Способ расхолаживания паровой турбины

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСИОМ цилиндров и относительрения роторов и отвода о воздуха из цилиндров с уплотнениями, о т л ий с я тем, что, с целью надежности и экономичнос элементов кого расш лаждающег концевыми ю вышения ти,в ци рение р р, относительное расшиа которого имеет поло(54) (57) СПОСОБ РАСХОЛАЖИВОЙ ТУРБИНЫ путем подаохлаждающего воздуха опри регулировании егодавления в зависимостимых значений скорости ВАНИЯ ПАРОлиндрьессора ком схо и устт до тыва АРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. С,М. Кирова(56) Патент Франции В 2215530,кл. Г 01 Э 25/12, опублик, 1974.Похорилер В.Л. Сокращение продолжительности остывания мощных паровых турбин путем продувки сжатымвоздухом, - Энергохозяйство за рубежом, 1975, Мф 6, с. 9-12,жительное значение, подают воздух срасходом, соответствующим допустимому значению их скорости остыванияпо достижении отрицательного значения относительного расширения ротора цилиндра уменьшают давлениевоздуха на входе в переднее концевое уплотнение этого цилиндра иподдерживают давление воздуха, равное атмосферному, на входе в концевое уплотнение того цилиндра,у которого разность между допустимьв и текущим отрицательными значениями относительного расширенияротора является наименьшей.12163Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях длясокращения продолжительности остыванин паровых турбин при остановке, 5Целью изобретения является повышение надежности и экономичностиза счет сокращения продолжительности простоя турбоагрегата в ремонтеи увеличения отпуска электроэнергии. 1 ОНа Фиг. 1 приведена принципиальная схема, реализующая предлагаемый способ на блочных турбоустановках с промежуточным перегревом пара,на Фиг. 2 - то же, на турбинах без 15промежуточного перегрева пара,Турбоустановка (фиг, 1) содержиттурбину, состоящую из цилиндра 1высокого давления (ЦВД), цилиндра 2среднего давления (ЦСД), цилиндра 3низкого давления (ЦНД) и конденсатора 4. К ЦВД 1 подсоединен трубопровод 5 свежего пара, на котором установлены клапаны 6 высокого давления,ЦВД 1 имеет концевые уплотнения 7и 8, ЦСД 2 - концевые уплотнения9 и 10, ЦНД 3 - концевые уплотнения 11 и 12. Между ЦВД 1 и ЦСД 2включен промежуточный перегревательЗО13 пара, соединенный с ЦСД 2 трубопроводом 14, на котором установленыклапаны 15 среднего давления, ЦСД2 соединен с ЦНД 3 перепускнымтрубопроводом 16, на котором установлен запорный орган 17, Трубопровод З 55 свежего пара соединен с конденсатором 4 пускосбросным устройством(ПСБУ) 18, а трубопровод 14 соединен с конденсатором 4 сбросной линией 19 с установленным на ней клапа Оном 20. К конденсатору 4 линией 21с установленной на ней задвижкой22 и регулирующей арматурой (клапана.ми) 23 и 24 подключены эжекторц25 и 26. К последним подключены 45трубопроводы 27 подвода рабочегопара с клапанами (задвижками) 28 и 29соответственно. В состав установкивходит также воздушный компрессор30, на выходе которого установлен 50регулирующий орган 31. Компрессор30 соединен с ЦВД 1 трубопровоцом 32с задвижкой 33 и с ЦСД 2 - трубопро-,водом 34 с задвижкой 35, В ЦВД 1иа входе в переднее концевое уплотнение 7 установлен манометр 36,в ЦСД 2 на входе в переднее концевое уплотнение 9 - манометр 37,78 2в ЦНД 3 - манометр 38. ЦВД 1 и ЦСД 2 снабжены датчиками 39 и 40 контроля скорости изменения темпе.ратуры металла и датчиками 41 и 42 относительного расширения роторов 43 и 44. Конденсатор 4 соединен с атмосферой линией 45 с задвижкой 46.Компрессор 30 (фиг, 2) подключен линией 47 с задвижкой 48 к трубопроводу 5 свежего пара.Расхолаживание турбины (фиг. 1) производят следующим образом.