Организация подвода пара в проточную часть турбины

В турбинных ступенях с малой площадью выходного сечения их решеток используется парциальный подвод пара. В современных турбинах такой подвод реализуется врегулирующих ступенях (ступенях с переменной парциальностью), в которых при открытии или закрытии регулирующих клапанов, соответственно, открываются или закрываются для доступа пара сегменты сопловой решетки, установленные в сопловых коробках паровпускной части турбины. На рис. 7.2 показаны общие виды и разрезы, поясняющие организацию подвода пара в проточную часть турбины для двухкорпусного исполнения ЦВД, а на рис. 7.3 – для однокорпусного исполнения ЦВД. Так, на рис. 7.2 представлен поперечный разрез по сечению А-А паровпуска двухкорпусного ЦВД. На них видны четыре сопловые коробки, обслуживаемые соответствующими регулирующими клапанами (группой клапанов). Сопловые сегменты регулирующей ступени в такой конструкции располагаются не по всей длине окружности, а по ее части, что и определяет парциальность регулирующей ступени.

Подвод пара в конструкции ЦВД с двустенным исполнением корпуса (рис. 7.2) осуществляется по трубопроводам 3, соединяющим регулирующие клапаны с соответствующими сопловыми коробками 9. Из трубопровода пар в сопловую коробку направляется через входной патрубок 10, нижняя часть которого соединяется с горловиной коробки посредством компрессорных (поршневых) колец, обеспечивающих плотное соединение и подвижность его элементов в условиях взаимных тепловых расширений.

Рис. 7.2. Организация подвода свежего пара в турбину с двухкорпусным исполнением ЦВД:

1 – опорные лапы наружного корпуса ЦВД; 2 – вертикальные шпонки наружного корпуса; 3 – трубопроводы подвода пара от РК к сопловым коробкам регулирующей ступени; 4 – патрубок отбора пара в ПВД регенеративной системы ТУ; 5 – выходные патрубки ЦВД; 6 – продольные шпонки между внутренним 11 и наружным 12 корпусами; 7 – опорные лапки внутреннего корпуса; 8 – окружные (вертикальные) шпонки; 9 – объем сопловой коробки с сегментами сопловой решетки регулирующей ступени; 10 – входной патрубок; 11 – внутренний корпус; 12 – наружный корпус; 13 – коллектор системы обогрева шпилек фланцевого соединения нижней и верхней частей наружного корпуса ЦВД; 14, 15 – шпильки с колпачковыми гайками; 16 – элементы парового обогрева фланцев наружного корпуса; 17 – нижняя часть наружного корпуса; 18 – нижняя часть внутреннего корпуса; 19 – пазы (выборки) в наружном корпусе для установки опорных лапок внутреннего корпуса; 20 – фикспункт системы корпусов ЦВД, включая корпус сопловой коробки

Внутренний корпус, в расточках которого установлены диафрагмы группы турбинных ступеней левого отсека ЦВД, подвешен (свободно опирается) во внешнем корпусе 12 посредством четырех опорных лапок 7 (рис. 7.2) в плоскости горизонтального разъема цилиндра турбины. На оси паровпуска между корпусами (сопловой коробки, внутреннего и наружного) выполнены окружные шпонки 8, обеспечивающие формирование фикспункта (точка 20) рассматриваемой конструкции корпусов. От фикспункиа с соблюдением центровки внутренний корпус расширяется относительно наружного. При этом продольные шпонки 6 обеспечивают строго осевое перемещение внутреннего корпуса. Внешний корпус имеет короба 16 для парового (воздушного) обогрева фланцев и систему подвода пара для обогрева шпилек фланцевого соединения 13 нижней и верхней (крышки 12) частей корпуса. В расточке (пазе) корпуса сопловой коробки устанавливаются сегменты сопловой решетки регулирующей ступени. Призматические шпонки 6, 7, 8 и 9 организуют (фиксируют) соответствующие плоскости, относительно которых расширяются корпуса и сопловые коробки.

Технические решения по организации подвода свежего пара к проточной части турбины с одностенным корпусом ЦВД представлены на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Организация подвода свежего пара в турбину с однокорпусным ЦВД

Такая схема подвода используется в турбоагрегатах с докритическими параметрами свежего пара. Здесь регулирующие клапаны расположены на корпусе ЦВД, от которых пар направляется в соответствующие сопловые коробки. Горловины сопловых коробок приварены к патрубкам наружного корпуса. При такой схеме расположения регулирующих клапанов (РК) и устройств передачи усилий от сервомоторов к штокам клапанов возникают дополнительные сложности при ремонтных операциях на ЦВД паровой турбины.

7.2.2. Степень парциальности турбинной ступени и потери от парциальности

Степенью парциальности называют отношение длины окружности, занятой каналами сопловой решетки, через которые осуществляется доступ пара к рабочей решетке, к общей длине окружности, определяемой по среднему диаметру d_ср:

e=z₁t₁/(pd_ср). (7.4)

При парциальном подводе пара формируются дополнительные потери, определяемые эффектами вентиляции и на концах дуг сопловых сегментов. При е<1 каналы рабочих лопаток при вращении диска попеременно то заполняются потоком пара из сопловых каналов, то выходят из активной части воздействия парового потока. В этих условиях рабочая решетка выполняет функции вентилятора, захватывая и перемещая часть рабочей среды, что требует затрат энергии. Эти затраты формируют потери на вентиляцию (далее вентиляционные), относительное значение которых оценивается коэффициентом вентиляционных потерь:

, (7.5)

где значение коэффициента k_в=0,065, m – число венцов турбинной ступени (для одновенечной m=1, а двухвенечной m=2).

Рис. 7.4. Схема движения рабочей среды по концам дуг ее подвода в парциальной ступени

Потери на концах дуг сопловых сегментов (рис. 7.4) связаны с удалением застойной части пара из межлопаточных каналов рабочей решетки, когда при вращении они приближаются к дуге активного подвода пара из каналов сопловой решетки. Кроме того, в этой зоне нарушается структура основного потока, что также вызывает потери энергии. Обе составляющие потерь по концам дуг подвода пара парциальной ступени называют сегментными потерями, относительное значение которых определяют по формуле:

, (7.6)

где F₁ – площадь выходного сечения сопловой решетки, В₂ – ширина рабочей решетки, l₂ – высота ее лопаток, i – число пар концов сопловых сегментов (обычно i=4, что соответствует количеству сопловых коробок, см. рис.7.2, 7.3). Для двухвенечной ступени произведение ширины и высоты заменяют суммой B₂l₂+0,6B₂¹l₂¹. В итоге дополнительные потери в ступени, связанные с парциальностью:

x_парц = x_в + x_сегм. (7.7)

Оптимальные значения степени парциальности оцениваются для одновенечной ступени выражением , а для двухвенечной - , где l₁, м. Если при выполнении расчета оказывается, что значение е_опт>1, то с учетом конструкции сопловых коробок принимается для регулирующей ступени е_мах=0,8…0,85.

При проектировании регулирующей ступени следует учитывать, что в рабочей решетке возникают существенные динамические нагрузки. Поэтому в оценках параметров надежности рабочих лопаток принимается уровень допускаемых напряжений s_изг^доп=15…25 МПав сравнении с s_изг^доп=35…40 МПа для обычных ступеней.Это обстоятельство в ряде случаев приводит к необходимости увеличения хорды профиля b₂ рабочих лопаток, что снижает их относительную высоту . В итоге возрастают концевые потери в решетке. В целом уровень потерь в регулирующих ступенях из-за наличия парциальности выше, чем в ступенях с полным подводом пара.