Спосіб запобігання утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені

Реферат: Винахід належить до галузі турбобудування і може бути використаний у потужних конденсаційних турбінах ТЕС та АЕС. Спосіб включає контрольоване за допомогою термопари, встановленої на зовнішній поверхні однієї з лопаток, нагрівання всіх лопаток напрямного апарата ступеня до оптимальної температури, яка залежить від режиму роботи турбіни і визначається по мінімальному значенню величини вимірюваного струму електричним зондом встановленим за робочими лопатками ступеня, і фіксує наявність великих крапель в потоці пари, що несуть електричні заряди. У порожнині обода напрямного апарата встановлюють заглушки, що дозволяє забезпечити пропуск в лопатки однакової кількості гріючої пари і нагрівання всіх лопаток до однакової температури, а також виключити наскрізну течію частини гріючої пари повз лопаток в конденсатор. Запропоноване технічне рішення дозволяє запобігти утворенню ерозійно небезпечної великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, підвищити економічність турбіни та усунути ерозійне зношування робочих лопаток. UA 113131 C2 (12) UA 113131 C2 UA 113131 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі турбобудування і може бути використаний у потужних конденсаційних турбінах ТЕС та АЕС. Відомий спосіб видалення вологи з каналів напрямного апарата волого-парового турбінного ступеня полягає в нагріванні напрямних лопаток до температури, що перевищує температуру насичення пари, яка протікає в ступені. Нагрівання лопаток здійснюється парою, що пропускається через їх внутрішні порожнини (И. П. Фадеев. Эрозия влажно-паровых турбин, Л. Машиностроение, 1974, с.150). Недоліком цього способу є те, що сильно нагріта поверхня лопаток є не змочуваною, на ній краплі не осідають і не зникають, а залишаються в потоці. При цьому необхідно додатково використовувати інші способи видалення ерозійно небезпечних великих крапель, що ускладнює конструкцію і знижує економічність турбіни. Відомий спосіб видалення вологи з каналів напрямного апарата волого-парового турбінного ступеня шляхом нагрівання напрямних лопаток парою або підігрітим мастилом, що проходить через пустотілі лопатки, або за допомогою електропідігріву. При цьому температура зовнішньої поверхні лопаток вище температури насичення пари, яка протікає в ступені на 50-200 F (10-93 °С) (Паротурбинная установка. Патент GB № 1401176, МПК F01D 5/18, 5/28, 9/04, опубл. 16.07.1975г.). Недоліком цього способу є високе нагрівання лопаток, при якому їх зовнішня поверхня стає не змочуваною, краплі на ній не осідають і не зникають, а залишаються в потоці пари, яка протікає в ступені. При цьому втрати від вологості та ерозія робочих лопаток не знижуються. Для нагрівання лопаток використовується пара з високою температурою, що призводить до зниження економічності турбіни. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є "Способ удаления влаги из каналов направляющего аппарата влажно-паровой турбинной ступени" (Патент RU 2267617 МПК (2006.01) F01D 25/32, опубл. 10.01.06, Бюл. № 1). Спосіб здійснюється нагріванням напрямних лопаток вище температури насичення обтікаючого її основного потоку пари, що входить в ступінь, шляхом пропуску у внутрішні порожнини напрямних лопаток гріючої пари через вхідні і вихідні отвори. Величину перевищення температури поверхні напрямних лопаток над температурою насичення пари, що входить в ступінь, вибирають в діапазоні менше 10 °C. Як гріючу пару використовують вологу пару. Переріз вихідного отвору внутрішньої порожнини напрямної лопатки вибирають менше перерізу вхідного отвору за умови повної конденсації гріючої пари. Недоліком відомого способу є: неконтрольоване нагрівання лопаток не дозволяє нагрівати лопатки до оптимальної температури; не враховуються різні режими роботи турбіни, при яких оптимальна температура нагріву лопаток різна. Є режими роботи турбіни, на яких вологопаровий ступінь працює зі зниженою вологістю або навіть у перегрітій парі. На таких режимах нагрівання лопаток має бути зменшене шляхом зниження величини витрати гріючої пари або повністю виключене. В основу винаходу поставлено задачу створення способу запобігання утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, в якому за рахунок контрольованого нагрівання всіх лопаток напрямного апарата до оптимальної температури досягається мінімальна кількість великодисперсної вологи в потоці пари, що дозволяє усунути ерозійне зношування робочих лопаток і підвищити економічність турбіни. