Cuchilla estacionaria de turbina de vapor y método de optimización para la fiabilidad estacionaria de la cuchilla
Descripción general
 Hoja del estator de la turbina de vapor conformada que tiene anillos internos y externos formados integralmente con el perfil aerodinámico. ] Una pluralidad de paletas 42 están conectadas mediante la soldadura de su anillo interior 48 y el anillo exterior 46 para formar un conjunto de boquilla anular. En particular, las paletas 42 del estator emplean una estructura de diafragma para proporcionar una transición más suave entre la superficie aerodinámica 44 y los anillos interior y exterior 48, 46 para proporcionar un rendimiento mejorado. Además, hace posible alcanzar un borde posterior más delgado de la hoja y tolerancias de fabricación reducidas en comparación con los conjuntos segmentados de la técnica anterior. También controla la separación del flujo de vapor controlando la estrecha tasa de cambio y el ángulo de giro y la velocidad del vapor es prácticamente continua en un rango sustancial de la superficie de succión del ala para evitar la separación del flujo de vapor Y está aumentando.
Antecedentes de la técnica
Campo técnico La presente invención se refiere a una turbina de vapor para uso comercial, y más particularmente a una cuchilla estacionaria utilizada en una turbina de vapor a baja presión.
Las cuchillas (o palas del rotor) y las palas del estator de la turbina de vapor están dispuestas en forma de una pluralidad de filas o columnas. La pluralidad de hojas móviles en una fila dada son idénticas entre sí y están unidas a las ranuras de montaje provistas en el rotor de la turbina. Por otro lado, la cuchilla estacionaria está unida a un cilindro o un anillo de cuchilla que rodea el rotor.
Varias cuchillas en una turbina generalmente comparten los mismos componentes básicos. Cada hoja tiene una parte de la raíz que se recibe en la ranura de montaje correspondiente del rotor, una parte de plataforma que se superpone a la superficie exterior del rotor en el extremo superior de 該 根 unidad de fuente, y un perfil de ala que se extiende hacia arriba desde la unidad de plataforma.
Las paletas también tienen superficies aerodinámicas, pero las superficies aerodinámicas de las paletas se extienden hacia abajo hacia el rotor. Dicha superficie aerodinámica incluye un borde delantero de la cuchilla, un borde posterior de la cuchilla, una superficie de succión cóncava y una superficie de presión convexa. En la mayoría de las turbinas, la forma del perfil aerodinámico común a una fila en particular es generalmente diferente de la forma del perfil aerodinámico en la otra fila en una turbina específica. En general, dos turbinas de diferentes diseños no comparten los mismos perfiles aerodinámicos. La diferencia estructural en la forma aerodinámica da lugar a cambios importantes en las características aerodinámicas de la veleta, el patrón de tensión, la temperatura de funcionamiento y la frecuencia natural. Estos cambios a su vez determinan la vida útil esperada de la pala de la turbina en condiciones de operación (temperatura de entrada de la turbina, relación de presión y velocidad de rotación), que se determinan antes del desarrollo de la forma de la superficie aerodinámica.
El desarrollo de turbinas para nuevas turbinas de vapor comerciales de generación de energía requiere varios años antes de su finalización. Al diseñar un cucharón para una nueva turbina de vapor, los desarrolladores de geometría de contorno reciben un cierto campo de flujo para operar. Este campo de flujo determina el ángulo de entrada (para el paso del vapor entre las hojas móviles adyacentes en una fila), el calibrado y las fuerzas que actúan sobre cada hoja entre varios parámetros. 'Gainging' es la relación entre la garganta y el paso; 'throat' es la distancia lineal entre el borde posterior de la cuchilla de una cuchilla en movimiento y la superficie de succión adyacente de la cuchilla en movimiento '. Paso 'es la distancia en la dirección tangencial entre los bordes posteriores de la cuchilla de las cubetas adyacentes, y cada una de estas medidas se mide a una distancia radial especial del eje de la turbina.
Los parámetros de estos campos de flujo dependen de varios factores, incluida la longitud del ala en una fila en particular. La longitud del ala se establece en las primeras etapas de la etapa de diseño de la turbina de vapor y es esencialmente una función de la potencia total de la turbina de vapor y la salida para esa etapa en particular.
La figura 1 muestra una sección transversal de dos cuchillas adyacentes en una fila y muestra algunas características de una superficie aerodinámica típica. Estas dos hojas están numeradas 10 y 12. Estas cuchillas tienen superficies de succión convexas 14 y 16, superficies de presión cóncava 18 y 20, bordes delanteros de la cuchilla 22 y 24, y bordes de salida de la cuchilla 26 y 28, respectivamente.
En la figura 1, la garganta está indicada por el símbolo 'O' y es la distancia lineal más corta entre el borde de salida de la cuchilla 10 y la superficie de succión de la cuchilla 12. El tono se indica con el símbolo 'S' y representa la distancia lineal entre los bordes posteriores del ala de dos alas adyacentes.
