łopatkowego pomiędzy wewnętrznym pierścieniem i zewnętrznym pierścieniem i część ruchomą wyżej części stałej, i tworzy wieniec kierujący zawierający górną część wieńca łopatkowego pomiędzy wewnętrznym pierścieniem i zewnętrznym pierścieniem, gdzie wieniec, zgodnie z jego położeniem kątowym, całkowicie lub częściowo tamuje przepływ pary w kierunku z góry na dół lub w ogóle go nie tamuje i powierzchnia dolna wieńca kierującego wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia jest poddana wyższemu ciśnieniu, gdzie urządzenie to charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna część górnej powierzchni zestawu utworzonego z wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia wieńca kierującego połączona jest z dolnym obszarem górnej części wieńca łopatkowego, gdzie panuje niższe ciśnienie.

Urządzenie korzystnie zawiera co najmniej jedną część tworzącą element przeciw-oporowy z co najmniej częścią górnej powierzchni zestawu utworzonego z wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia wieńca kierującego z założonym małym prześwitem, gdzie wieniec kierujący zawiera co najmniej

PL 194 000 B1 jeden pierścieniowy rowek otwarty od strony czołowej co najmniej jednej części tworzącej element przeciw-oporowy, i co najmniej jeden kanał łączący rowek z dolnym obszarem górnej części wieńca łopatkowego wieńca kierującego, gdzie panuje niższe ciśnienie.

Korzystnie co najmniej jeden kanał jest otwarty od dolnego zagłębienia od dolnej strony górnej części wieńca łopatkowego wieńca kierującego.

A zatem, wynalazek stwarza możliwość podwyższenia maksymalnego ciśnienia, dzięki zastosowaniu regulacyjnego urządzenia upustowego pary.

Co więcej, wynalazek powoduje tylko niewielki wzrost ogólnych rozmiarów w porównaniu ze standardowym zaworem zasuwowym.

W pierwszej postaci wykonania wynalazku część przeciw-oporowa znajduje się na obrzeżu części stałej.

W drugiej postaci wykonania wynalazku część przeciw-oporowa znajduje się na poziomie wewnętrznej średnicy otworu części stałej.

W trzeciej postaci wykonania wynalazku urządzenie zawiera dwie części przeciw-oporowe, jedna z nich znajduje się na obrzeżu części stałej a druga z nich na poziomie centralnej strefy.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 5 przedstawia uproszczony schematyczny widok z boku pierwszego przykładu wykonania regulacyjnego urządzenia upustowego pary według wynalazku, fig. 6 przedstawia uproszczony schematyczny widok perspektywiczny przykładu wykonania ruchomej części urządzenia pokazanego na fig. 5, fig. 7 przedstawia uproszczony schematyczny widok z boku drugiego przykładu wykonania urządzenia według wynalazku, fig. 8 przedstawia uproszczony schematyczny widok perspektywiczny przykładu wykonania ruchomej części urządzenia pokazanego na fig. 7, fig. 9 przedstawia uproszczony schematyczny widok z boku trzeciego przykładu wykonania urządzenia według wynalazku, i fig. 10 przedstawia uproszczony schematyczny widok perspektywiczny przykładu wykonania ruchomej części urządzenia pokazanego na fig. 9.

Pierwszy przykład wykonania regulacyjnego urządzenia upustowego 10 według wynalazku zostanie opisany w odniesieniu do uproszczonych schematów przedstawionych na fig. 5 i 6.

Generalną zasadą przyjętą w opisie jest to, że przepływ pary w regulacyjnym urządzeniu upustowym odbywa się od strony lewej do prawej. Innymi słowy, górna powierzchnia urządzenia jest jego lewą powierzchnią a dolna powierzchnia urządzenia jest jego prawą powierzchnią.

Ogólnie, urządzenie regulujące upust pary 10 (przepływ odbywa się w kierunku oznaczonym strzałką f) składa się z części stałej 11, która wyglądem przypomina diafragmę. Część stała 18 składa się wyłącznie z dolnej części 12 wieńca łopatkowego. Diafragma ma budowę pierścienia zawierającego zewnętrzny pierścień 121 i wewnętrzny pierścień 122.

