(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) (51) T3 Int.Cl. F01K 7/18 ( ) F01K 7/20 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2013/20 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Turbina parowa (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2006/10 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/10 (73) Uprawniony z patentu: Siemens Aktiengesellschaft, München, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 OLAF ARNDT, Nürnberg, DE UDO TIELCKE, Nürnberg, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Mirosława Ważyńska JWP RZECZNICY PATENTOWI DOROTA RZĄŻEWSKA SP. J. ul. Żelazna 28/30 Sienna Center Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 16732/13/P-RO/MW EP Opis Turbina parowa [0001] Wynalazek dotyczy turbiny parowej z wieloma elementami stopni i z umieszczonym przed pierwszym elementem stopnia urządzeniem do regulacji mocy turbiny parowej. Taka turbina parowa jest ujawniona np. w dokumencie US B1. [0002] Turbiny parowe mają pracować w możliwie wysokim przedziale mocy i ze stałym wysokim stopniem sprawności. Wymogi te nie mogą być spełnione w całości przez turbiny parowe o typowej konstrukcji. [0003] Celem wynalazku jest zapewnienie turbiny parowej, która zarówno w trybie normalnym jak i w przedziale obciążenia częściowego może pracować z dobrymi stopniami sprawności przy mocach, które leżą znacznie poniżej mocy znamionowej. Poza tym turbina parowa według wynalazku ma też mieć wysoki stopień sprawności podczas pracy w przeciążeniu. [0004] Według wynalazku cel ten zrealizowano technicznymi cechami zastrzeżenia 1. [0005] Przez to, że w trybie przeciążenia do turbiny parowej można wprowadzić dodatkową parę i za pomocą tej pary zasila się drugie koło regulacyjne MD, można znacznie zwiększyć moc turbiny parowej według wynalazku bez zauważalnych strat stopnia sprawności. [0006] Na optymalizację procesu ma wpływ bezproblemowe wymieszanie doprowadzonej ponownie pary za kołem regulacyjnym MD. Okazało się, że przy wysokich parametrach świeżej pary (para HD) można przetworzyć poczwórny przepływ masowy bez zauważalnych strat stopnia sprawności w trybie normalnym i obciążenia częściowego. [0007] Uzyskuje się to przede wszystkim wówczas, gdy dokonuje się odpowiedniego podziału obu strumieni pary, a koła regulacyjne i grupy stopni zostaną tak zaprojektowane, że w komorze koła regulacyjnego MD oba strumienie pary mają te same parametry pary. Akceptowalne są różne temperatury pary z obu strumieni pary. [0008] Konstrukcja turbiny ze zoptymalizowanym dodatkowym kołem regulacyjnym MD z zasilaniem za pośrednictwem dysz ma sens przy wysokim ciśnieniu pary, przez co koło regulacyjne HD może zostać w pełni wykorzystane, jednakże bez skomplikowanych konstrukcji obudowy wewnętrznej. [0009] Umieszczenie według wynalazku drugiego koła regulacyjnego z przynależnymi do niego sterowanym dyszami w komorze miedzy pierwszym elementem stopnia turbiny parowej a drugim elementem stopnia turbiny parowej może zostać skutecznie zastosowane zarówno w turbinach z wirnikiem bębnowym jak w turbinach komorowych. [0010] Wynalazek można zastosować w równym stopniu skutecznie w turbinach z ułopatkowaniem akcyjnym i w turbinach z ułopatkowaniem reakcyjnym w wielu stopniach turbiny parowej. [0011] Koło regulacyjne HD i koło regulacyjne MD może być wykonane jednowieńcowo, ale też dwuwieńcowo (koło Curtisa).

