корпус выхлопной части цилиндра низкого давления турбины

Формула изобретения

1. Корпус выхлопной части цилиндра низкого давления турбины, содержащий в нижней части коническую обечайку, в которую встроен картер подшипника, опору конической обечайки, отличающийся тем, что опора имеет два листа, выгнутых друг от друга к противоположным боковым стенкам корпуса, каждый лист жестко связан отдельной трубой со стороны его выпуклой поверхности с обращенной к ней боковой стенкой корпуса, листы размещены на расстоянии от торцевых стенок корпуса, трубы и листы размещены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через его ось подшипника, в этой плоскости размещены друг под другом два продольных ребра, соединенные указанными листами, при этом верхнее ребро соединено с конической обечайкой, а нижнее - с торцевыми стенками корпуса.

2. Корпус выхлопной части цилиндра низкого давления турбины, содержащий в нижней части коническую обечайку, в которую встроен картер подшипника, опору конической обечайки, отличающийся тем, что опора выполнена из двух листов, выгнутых друг от друга к противоположным боковым стенкам корпуса, жестко соединенных с конической обечайкой, каждый лист жестко связан отдельной трубой со стороны его выпуклой поверхности с обращенной к ней боковой стенкой корпуса, оба листа по их торцевым кромкам жестко соединены с торцевыми стенками корпуса, трубы и листы размещены симметрично вертикальной плоскости, проходящей через ось подшипника.

3. Корпус по п. 2, отличающийся тем, что листы имеют четырехугольный профиль в продольной плоскости корпуса, скреплены друг с другом с образованием полости между ними и соединены с конической обечайкой посредством ребра, размещенного в плоскости, проходящей через ось подшипника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области турбостроения и предназначено для использования в сварной конструкции корпуса цилиндра низкого давления (ЦНД) с встроенным в его выхлопную часть подшипником, преимущественно в ЦНД, имеющих проем в крышке ЦНД над встроенным подшипником.

В традиционных конструкциях ЦНД встроенный корпус подшипника опирается на один или два опорных плоских продольных ребра [1]. Дополнительно в выхлопной части ЦНД под разными углами располагаются упорные трубы, которые увеличивают жесткость корпуса ЦНД, но загромождают его проточную часть, как правило, не обеспечивая нужной вертикальной жесткости корпуса.

На корпус ЦНД помимо весовой нагрузки от ротора, действующей на вкладыш подшипника, дополнительно действуют силы внешнего давления, которые за счет проема в крышке корпуса ЦНД над подшипником создают значительное вертикальное усилие на корпус подшипника. При этом встроенный подшипник при приложении вакуумной нагрузки дополнительно опускается в вертикальном направлении, что приводит к излому линии валопровода. Для традиционных конструкций корпуса ЦНД с встроенным подшипником прогиб валопровода в районе подшипника под действием вакуумной нагрузки в несколько раз больше прогиба от действия весовой нагрузки.

Известен корпус выхлопной части турбины с встроенным в него подшипником, который разделен горизонтальным разъемом на две половины, имеет в нижней половине центральную втулку (коническую обечайку), в которой размещено опорное полукольцо подшипника и картер (масляный поддон) подшипника, вертикальные ребра, расположенные под центральной втулкой, жестко соединенные со стенками поддона, проходящими через центральную втулку и жестко скрепленными как с опорным кольцом, так и с центральной втулкой, две трубы у горизонтального разъема в зоне опорного кольца по обе стороны от оси турбины, которые соединяют в поперечном направлении центральную втулку с боковыми стенками корпуса [2].

Такая конструкция корпуса паровыпускной части турбины не всегда обеспечивает достаточную его жесткость в вертикальном направлении, при этом величина прогиба валопровода в районе подшипника при разрежении остается значительной.

Недостатком конструкции является наличие двух плоских опорных ребер под центральной втулкой, которые образуют застойную зону между этими листами. При выходе пара с последней ступени в проточной части имеет место сложное движение потока со значительной тангенциальной составляющей скорости. Два вертикальных параллельных листа расположены поперек тангенциальной составляющей. При этом часть потока, попадая между продольными ребрами, образует зону с высокой турбулентностью, что приводит к повышенному сопротивлению движению пара в этой зоне, кроме того, для обеспечения необходимой жесткости данная схема при больших поперечных размерах корпуса требует значительной толщины продольных вертикальных ребер и торцевых стенок корпуса ЦНД, что увеличивает металлоемкость конструкции.