Dolna część 12 wieńca łopatkowego jest zamocowana do zewnętrznego i wewnętrznego pierścienia 121,122. Otwór wewnętrznego pierścienia 122 jest wyposażony w uszczelnienia 13 w celu wyeliminowania przecieku dolnego strumienia pary. Obrzeże pierścienia 121 posiada zewnętrzny występ 14 w celu umieszczenia zintegrowanego regulacyjnego urządzenia 10 wewnątrz turbiny. Urządzenie 10 posiada także część ruchomą składającą się z wieńca kierującego 15.

Wieniec kierujący 15, tzn. część, która jest przedstawiona osobno i w perspektywie na fig. 6, składa się z dwóch współśrodkowych pierścieni, nazwanych pierścieniem wewnętrznym 22 i pierścieniem zewnętrznym 23, gdzie górna część 21 wieńca łopatkowego 12, 21 znajduje się między nimi.

Urządzenie 10 składające się z części stałej 11 i wieńca kierującego 15 tworzy zamknięty zespół obrotowy.

Wieniec kierujący 15 obraca się wokół osi turbiny (maszyny) i jest podparty prowadnicą 17 w części stałej 11. Ciśnienie silnie oddziaływuje w kierunku z góry na dół dociskając wieniec kierujący 15 do części stałej 11, przeciwnie do wewnętrznej i zewnętrznej ciernej pierścieniowej powierzchni oparcia 18, 19 części stałej 11.

Poprzez otwory równoważące ciśnienie 16, ciśnienie oddziaływuje na tylną powierzchnię wewnętrznego pierścienia 22 wieńca kierującego 15 i jest to wyższe ciśnienie P1.

Zgodnie z wynalazkiem, ciśnienie oddziaływuje na przynajmniej część górnej powierzchni złączonych wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia 22 i 23 wieńca kierującego 15 i jest to ciśnienie P2 strumienia pary przepływającej dołem górnej części 21 wieńca łopatkowego 12, 21, i jest częściowo lub całkowicie wyrównywane (kompensowane), lub nawet przekompensowane, i silnie oddziaływuje na wieniec kierujący 15 w kierunku z góry na dół, w wyniku różnicy ciśnień P1-P2 pomiędzy górną

PL 194 000B1 i dolną powierzchnią górnej części 21 wieńca łopatkowego. Wyrównanie (kompensacja) zależy od strefy oddziaływania niższego ciśnienia P2.

W końcu, pierścieniowy rowek 114 w górnej powierzchni zewnętrznego pierścienia 23 wieńca kierującego 15 jest połączony poprzez kanał 115 z częścią dolnego przepływu strumienia pary w górnej części 21 wieńca łopatkowego, gdzie panuje ciśnienie P2 (patrz fig. 5). Dolna powierzchnia górnej części 21 wieńca łopatkowego korzystnie zawiera dolne zagłębienie 113 i kanał 115 kończący się w miejscu zagłębienia 113. Pierścieniowy rowek 114, który jest otwarty od strony zewnętrznej zewnętrznego pierścienia 23, jest zamknięty poprzez część przeciw-oporową 110 połączoną z częścią stałą 11 i przysłania część górną powierzchni zewnętrznego pierścienia 23, z założonym małym prześwitem 116.

W wyniku jednego lub więcej kanałów 112 w części 110, ciśnienie oddziaływuje na tylną powierzchnię zewnętrznego pierścienia 23 i jest to wyższe ciśnienie P1. Część 110 jest połączoną z częścią stałą 11 poprzez śruby 111. Część przeciw-oporową 110 zamykając rowek 114, przysłania górną powierzchnię zewnętrznego pierścienia 23, z małym prześwitem 116, wzdłuż zewnętrznej i wewnętrznej pierścieniowej powierzchni 117 i 118 z rowkiem 114 pomiędzy nimi.

Zaletą wynalazku jest to, że ciśnienie w rowku 114 jest niższym ciśnieniem P2 i wielkość rowka 114 może być obliczona w ten sposób, że jest ona mniejsza, równa lub większa od dolnej powierzchni górnej części 21 wieńca łopatkowego, gdzie panuje niższe ciśnienie P2, które jest maksymalne przy całkowitym zamknięciu, tak jak to przedstawiono na fig. 4.