3 2 [0012] Konstrukcja turbiny z kołem regulacyjnym HD i następnym elementem stopnia jest często optymalna. Jednakże konstrukcja ta nie jest konieczna dla wynalazku. Koło regulacyjne HD jako element stopnia może zostać zastąpione ewentualną obudową wewnętrzną i regulacją dławieniową w trybie mostkującym/ wewnętrznym trybie mostkującym lub jako kombinacja ich obu, koła regulacyjnego HD i trybu mostkującego w obudowie wewnętrznej. Z tego powodu nie zmienia się główna zasada, gdyż koło impulsowe z dyszą może zostać w razie zapotrzebowania uruchomione poprzez spadek ciśnienia między stanem dolotowym HD a wybranym zoptymalizowanym stanem MD, zwiększając moc. Zasadę działania koła impulsowego HD z dyszami można też zrealizować jako rozbudowę lub przebudowę istniejącej turbiny. Gdy turbina parowa ma pracować w trybie przeciążeniowym, to według wynalazku wymagana lub pożądana moc przeciążeniowa jest doprowadzana przez potrzebną parę HD za pośrednictwem dołączonego dodatkowego zintegrowanego stopnia impulsowego. Dostarczenie tej dodatkowej pary HD następuje za pośrednictwem typowych sterowników dyszowych, przez co koło impulsowe doprowadza dodatkową moc tak jak swobodne koło regulacyjne poprzez dysze w trybie akcyjnym. Dodatkowa moc wynika z różnicy entalpii między stanem pary HD a miejscowym stanem pary za kołem regulacyjnym MD i ilością pary przeznaczonej do optymalizacji. [0013] Dalsze korzyści i korzystne przykłady wykonania wynalazku wynikają z poniższego rysunku, jego opisu i zastrzeżeń patentowych. Wszystkie cechy ujawnione na rysunku, w jego opisie i w zastrzeżeniach patentowych stanowią istotę wynalazku zarówno osobno jak i jako wzajemna kombinacja. Rysunek [0014] Na rysunku przedstawiono: Figura. 1 przekrój podłużny przykładu wykonania turbiny parowej według wynalazku i Figura 2 przykład wykonania koła regulacyjnego z grupą sterowanych dysz. Opis przykładów wykonania [0015] Figura 1 przedstawia turbinę parową z obudową 3 i wirnikiem 5 w przekroju podłużnym. Turbina parowa 1 ma pierwszy element stopnia 7 i drugi element stopnia 9. [0016] Każdy ze stopni 7 i 9 składa się z grupy łopatek wirujących 11, które są zamocowane na wirniku 5 i grupy łopatek kierujących 13, które zwykle są zamocowane za pośrednictwem nośników łopatek kierujących na obudowie 3 turbiny parowej 1. Na figurze 1 ze względu na przejrzystość nie wszystkie łopatki wirujące i nie wszystkie łopatki kierujące opatrzono odnośnikami. W kierunku przepływu przed pierwszym elementem stopnia 7 na wirniku 5 jest zamocowane pierwsze koło regulacyjne 15. Nieprzedstawione osobno na figurze 1 łopatki wirujące koła regulacyjnego 15 są wykonane jako łopatki akcyjne. [0017] W bezpośrednim sąsiedztwie koła regulacyjnego 15 przewidziano pierścień dyszowy 17, który ma wiele dysz 19 rozmieszczonych na obwodzie. Pierścień dyszowy 17 jest zasilany parą za pośrednictwem przewodu świeżej pary 21 z przewodami częściowymi 21a i 21b. W każdym z przewodów częściowych 21a i 21b przewidziano po jednym pierwszym zaworze