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі запобігання утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, який включає нагрівання лопаток напрямного апарата ступеня шляхом пропуску вологої гріючої пари через внутрішні порожнини лопаток, згідно з винаходом, у порожнині обода напрямного апарата встановлюють заглушки, нагрівання всіх лопаток здійснюють до оптимальної температури, яка вимірюється термопарою, що встановлюється на зовнішній поверхні лопаток, та визначається величиною струму електричного зонда, розташованого за наступними робочими лопатками, і величиною витрати гріючої пари, що залежить від режиму роботи турбіни і зменшується зі зниженням її навантаження. Використання заглушок забезпечує пропуск однакової кількості вологої гріючої пари у всі лопатки напрямного апарата, що дозволяє запобігти утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, зменшити ерозійне зношування робочих лопаток і підвищити економічність турбіни. Контроль за нагріванням лопаток до однакової оптимальної температури дозволяє запобігти появі плівкової вологи на поверхнях напрямного апарата і утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому ступені, збільшити термін служби робочих лопаток і економічність турбіни. 1 UA 113131 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Витрата вологої гріючої пари залежить від режиму роботи турбіни і зменшується зі зниженням її навантаження. Контроль за витратою вологої гріючої пари дозволяє підвищити економічність турбіни. На фіг. 1 наведено поздовжній розріз турбінного ступеня і поперечний переріз лопатки напрямного апарата. На фіг. 2 розріз АА - місце встановлення заглушок, які відокремлюють дренажний отвір від іншої частини порожнини в ободі напрямного апарата. На фіг. 3 подано схему течії гріючої пари в напрямному апараті. Волого-паровий ступінь (фіг. 1) складається з напрямного апарата 1 і робочого колеса 2. Напрямний апарат 1 містить пустотілі напрямні лопатки 3, а робоче колесо 2 - робочі лопатки 4, поверхні 5, що обмежують канали напрямного апарата 1, вихідні кромки 6 лопаток 3 і краї 7 поверхонь 5. Кільцева порожнина 8 обода 9 напрямного апарата 1, порожнина 10 лопаток 3. Порожнина 11 в тілі 12 напрямного апарата 1, лопатка 13, дренажний отвір 14. Термопара 15, встановлена на зовнішній поверхні лопатки 3. Зонд 16 встановлений за робочими лопатками 4 ступеня. Заглушки 17 встановлені в порожнині 8 обода 9 напрямного апарата 1. Спосіб здійснюється таким чином. Напрямок руху вологої пари в ступінь показано стрілкою Фіг 1. При протіканні вологої пари через напрямний апарат 1 частина вологи осідає на зовнішніх поверхнях лопаток 3 і на поверхнях 5, що обмежують канали напрямного апарата 1 на кінцях лопаток, і рухається у вигляді плівки до кінця каналів, а потім зривається з вихідних кромок 6 лопаток 3 і країв 7 обмежуючих поверхонь 5 в основний потік пари, утворюючи при цьому великі краплі, які є ерозійно небезпечними і створюють основні втрати від вологості. Для запобігання утворенню великих крапель проводиться контрольоване нагрівання лопаток 3 парою одного з попередніх волого-парових ступенів. Волога гріюча пара підводиться в кільцеву порожнину 8 обода 9 напрямного апарата 1 (Фіг. 3) з якої потрапляє в порожнину 10 пустотілих лопаток 3, і у вигляді конденсату або пароводяної суміші потрапляє в порожнину 11 у тілі 12 напрямного апарата 1, стікає вниз до лопатки 13, розташованій у нижній точці напрямного апарата 1, а потім з внутрішньої порожнини лопатки 13 через дренажний отвір 14 в ободі 9 напрямного апарата 1 витікає в конденсатор турбіни. Контрольоване