Известен корпус выхлопной части турбины с встроенным в него подшипником, который разделен горизонтальным разъемом на нижнюю часть и верхнюю часть (крышку), имеет в верхней части проем над подшипником, в нижней части опорное полукольцо подшипника, картер с подшипником (вкладышем), коническую обечайку, на которой размещено под подшипником опорное полукольцо, жестко соединенное с конической обечайкой, опору обечайки в виде продольного вертикального ребра, размещенного в плоскости оси подшипника (вкладыша), которое жестко соединено с обечайкой, с поперечными оси турбины стенками корпуса выхлопной части ЦНД и посредством трубчатого горизонтального стержня, проходящего сквозь него, с боковыми стенками корпуса, стержневую ферму, образованную ребрами жесткости фундаментных опор корпуса, профилированными ребрами, соединенными с полукольцом подшипника и боковыми стенками в зоне фундаментных опор, диагональными стержнями и трубчатым горизонтальным стержнем [3].

Наличие одного продольного ребра обеспечивает в сравнении с первым аналогом меньшее сопротивление движению пара в зоне под конической обечайкой.

Негативным фактором известной конструкции корпуса является его малая жесткость в вертикальном направлении. Область использования таких корпусов - небольшие турбины с легкими роторами. Как и в первом аналоге, в этой конструкции при приложении вакуумной нагрузки имеет место значительное смещение вниз вкладыша подшипника.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы турбины при совместном действии значительных весовой и вакуумной нагрузок.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленных вариантов корпуса выхлопной части ЦНД турбины, является уменьшение чувствительности прогиба валопровода в зоне подшипника к величине вакуумной нагрузки.

Указанный технический результат достигается в корпусе выхлопной части ЦНД турбины, содержащем в нижней части коническую обечайку, в которую встроен картер подшипника, опору конической обечайки, в котором согласно изобретению по первому варианту, опора имеет два листа, выгнутых друг от друга к противоположным боковым стенкам корпуса, каждый лист жестко связан отдельной трубой со стороны его выпуклой поверхности с обращенной к ней боковой стенкой корпуса, листы размещены на расстоянии от торцевых стенок корпуса, трубы и листы размещены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось подшипника, в этой плоскости размещены друг под другом два продольных ребра, соединенных указанными листами, при этом верхнее ребро соединено с конической обечайкой, а нижнее - с торцевыми стенками корпуса.

Наличие в конструкции корпуса выхлопной части ЦНД турбины выгнутых листов, закрепленных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось подшипника по их концам на продольных ребрах, связанных заявленным образом с обечайкой и торцевыми стенками корпуса, соединение выпуклой части листов с боковыми стенками корпуса обеспечивают при вакуумной нагрузке выпрямление выгнутых листов под действием усилий, передаваемых на них трубами (стержнями) от боковых стенок корпуса, находящихся при вакуумной нагрузке под внешним давлением. При выпрямлении листов создается подъемная сила, которая передается на обечайку и на корпус подшипника через связанное с обечайкой ребро, в результате при вакуумной нагрузке компенсируется прогиб валопровода в зоне подшипника.

Конструкция корпуса выхлопной части по первому варианту обеспечивает достаточные вертикальную и горизонтальную жесткость корпуса для турбин со встроенным подшипником. Заявленная конструкция может быть также использована в корпусах с ограниченной высотой первой со стороны проточной части торцевой стенки нижней части корпуса.

Указанный технический результат достигается также в корпусе выхлопной части ЦНД, содержащем в нижней части коническую обечайку, в которую встроен картер подшипника, опору конической обечайки, в котором согласно изобретению по второму варианту опора выполнена из двух листов, выгнутых друг от друга к противоположным боковым стенкам корпуса, жестко соединенных с конической обечайкой, каждый лист жестко связан отдельной трубой со стороны его выпуклой поверхности с обращенной к ней боковой стенкой корпуса, оба листа по их торцевым кромкам жестко соединены с торцевыми стенками корпуса, трубы и листы размещены симметрично вертикальной плоскости, проходящей через ось подшипника.