После остановки турбоустановки и закрытия клапанов 6 обеспаривают трубопровод 5 свежего пара через ПСБУ 18 в конденсатор 4, после чего прекращают подачу пара на концевые уплотнения 7-12 цилиндров 1-3 и 1закрытием регулирующего клапана 23 прекращают отсос воздуха из конденсатора 3, закрывают клапан 28 и открывают задвижку 46 на линии 45, Зжектор 26 при работе турбины останавливают. Для одновременного расхолаживания высокотемпературных цилиндров турбины ЦВД 1 и ЦСД 2 схему собирают следующим образом: закрывают запорный орган 17, клапан 20, задвижку 33, открывают клапаны 6 и 15, задвижку 35 и ПСБУ 18. Включают в работу компрессор 30 и приоткрытием регулирующего органа 31 подают воздух по линии 34 в ЦСД 2. Воздух проходит через ЦСД 2 в направлении, противоположном рабочему, и по трубопроводу 14 через открытые клапаны 15 поступает в промежуточный пароперегреватель 13, пройдя который, попадает в ЦВД 1. Из ЦВД 1 воздух сбрасывается по трубопроводу 5 через открытые клапаны 6 и ПСБУ 18 в конденсатор 4 откуда через линию 45 поступает в атмосферу, С началом подачи воздуха в охлаждаемые цилиндры 1 и 2 контролируют относительные расширения ротора 43 ЦВД 1 с помощью датчика 41 и относительные расширения ротора 44 ЦСД 2 с помощью датчика 42. Скорость остывания элементов ЦВД 1 контролируют с помощью датчика 39, а скорость остывания элементов ЦСД 2 - с помощью датчика 40. В начале процесса расхолаживания у роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 отрицательные значения относительного расширения (относительные укорочения)отсутствуют, т.е. относительные расширения роторов 43 и 44 являются положительными. В этом случае ограничивающими (" критическими" ) факторами являются допустимые скорости остывания элементов ЦВД 1 и ЦСД 2. Контролируя текущие значения скоростей остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 39 и 40, открытием регулирующего органа 31 постепенно увеличивают расход воздуха, подаваемого на охлаждение ЦВД 1 и ЦСД 2. При этом скорость остывания ЦВД 1 и ЦСД 2 контролируется с помощью датчиков 39 и 40. При приближении текущего значения скорости остывания любого из охлаждаемых цилиндров 1 и 2 к допустимому значению увеличение расхода воздуха прекращают. Если скорость остывания остается ниже допустимого значения, то устанавливают максимальный расход, определяемый производительностью компрессора 30.По мере роста расхода охлаждающего воздуха относительные расширения роторов 43 и 44, замеряемые датчиками 41 и 42, снижаются, что объясняется более быстрым остыванием ротора 43 или 44 по сравнению со статором цилиндра 1 или 2,. Ускоренному остыванию роторов 43 и 44 способствуют также особенности течения воздуха в концевых уплотнениях 7-10 цилиндров 1 и 2. Вследствие наличия при движении воздуха гидравлического сопротивления ЦВД равного Ь Рцва, ЦСД 2, равного д Рд, промежуточного пароперегревателя 13, равного ь Р , тракта ПСБУ 18 между ЦВД 1 и конденсатором 4, равного ЬР , внутри ЦВД 1 и ЦСД 2 устанавливается давление, превышающее атмосферное. Если пренебречь сопро" тивлением линии 45 и принять на рассматриваемом этапе процесса давление в конденсаторе 4, равным атмосферному Р , то в ЦВД 1 перед конце" выми уплотнениями 7 установитсядавление, равное Г Ратм ф Ь Р свА а перед концевыми уплотнениями 8 установится давление, равное Р,Р+ьР. Р, +ь Р,вь.цваДавление воздуха в ЦСД 2 на входе в концевые уплотнения 9 и 10 равно :ООтВЕтетВЕННО РЗ фРдюф ЬРсВр+ ДРцва+ Таким образом, на входе в концевые уплотнения 7-10 охлаждаемых цилиндров 1 и 2 устанавливается давление, превышающее атмосферное, и чемдальше расположены эти уплотнения7-10 от конденсатора 4, тем вышедавление воздуха, Вследствие этогочасть воздуха из ЦВД 1 проходитвдоль ротора 43 через концевые уп 1 О лотнения 7 и 8. Аналогичные, явленияпроисходят в ЦСД 2, где часть воздуха из последнего проходит вдольротора 44 через концевые уплотнения9 и 10. Расход воздуха, проходящего15 вдоль