4 3 regulacyjnym 23. Za pośrednictwem sterowanych dysz 19 świeża para doprowadzana do pierścienia dyszowego 17 jest kierowana na pierwsze koło regulacyjne 15, a następnie dostaje się do pierwszej komory koła 25, która jest ograniczona przez wirnik 5 i obudowę 3. [0018] Zaraz po tym świeża para (nieprzedstawiona na figurze 1) dostaje się do pierwszego elementu stopnia 7 turbiny parowej 1, gdzie ulega rozprężeniu. [0019] Za pierwszym elementem stopnia 7 na wirniku 5 przewidziano drugie koło regulacyjne MD 27. Koło regulacyjne MD 27 na przedstawionym tu przykładzie wykonania jest także wykonane jako koło impulsowe. Drugie koło regulacyjne MD 27 jest zasilane dodatkową parą przez jedną lub wiele dysz 29, z których na figurze 1 przedstawiono tylko jedną, i dzięki temu działa jak stopień koła regulacyjnego w trybie akcyjnym. Ta dodatkowa para, którą na figurze 1 zaznaczono strzałką 31, miesza się przed wlotem do drugiego elementu stopnia 9 z częściowo rozprężoną świeżą parą, która wydostała się z pierwszego elementu stopnia 7. Ta częściowo rozprężona świeża para została na figurze 1 opatrzona odnośnikiem 33. Przestrzeń znajdująca się między pierwszym elementem stopnia 7 a drugim elementem stopnia 9, w którym znajduje się drugie koło regulacyjne MD 27, jest zwana dalej drugą przestrzenią koła 35. [0020] Dysza 29 jest również sterowana i może być na przykład zoptymalizowana przez drugi zawór regulacyjny 37 lub nieprzedstawiony układ zaworów. Za pośrednictwem tego drugiego zaworu regulacyjnego 37 można regulować dopływ dodatkowej pary do turbiny parowej 1 przez dyszę 29. [0021] Po przepłynięciu całej ilości pary przez drugi element stopnia i jej jednoczesnym rozprężeniu, para odlotowa jest odprowadzana przez wylot 39 z turbiny parowej 1. [0022] W normalnym trybie, to znaczy, gdy turbina parowa pracuje z mocą znamionową lub w przedziale częściowego obciążenia, drugi zawór regulacyjny 37 lub układ zaworów jest zamknięty, a turbina parowa 1 pracuje jak konwencjonalna turbina parowa. Regulacja mocy turbiny parowej 1 następuje wyłącznie za pośrednictwem pierwszego koła regulacyjnego 15, względnie sterowania dysz 19, które sterują zasilaniem pierwszego koła regulacyjnego 15. Regulacja mocy turbiny parowej 1 w trybie znamionowym lub normalnym i w trybie obciążenia częściowego jest wystarczająco dobrze znana ze stanu techniki i dlatego nie została szczegółowo objaśniona w związku z wynalazkiem. Korzystny w tej regulacji mocy jest niezmiennie wysoki stopień sprawności turbiny parowej 1 przy mocy znamionowej podobnie jak w trybie obciążenia częściowego bez dodatkowych znacznych nakładów konstrukcyjnych, jak np. wewnętrzna obudowa, turbiny z dopływem środkowym i tym podobne. [0023] Gdy turbina parowa 1 ma pracować w przeciążeniu, to według wynalazku drugi zawór regulacyjny 37 lub nieprzedstawiony układ zaworów zostaje otwarty, przez co na koło regulacyjne 27 przez dyszę 29 może płynąć dodatkowa para. Przy tym dysza 29 jest tak wykonana i zoptymalizowana, że stan dodatkowej pary 31 w miarę możliwości odpowiada stanowi częściowo rozprężonej świeżej pary 33, przez co w drugiej przestrzeni koła 35 może nastąpić dobre i bezproblemowe wymieszanie obu tych częściowych strumieni pary.