При вакуумной нагрузке под действием усилия, передаваемого с боковых стенок корпуса через трубы на изогнутые листы, листы частично выпрямляются в зоне под обечайкой, при этом, поскольку они симметрично размещены относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось подшипника, создается суммарная подъемная сила в указанной плоскости, которая компенсирует усилия, обусловленные вакуумной нагрузкой, действующие сверху на коническую обечайку и подшипник, в результате уменьшается прогиб валопровода в зоне подшипника.

Конструкция корпуса выхлопной части ЦНД по второму варианту может быть использована в условиях приемлемых для нее средних и малых весовых нагрузках при больших поперечных размерах корпуса.

Для уменьшения сопротивления движению пара в зоне под конической обечайкой в корпусе выхлопной части ЦНД турбины и более высокой вертикальной жесткости корпуса в зоне подшипника по второму варианту листы имеют четырехугольный профиль в продольной плоскости корпуса, скреплены с образованием полости между ними и жестко соединены с конической обечайкой посредством ребра, размещенного в плоскости, проходящей через ось подшипника.

Корпус выхлопной части ЦНД в последнем указанном исполнении ввиду ограничения возможности компенсации прогиба из-за меньшей высоты выгнутых листов может быть использован при малом проеме в крышке корпуса.

Корпус выхлопной части ЦНД турбины по первому варианту поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - разрез корпуса в продольной плоскости;

на фиг.2 - разрез А-А нижней половины корпуса по фиг.1.

Корпус выхлопной части ЦНД турбины по второму варианту поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.3 - разрез корпуса в продольной плоскости;

на фиг.4 - разрез А-А нижней половины корпуса по фиг.3;

на фиг.5 - разрез в продольной плоскости корпуса, выполненного согласно п. 3 формулы (без показа крышки и верхней половины вкладыша встроенного подшипника);

на фиг.6 - поперечный разрез А-А нижней половины корпуса по Фиг.5;

на фиг.7 - вид сверху по фиг.5.

Корпус выхлопной части ЦНД турбины по первому варианту содержит корпус с горизонтальным разъемом 1, делящим его на нижнюю часть 2 и крышку 3. При этом в нижней части 2 корпуса размещены коническая обечайка 4, в которую встроен картер 5 с полукольцом 6 для установки вкладыша 7 подшипника, между картером 5 и обечайкой 4 опорное полукольцо 8 под вкладышем 7. Под конической обечайкой 4 размещена опора, которая состоит из выгнутых к боковым стенкам 9 корпуса металлических листов 10, слабо наклоненных труб 11, каждая из которых соединяет центральную выпуклую часть листов 10 со стенками 9 корпуса, верхнего 12 и нижнего 13 ребер в вертикальной плоскости 14, проходящей через ось 15 подшипника. Ребра 12, 13 жестко соединены симметрично размещенными относительно плоскости 14 листами 10, например, сваркой. Ребро 12 жестко соединено сваркой с обечайкой 4 в зоне под полукольцом 6 картера 5, а ребро 13 - с торцевыми передней 16 и задней 17 стенками нижней части 2 корпуса. Трубы 11 размещены симметрично вертикальной плоскости 14, соединены с листами 10 под полукольцом 6, размещены в поперечной плоскости 18 и соединены с боковыми стенками 9 в зоне наибольшей их податливости в поперечном относительно оси 15 направлении при действии сил давления, обусловленных вакуумной нагрузкой. Для повышения прочности сварных соединений листов 10 с ребрами 12, 13 последние могут быть выполнены с элементами (не показаны), обеспечивающими наличие максимальных изгибных напряжений вне этих соединений: например, листы могут иметь на их выгнутых сторонах по паре выступов в поперечном оси турбины направлении с возможностью их контакта при выпрямлении листов 10. В крышке 3 выполнен проем 19 над крышкой 20 подшипника. При приложении внешнего давления, обусловленного вакуумной нагрузкой, на боковые стенки 9 трубы 11 движутся навстречу друг другу, частично выпрямляя слабоизогнутые листы. При выпрямлении тонких слабоизогнутых листов 10, закрепленных по концам, создается значительная подъемная сила, которая через ребро 12 поднимает обечайку 4 вместе с вкладышем 7 подшипника и обеспечивает компенсацию усилия, действующего сверху в зоне проема 19 в крышке 3 на обечайку 4 и встроенный в нее подшипник. Подбором параметров слабоизогнутых листов можно добиться неизменности прогиба корпуса (картера) 5 подшипника при различной степени разрежения пара на выхлопе турбины.