Jest zatem możliwe częściowe wyrównanie lub nawet przekompensowanie sił działających na wieniec w kierunku z góry na dół, skutkiem czego zmniejsza się ciśnienie oddziaływujące na wieniec 15 na powierzchnie oparcia 18, 19. To umożliwia zwiększenie ciśnienia upustu.

Założony mały prześwit 116, który jest oczywiście niezbędny, generuje ciągły przepływ pary, która jest odprowadzana przez kanał 115. Ten ciągły przepływ ma tę zaletę, że gwarantuje przepływ zapobiegający przegrzaniu w dalszych dolnych stopniach turbiny, niezależnie od stopnia zamknięcia wieńca kierującego 15.

Drugi przykład wykonania urządzenia 30 według wynalazku, będzie opisany w odniesieniu do uproszczonych schematów przedstawionych na fig.7 i 8.

Elementy uprzednio opisane w odniesieniu do fig.5 mają te same oznaczenia. Jedynie części charakterystyczne dla drugiego przykładu wykonania opisane są poniżej.

W tym przykładzie wykonania według wynalazku, część przeciw-oporowa 310 umieszczona jest na poziomie prowadnicy 17 w części stałej 11, na przykład na wysokości otworu ruchomego wieńca kierującego 31. Obrzeże wieńca kierującego 31 jest przez to wolne. W niektórych przypadkach, a w szczególności kiedy ogólny wymiar w środku jest mały, może być na przykład przewidziane ramię sterujące potrzebne do obracania wieńca kierującego 31. Górny pierścieniowy rowek 311 jest więc umieszczony w środkowej części ruchomego wieńca kierującego 31, na przykład na wewnętrznym pierścieniu 22 i pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną środkową pierścieniową górną powierzchnią 313, 314.

Kanały równoważące ciśnienie 312 poprzez część przeciw-oporową 310 są na tej samej wysokości co otwory równoważące ciśnienie 16 w wewnętrznym pierścieniu 22 wieńca kierującego 31, przez co ułatwiają wymianę przepływu pary pomiędzy górną stroną części przeciw-oporowej 310 i dolną stroną wewnętrznego pierścienia 22.

Prześwit 316 jest przewidziany pomiędzy częścią przeciw-oporową 310 a wieńcem kierującym 31 na wysokości zewnętrznego i wewnętrznego spodu pierścieniowej górnej powierzchni 313 i 314.

Część stała 11 i część przeciw-oporową 310 tworzą jedną całość. A zatem nie jest konieczne stałe zamocowanie obydwu części ze sobą. Urządzenie 30 montuje się szybciej, ponieważ wyeliminowano czynność łączenia ze sobą dwóch części (na przykład części przeciw-oporowej 310 i części stałej 11).

W wyniku kanałów przelotowych 315 w wieńcu kierującym 31, ciśnienie w pierścieniowym rowku 311 jest tym samym niższym ciśnieniem P2 jakie panuje w dolnych zagłębieniach 113.

Pierścieniowy rowek 311 znajduje się w górnej powierzchni wewnętrznego pierścienia 22 wieńca kierującego 31.

Trzeci przykład wykonania urządzenia 50 według wynalazku będzie opisany w odniesieniu do uproszczonych schematów przedstawionych na fig.9 i 10.

Elementy uprzednio opisane w odniesieniu do fig.5 mają te same oznaczenia. Jedynie części charakterystyczne dla trzeciego przykładu wykonania wynalazku opisane są poniżej.

PL 194 000 B1

Trzeci przykład wykonania wynalazku jest kombinacją pierwszego i drugiego przykładu wykonania wynalazku, które są opisane powyżej.

Bardziej szczegółowo, regulacyjne urządzenie upustowe 50 składa się z dwóch przeciw-oporowych części 52, 53. Pierwsza część przeciw-oporowa 52, umieszczona jest na wysokości otworu w wieńcu kierującym 51, i część 11 stanowi pojedynczy element. Druga część przeciw-oporowa 53 jest zamocowana do obrzeża części stałej 11, na przykład poprzez śruby 54. Urządzenie 50 może być zainstalowane i nawet jeśli dostępna powierzchnia jest mała, to przewidziana jest ta sama ilość miejsca na poziomie obrzeża wieńca kierującego 51 i na poziomie otworu w wieńcu kierującym.