нагрівання лопаток здійснюється шляхом вимірювання температури однієї з лопаток за допомогою термопари 15, встановленої на її зовнішній поверхні. Оптимальна температура нагрівання лопаток, що залежить від режиму роботи турбіни, визначається по мінімальному значенню величини вимірюваного струму електричним зондом 16, встановленим за робочими лопатками 4, і фіксує наявність великих крапель, що несуть позитивні або негативні заряди. Рівномірне нагрівання всіх лопаток до однакової оптимальної температури на всіх режимах роботи турбіни досягається за рахунок забезпечення пропуску однакової кількості вологої гріючої пари у всі лопатки шляхом встановлення заглушок 17 в порожнині 8 обода 9 напрямного апарата 1 ліворуч і праворуч від дренажного отвору 14 (Фіг. 2, 3). При цьому виключається наскрізний потік частини гріючої пари через дренажний отвір 14 повз лопаток в конденсатор турбіни, що приводить до зниження економічності турбіни. Відомо, що при відриві крапель вологи з поверхні елементів проточної частини вологопарових ступенів турбін, вони набувають позитивного або негативного заряду, при цьому паровий потік електризується. Під час досліджень на турбіні ВАТ "Турбоатом" типу К-325-240 ст. № 8 Зміївської ТЕС, на турбіні УТМЗ типу Т-250/300-240 ст. № 3 Харківської ТЕЦ-5 та ін. виявлено, що на електричний зонд, встановлений за робочими лопатками останнього ступеня ЦНТ, струм стікає з електризованого волого-парового потоку. При цьому встановлено, що чим більше великих крапель в паровому потоці, тим більше його електризація і тим більше величина струму, що виміряється електричним зондом. При відсутності в потоці великих крапель (у разі роботи турбіни на режимі зі значно зниженим навантаженням, коли вологість пари мінімальна або перегріта пара) потік пари не електризується і значення струму зонда мале (прагне до нуля). При роботі турбіни на режимі з розрахунковими параметрами пари і номінальному навантаженні вологість пари і кількість великих крапель найбільша. Значення величини струму електричного зонда також найбільше. При зниженні навантаження турбіни знижуються вологість пари, кількість великих крапель і струм зонда. Таким чином, електричний зонд автоматично відстежує режими роботи турбіни. Так як на режимі роботи турбіни з номінальним навантаженням струм електричного зонда найбільший, то і витрата гріючої пари для нагріву лопаток напрямного апарата, також буде найбільшим. При цьому нагрівання лопаток має бути до температури, при якій величина струму електричного зонда знижується до значення яке дорівнює 0,1 А. При такому значенні струму в паровому потоці практично немає великих крапель, немає втрат потужності турбіни та ерозійного зношування робочих лопаток. З 2 UA 113131 C2 5 10 15 пониженням навантаження турбіни знижується концентрація великодисперсної вологи, тому має бути зменшена витрата гріючої пари і температура нагрівання лопаток напрямного апарата. На режимах роботи турбіни зі значно зниженими навантаженнями величина струму буде близька до вказаного значення, тому нагрівання лопаток напрямного апарата має бути виключено. Запропоноване технічне рішення дозволяє запобігти утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, підвищити економічність турбіни та усунути ерозійне зношування робочих лопаток. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб запобігання утворенню великодисперсної вологи у волого-паровому турбінному ступені, який включає нагрівання лопаток напрямного апарата ступеня шляхом пропускання вологої гріючої пари через внутрішні порожнини лопаток, який відрізняється тим, що в порожнині обода напрямного апарата встановлюють заглушки, нагрівання всіх лопаток здійснюють до оптимальної температури, вимірюваної термопарою, встановлюваною на зовнішній поверхні лопаток, та визначуваною по величині струму електричного зонда, розташованого за наступними робочими лопатками і величиною витрати гріючої пари, що залежить від режиму роботи турбіни і зменшується зі зниженням її навантаження. 3 UA 113131 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4