ротора 43 через концевое уплотнение 7 ЦВД 1, определяется разностью давления на входе в это уплотнение 7 и атмосферным давлениематм7 7 ОюАналогично этому расход воздуха,проходящего через уплотнение 8 иохлаждающего ротор 43 в зоне уплотнения 8, определяется. разностью давлении ьР -Рв - Р,25 Соответствующие расходы воздухачерез концевые уплотнения 9 и 10ЦСД 2 пропорциональны Ь р 9 р 9 рмь Р= Р- Р Перепады давленийь Р, ь Рв, ь Р, ь Рзависят отЗО перепадов давления ЬР в,в а,ЬР,Ь Р, , а последние определяютсярасходом воздуха, проходящего черезохлаждаемые цилиндры 1 и 2: чем вышерасход охлаждающего воздуха, проходящего через цилиндры 1 или 2, тембольшая доля этого воздуха проходитчерез концевые уплотнения 7-10.Воздух, проходящий через концевыеуплотнения 7 и 8 или 9 и 10, охлажда 40 ет только ротор 43 или 44, практически не изменяя тепловое состояниекорпуса ЦВД 1 или ЦСД 2, Наличиепотоков воздуха через уплотнения7-10 способствует более быстрому45 росту отрицательного значения относительного расширения роторов 43и 44. Чем больше расход воздухачерез уплотнения 7-10, тем быстреерастет относительное укорочение150 роторов 43 и 44. Расход воздухачерез передние уплотнения 7 и 9 вбольшей степени влияет на относительное укорочение роторов 43 и 44, чемтакой же расход через задние уплот 55 нения 8 и 10, так как роторы 43и 44 в зоне передних уплотнений7 и 9 имеют более высокую температуру, чем в зоне задних уплотнений8 и 10, вследствие чего отвод тепла от более нагретого участка роторов 43 и 44 больше.Для уменьшения темпа роста отно" сительного укорочения роторов 43 и 44 и предотвращения появления ограничений на темп расхолаживания выполняют следующие операции. Контролируя изменение относительных расширений роторов 43 и 44 ЦВД 1 и ЦСД 2 с помощью датчиков 41 и 42 соответственно, определяют момент времени, когда появляется отрицательное значение относительного расширения одного из роторов 43 или 44, и включают в работу эжектор 26, после чего открывают задвижку 22, закрывают задвижку 46, одновременно приоткрывают клапан 24 на входе в эжектор 26. Одновременно контролируют давление в ЦВД 1 с помощью манометра 36 и давление в ЦСД 2 с помощью манометра 37. Регулированием открытия клапана 24 или 29, т.е, изменением режима работы эжектора 26, меняют давлениев конденсаторе 4, не меняя расход воздуха, подаваемого от компрессора 30. По мере снижения давления Р, снижается давление в охлаждаемых. цилиндрах 1 и 2, Давления на входе в концевые уплотнения 7-10, равные ч ксьрз" Рм рсьр ф цвдэ Р=+тоже изменяются по мере изменения давления, вследствие чего меняются расходы воздуха через концевые уплотнения 7-10 цилиндров 1 и 2.Контролируя давление Р и Р на входе в передние концевые уплотнения 7 и 9 соответственно, снижают давление Р изменением режима работы эжектора 26 до тех пор, пока давление на входе в передние уплотнения 7 и 9 того из цилиндров 1 и 2, у которого появилось отрицательное значение относительного расширения ротора 43 или 44, не станет равным атмосферному с точностью, определяемой точностью измерения и регулирования давления охлаждающего воздуха в ЦВД 1 и ЦСД 2. При этом перепад давления между входом в переднее уплотнение 7 и атмосферой станет близким к нулю, расход воздуха через переднее уплотнение 7 станет 15 20 25 ЗС 34 О 45 минимальным, что резко снизит интенсивность охлаждения ротора 43 в зоне ,уплотнения 7 и уменьшит скорость роста величины относительного укорочения данного цилиндра 1 при том же расходе воздуха.Поддерживая установившийся режим расхолаживания, с помощью датчиков 41 и 42 контролируют изменение относительного укорочения роторов43 и 44, оценивая разность текущихи предельно допустимых их значений.