Regulacyjne urządzenie upustowe tego rodzaju, ma tę zaletę, że umożliwia jednakowe rozłożenie siły ciśnienia w kierunku z góry na dół na wewnętrznym i zewnętrznym pierścieniu 22 i 23 wieńca kierującego 51. Również, obie części przeciw-oporowe 52,53 także rozkładają siłę ciśnienia w kierunku z dołu w górę na ich czynnych powierzchniach (na przykład powierzchnie czołowe wieńca kierującego 51).

Prześwit 55 jest przewidziany pomiędzy dwoma częściami przeciw-oporowymi 52,53 i ruchomym wieńcem kierującym 51 na wysokości odniesionej do zewnętrznych i wewnętrznych pierścieniowych górnych powierzchni 56, 57, 58, 59.

Każda z części przeciw-oporowych 52,53 posiada jeden albo więcej odpowiednich kanałów przelotowych 510b, 510a równoważących ciśnienie.

Zewnętrzny pierścień 23 wieńca kierującego 51 posiada na swojej górnej powierzchni zewnętrzny pierścieniowy rowek 511, zaś wewnętrzny pierścień 22 posiada na swojej górnej powierzchni wewnętrzny pierścieniowy rowek 512. Rowki są zamknięte poprzez części przeciwoporowe 53, 52, z niezbędnym założonym prześwitem 55. Każdy zewnętrzny i wewnętrzny górny pierścieniowy rowek 511, 512 połączony jest z przynajmniej jednym dolnym zagłębieniem 113 poprzez przynajmniej jeden dośrodkowy pierwszy kanał 513 i przynajmniej jeden odśrodkowy drugi kanał 514.

Odpowiednio, tak jak w poprzednich przykładach wykonania, niższe ciśnienie P2 w dolnych zagłębieniach 113 i w dolnej powierzchni części łopatek 21 wieńca kierującego 51, występuje w rowkach 511 i 512, a zatem powyżej części górnej powierzchni wieńca kierującego 51.

Claims (3)

1. Zintegrowane regulacyjne urządzenie upustowe do turbiny parowej, które zawiera część stałą przypominającą wyglądem diafragmę i zawierające część dolną wieńca łopatkowego pomiędzy wewnętrznym pierścieniem i zewnętrznym pierścieniem oraz zawierające ruchomą część górną części stałej i składające się z wieńca kierującego zawierającego część górną wieńca łopatkowego pomiędzy wewnętrznym pierścieniem i zewnętrznym pierścieniem, gdzie wieniec, w zależności od swojego położenia kątowego, całkowicie lub częściowo tamuje przepływ pary w kierunku z góry na dół lub w ogóle go nie tamuje, i dolna powierzchnia wieńca wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia jest poddana działaniu wyższego ciśnienia, znamienne tym, że co najmniej jedna część górnej powierzchni zestawu, utworzonego z wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia (22, 23) wieńca kierującego (15, 31, 51) połączona jest z dolnym obszarem górnej części (21) wieńca łopatkowego (21, 12), gdzie panuje niższe ciśnienie (P2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera co najmniej jedną część (110, 310, 52, 53) tworzącą element przeciw-oporowy z co najmniej częścią górnej powierzchni zestawu, utworzonego z wewnętrznego i zewnętrznego pierścienia (22, 23) wieńca kierującego (15, 31, 51) z założonym małym prześwitem (116, 316, 55), gdzie wieniec kierujący (15, 31, 51) zawiera przynajmniej jeden pierścieniowy rowek (114, 311, 511, 512) otwarty od strony czołowej co najmniej jednej części (110, 310, 52, 53) tworzącej element przeciw-oporowy, i co najmniej jeden kanał (115, 315, 513, 514) łączący rowek (114, 311, 511, 512) z dolną powierzchnią górnej części wieńca łopatkowego (12, 21) wieńca kierującego (15, 31, 51), gdzie panuje niższe ciśnienie (P2).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że co najmniej jeden kanał (115, 315, 513, 514) jest otwarty do dolnego zagłębienia (113) od dolnej strony górnej części wieńca łopatkowego (12, 21) wieńca kierującego (15, 31, 51).