Вследствие уравновешенности прогиб встроенного подшипника по расчетным данным может составить одну и ту же величину как при совместном действии внешнего давления и весовых нагрузок, так и при действии только весовых нагрузок, то есть величина прогиба не изменится. При этом для обеспечения горизонтальной жесткости оставлены только слабо наклоненные две трубы от конической обечайки до боковых стенок. Таким образом, внутреннее пространство освобождено от лишних труб без потери жесткости корпуса ЦНД.

Корпус выхлопной части ЦНД турбины по второму варианту содержит корпус с горизонтальным разъемом 1, делящим его на нижнюю часть 2 и крышку 3. При этом в нижней части 2 корпуса размещены коническая обечайка 4, в которую встроен картер 5 с полукольцом 6 для установки вкладыша 7 подшипника, между картером 5 подшипника и обечайкой 4 опорное полукольцо 8 под вкладышем 7. Под конической обечайкой 4 размещена опора, которая состоит из выгнутых к боковым стенкам 9 корпуса нижней части 2 металлических листов 10, труб 11, каждая из которых соединяет центральную выпуклую часть листов 10 с боковыми стенками 9 нижней части 2 корпуса выхлопной части ЦНД. Листы 10 соединены сваркой по их торцевым кромкам 12 с передней 13 и задней 14 торцевыми стенками нижней части 2 корпуса выхлопной части ЦНД. Листы 10 размещены симметрично относительно вертикальной продольной плоскости 15, проходящей через ось 16 подшипника (т.е. совмещенную ось полукольца 6 и вкладыша 7), и жестко связаны с обечайкой 4 на участке длины ее образующей в зоне под полукольцом 6. Трубы 11 размещены симметрично относительно вертикальной продольной плоскости 15, проходящей через ось 16 подшипника, соединены с листами 10 в зоне под полукольцом 6, размещены в поперечной плоскости 17 и соединены с боковыми стенками 9 в зоне наибольшей их податливости в поперечном относительно оси 16 направлении при действии сил давления, обусловленных вакуумной нагрузкой. В крышке 3 корпуса выхлопной части ЦНД выполнен проем 18 над крышкой 19 подшипника. Листы 10 могут быть выполнены с четырехугольным профилем в продольной плоскости корпуса выхлопной части ЦНД, скреплены друг с другом с образованием полости между ними и жестко соединены с конической обечайкой 4 посредством продольного ребра 20, размещенного в продольной вертикальной плоскости 15 в зоне под полукольцом 6.

В этом исполнении корпус выхлопной части ЦНД по сравнению с описанными выше заявленными конструкциями корпусов ЦНД имеет меньшее сопротивление движению пара под обечайкой 4 и большую вертикальную жесткость корпуса выхлопной части ЦНД в зоне вкладыша 7 подшипника 5.

При вакуумной нагрузке внешнее давление действует на боковые стенки 9, трубы 11 движутся навстречу друг другу, выпрямляя опорные листы 10, которые поднимают обечайку 4, передавая на нее подъемное усилие непосредственно или, при наличии ребра 20, через ребро 20. В результате предотвращается прогиб валопровода в зоне вкладыша 7 подшипника, обусловленный вакуумной нагрузкой.

Заявленные изобретения, помимо повышения надежности работы турбин со встроенным подшипником за счет обеспечения компенсации прогиба валопровода в районе этого подшипника при вакуумной нагрузке, имеют следующие достоинства: обеспечивают дополнительное свободное пространство 21 для прохода пара с последней ступени в тангенциальном направлении между листами 10 и частью конической обечайки со стороны задней в осевом направлении по ходу выходящего пара торцевой стенки корпуса выхлопной части ЦНД, в сравнении с известными решениями, применяемыми для турбин со значительными весовыми и вакуумными нагрузками, не ухудшают условия протекания пара в осевом направлении.

Таким образом, изобретение обеспечивает уменьшение потерь скорости пара в выхлопной части и соответственно повышение экономичности турбин со встроенным подшипником, работающих в условиях значительных весовых и вакуумных нагрузок.

Источники информации

1. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины, М.: Энергоиздат, 1990, с. 130-131, рис.3.73.

2. Патент РФ 2136897, 10.09.99. Бюл. 35.

3. Авторское свидетельство СССР 1652630, 30.05.91. Бюл. 20.