5 4 Częściowo rozprężona świeża para 33 wskutek przewidywanego większego odstępu między drugim kołem regulacyjnym MD 27 a obudową 3 turbiny parowej 1 może w sposób mniej lub bardziej bezproblemowy opłynąć koło regulacyjne MD 27. [0024] Straty przepływu przez zawory w obszarze opływania są zmniejszane przez typowe wentylacyjne urządzenie ochronne. Gdyby wentylacyjne urządzenie ochronne nie było wystarczające, to zaleca się domieszanie za pośrednictwem drugiego zaworu regulacyjnego 37. [0025] Oba częściowe strumienie pary 31 i 33 przepływają przez drugi element stopnia 9 i przekazują tam pracę lub moc na wirnik 5. W odpowiednim rozplanowaniu zarówno pierwszego elementu stopnia 7 i drugiego elementu stopnia 9, jak i pierwszego koła regulacyjnego 15 z dyszami 19 i drugiego koła regulacyjnego 27 z dyszami 29 w trybie przeciążenia można zrealizować czterokrotny strumień pary w porównaniu do punktu obliczeniowego turbiny parowej 1. Prowadzi to odpowiednio do znacznie polepszonego wzrostu mocy turbiny parowej bez zauważalnych strat stopnia sprawności turbiny parowej. [0026] Z tego względu za pośrednictwem turbiny parowej 1 według wynalazku jest możliwa praca turbiny parowej 1 począwszy od trybu z częściowym obciążeniem, przez tryb z obciążeniem znamionowym aż do trybu przeciążenia przy dobrym, w przybliżeniu stałym stopniu sprawności. [0027] Na figurze 2 schematycznie w widoku z przodu przedstawiono drugie koło regulacyjne 27 i dysze 29. Drugie koło regulacyjne 27 ma łopatki wirujące 39, które na figurze 2 przedstawiono tylko schematycznie. W przedstawionym na figurze 2 przykładzie wykonania trzy dysze 29, które w literaturze określa się również, jako segmenty dyszowe, są tak rozmieszczone, że przez wyloty dyszy 29 łopatki wirujące 39 drugiego koła regulacyjnego MD 27 można zasilić dodatkową parą. Do tego miedzy komorą dyszową 41 a dyszami 29 przewidziano odpowiednio po jednym zaworze 43. W zależności od tego, ile zaworów 43 zostanie otwartych mniejsza lub większa ilość dodatkowej pary przepływa przez dysze 29 na drugie koło regulacyjne MD 27 i następnie miesza się z częściowo rozprężoną parą świeżą (patrz odnośnik 33 na figurze 1). Lista odnośników [0028] 1 turbina parowa 3 obudowa 5 wirnik 7 pierwszy element stopnia 9 drugi element stopnia 11 łopatka wirująca 13 łopatka prowadząca

6 5 15 pierwsze koło regulacyjne 17 pierścień dyszowy 19 dysza 21 przewód pary świeżej 23 zawór regulacyjny 25 pierwsza przestrzeń koła 27 drugie koło regulacyjne MD 29 dysza 31 para dodatkowa 33 częściowo rozprężona świeża para 35 druga przestrzeń koła 37 drugi zawór regulacyjny 39 łopatka wirująca 41 komora dyszowa 43 zawór Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

7 6 Zastrzeżenia patentowe 1. Turbina parowa z wieloma elementami stopni (7, 9) i umieszczonym przed pierwszym elementem stopnia (7) urządzeniem do regulacji mocy turbiny parowej, przy czym urządzenie do regulacji mocy turbiny parowej umieszczone przed pierwszym elementem stopnia (7) jest wykonane jako pierwsze koło regulacyjne (15) z pierścieniem dyszowym (17) i z wieloma sterowanymi dyszami (19), a za pierwszym elementem stopnia (7) jest przewidziane drugie koło regulacyjne MD (27) z dyszami (29). 2. Turbina parowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że pierwsze koło regulacyjne (15) i/lub drugie koło regulacyjne MD (27) jest wykonane jako akcyjne koło wirnikowe o konstrukcji Curtisa, lub jako koło impulsowe. 3. Turbina parowa według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że drugie koło regulacyjne (27) może być zasilane dodatkową parą z przewodu świeżej pary (21) przez grupę sterowanych dysz (29). 4. Turbina parowa według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że turbina parowa (1) jest wykonana jako turbina komorowa. 5. Turbina parowa według jednego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że elementy stopni (7, 9) turbiny parowej (1) mają ułopatkowanie akcyjne lub ułopatkowanie reakcyjne. Mirosława Ważyńska Rzecznik patentowy

8 7

9 8