Если в процессе расхолаживания относительное укорочение, например, ротора 43 ЦВД 1 приблизится к предельному значению в большей мере, чему ЦСД 2, по которому ведется процесс,производят смену точек, давление вкоторых поддерживают равным атмосферному. Так, у турбин большоймощности определяющим в процессерасхолаживания является обычноЦВД 1 и относительное расширение ротора 43 этого цилиндра 1 обычно быстрее приближается к предельно допустимому значению. В этом случае режимработы эжектора 26 регулируют клапанами 24 и 29 таким образом, чтобы поддерживать давление, равноеатмосферному на входе в переднееконцевое уплотнение 7 ЦВД 1, В этомслучае полностью исключаются протечки воздуха вдоль ротора 43 ЦВД 1 взоне 7 уплотнения и сводятся к минимуму протечки воздуха вдоль ротора43 в зоне уплотнения 8, В процессерасхолаживания изменение величиныотносительного укорочения ротора 44ЦСД 2 может привести к тому, чторазность между ее текущим н предельно допустимым значениям станетменьше, чем соответствующая разностьдля ротора 43 ЦВД 1, В этом случаеизменением степени открытия клапана24 или 29 начинают поддерживатьатмосферное давление на входе впереднее концевое уплотнение 9ЦСД 2. При расхолаживании турбины (фиг. 1) может быть организовано автономное расхолаживание одного иэ высокотемпературных цилиндров 1 или 2. При расхолаживанни только ЦВД 1 воздух от компрессора 30 подается по трубопроводу 32 (задвижка 33 открыта, задвижка 35 закрыта) в ЦВД 1 и сбрасывается в конденсатор 4 по труболро 1216378воду 5 через открытые клапаны 6 и ПСБУ 18, клапаны 15 при этом закрыты. В этом случае степень открытия клапанов 24 и 29 регулируют таким образом, чтобы поддерживать атмосферное давление на входе в переднее уплотнение 7, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД 1 от компрессора 30, регулируют в зависимости от изменения относительного упрочнения ротора 43 ЦВД 1 или от скорости остывания этого цилиндра 1.При автономном расхолаживании ЦСД 2 от компрессора 30 по линии 34 подается в ЦСД 2 и сбрасывается в конденсатор 4 по линии 19 через ,открытые клапаны 15 и 20, задвижка 33 при этом закрыта. В этом случае воздействием на эжектор 26 поддерживают давление, равное атмосферному, на входе в уплотнение 9 ЦСД 2, а расход воздуха, подаваемого в ЦСД 2 от компрессора 30, регулируют в зависимости от изменения относительного укорочения ротора 44 ЦСД 2 или скорости остывания его элементов.При расхолаживании турбины (фиг. 2) возможен только один вариант подачи и движения воздуха через проточную часть: от компрессора 30 по линии 47 (задвижка 48 открыта), через трубопровод 5, открытые клапаны 6, ЦВД 1, трубопровод 14, ЦСД 2, трубопровод 16(запорный орган 1 открыт), ЦНД 3,конденсатор 4. При закрытой задвижке 46 воздух отсасывается эжектором26, В турбоустановках такого типапроцесс расхолаживания определяетсятолько изменением теплового состояния ЦВД 1. Поэтому при расхолаживании степень открытия клапана 24 О (или клапана 29) изменяют такимобразом, чтобы поддержать давление,равное атмосферному, на входе в переднее уплотнение 7 ЦВД 1; расходвоздуха, подаваемого от компрессора 15 30 в ЦВД 1, регулируют в зависимостиот изменения относительного укорочения ротора 43 ЦВД 1 или скоростиостывания его элементов.Во всех случаях поддержание 20 давления воздуха, близкого к атмосферному, на входе в одно из концевых уплотнений 7-10, например переднее концевое уплотнение 7 или 9одного из цилиндров 1 или 2, предо твращает ускоренное остываниероторов 43 или 44 и быстрый ростих относительного укорочения, Врезультате появляется возможностьускорить процесс расхолаживания ЗО цилиндра 1 или 2 за счет подачиувеличенного расхода воздуха откомпрессора 30, при одном и томже значении относительного укорочения ротора 43 или 44, определяющего допустимый темп охлаждения турбины.ЯНИЫПИ Заказ 975/38 Тираж 501 ПОдзжсиОФ Фюзиал ППП ПйтВВт р Г в УВзфОкщ р я 3 е ПРОВетнйм у 4