El ancho del ala se indica por la distancia Wm, el ángulo de entrada del ala es α 1 y el ángulo de salida es α 2.
'Β' es el ángulo de metal de vanguardia del borde de ataque de la cuchilla, y el signo 's' es el ángulo de escalonamiento.
Es importante considerar la interacción de las filas de hojas adyacentes durante el funcionamiento de una turbina particular en el campo de flujo. La fila anterior afecta a su tren posterior al crear potencialmente un flujo másico cerca de la base que no puede pasar a través de la fila siguiente. Por lo tanto, es importante diseñar cuchillas que tengan una distribución de flujo apropiada en la dirección vertical de la longitud de la cuchilla.
La distribución de la presión a lo largo de las superficies cóncavas y convexas del ala puede crear un flujo secundario que dará como resultado la ineficacia de la disposición del perfil aerodinámico. La pérdida debida a este flujo secundario es causada por la diferencia en la presión del vapor entre la superficie de succión y la superficie de presión cerca de la pared del extremo de la cuchilla.
Independientemente de la forma de la superficie aerodinámica según lo determinado por los parámetros del campo de flujo anterior, el diseñador de ala también debe considerar el costo de fabricación de la forma de superficie aerodinámica óptima. Los parámetros del campo de flujo pueden definir un contorno que no se puede fabricar de forma económica, o por el contrario, la forma óptima de la superficie aerodinámica puede no ser práctica desde el punto de vista económico. Por lo tanto, la forma aerodinámica óptima también debe considerar la posibilidad de fabricación.
Medios para resolver el problema
Efecto de la invención
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección transversal de dos álabes adyacentes que muestran caracterısticas de ala tıpicas.
La figura 2 es una vista en sección longitudinal de una parte de una turbina de vapor que incorpora una fila de cuchillas estacionaria de acuerdo con la presente invención.
La figura 3 es una vista parcialmente ampliada de la turbina de vapor de la figura 2, que muestra la paleta de estator según la presente invención.
La figura 4 es un gráfico del área de la sección transversal en función del radio de una paleta según la invención.
La figura 5 es un gráfico del momento mínimo de inercia (IMIN) en función del radio de una paleta según la invención.
La figura 6 es una vista en sección transversal de una cuchilla estacionaria según la presente invención a una distancia radial predeterminada.
La figura 7 es una vista en sección transversal de una cuchilla estacionaria según la presente invención a una distancia radial predeterminada.
La figura 8 es una vista en sección transversal de una cuchilla estacionaria según la presente invención a una distancia radial predeterminada.
La figura 9 es una vista en sección transversal de una cuchilla estacionaria según la presente invención a una distancia radial predeterminada.
La figura 10 es una vista en sección de una cuchilla estacionaria según la presente invención a una distancia radial predeterminada.
La figura 11 es un gráfico de velocidades de vapor en una superficie de succión y una superficie de presión de una cuchilla estacionaria de acuerdo con la presente invención.
8, ... 14, 16 superficie de succión convexa
18, 20 superficie de presión cóncava
30 Turbina de vapor
42 cuchilla del estator
44 Superficie aerodinámica
46 Anillo exterior
48 Anillo interior
Reclamo
Reivindicaciones 1. Una paleta de estator para una turbina de vapor, la paleta de estator que tiene un extremo radialmente interno que termina en una parte de anillo interior formada integralmente cuando se monta en una posición operativa en la turbina de vapor, Y un extremo radialmente exterior que termina en una porción de anillo exterior, teniendo dicha superficie aerodinámica las características de la siguiente Tabla 1: Hoja de estator de una turbina de vapor.
ID de reclamo = 000003 HE = 140 WI = 122 LX = 0440 LY = 0 500
2. Un método para optimizar la fiabilidad de una paleta de estator de tipo diafragma de una turbina de vapor que tiene una superficie aerodinámica, un anillo interior integral y un anillo exterior integral, comprendiendo el método los pasos de: la distribución en la dirección radial de una masa cuchilla estacionaria, las paletas de optimización y la masa de la porción de anillo interior está sintonizado con respecto a la excitación armónica, mientras que suponiendo que el resonador, una simulación por ordenador de la carga total de vapor que actúa como una excitación en fase mediante el uso de los análisis de las características de vibración de la paleta después de la puesta a punto, hasta analizó paletas propiedad coincide con los esfuerzos de vibración aceptables, tuning repetida y resintonizar del proceso, la fiabilidad paletas incluyendo varios pasos Método de optimización
Dibujo :
Application number :1994-010609
Inventors :ウエスチングハウス?エレクトリック?コーポレイション
Original Assignee :ジュレク?ファールジャー、シャン?チェン