Выбор тепловой схемы и конструктивных особенностей турбин

Тепловая схема турбоустановки выбирается на основании имеющегося опыта и оценки экономического эффекта применяемых решений, В частности, выбираются давление в системе промежуточного перегрева, способ деаэрации питательной воды и давление в деаэраторе, число ступеней регенеративного подогрева питательной воды и т. п. В установках большой мощности питательные насосы часто выполняются с турбинным приводом, причем поток пара приводящей турбины включается в основную тепловую схему (см., например, рис. 1.26).

В турбинах насыщенного и слабоперегретого пара, применяемых на АЭС, выбирается схема сепарации и промежуточного перегрева, в том числе число ступеней сепарации, наличие промежуточного перегрева, одно- или двухступенчатая система этого перегрева и температура пара после него. Важным является выбор разделительного давления, при котором осуществляются сепарация и перегрев. Все эти вопросы решаются на основе технико-экономических расчетов.

, которую турбина должна длительно развивать при всех номинальных параметрах (см. § 1.8). Поскольку во время эксплуатации турбина работает с переменной нагрузкой, оказывается целесообразным так проектировать ее, чтобы наибольшая экономичность достигалась при нагрузке, наиболее характерной для условий эксплуатации (в течение года).

Турбина и связанный с ней электрический генератор должны допускать повышение мощности сверх номинальной, которое, например, возникает в результате естественного углубления вакуума в зимнее время. Конденсационные турбины (без регулируемых отборов пара) обеспечивают максимальную мощность при отсутствии отбора для внешнего теплового потребления (см. § 1.8). Повышение мощности сверх номинальной может быть предусмотрено при отключении части отборов пара, используемых для регенеративного подогрева питательной воды. Следует учитывать, что при этом заметно ухудшается экономичность турбоустановки.

Частоту вращения турбины в большинстве случаев следует рассматривать как заданную величину. Для получения переменного тока частотой 50 Гц ротор двухполюсного генератора должен вращаться с частотой = 501 /с.

В США, большинстве стран Латинской Америки и в некоторых странах Восточной Азии используется электрический ток с частотой 60 Гц, что приводит к необходимой частоте вращения ротора двухполюсного генератора

  с

Наиболее удобно выбирать для ротора турбины такую же частоту вращения, что позволяет соединять непосредственно роторы турбины и генератора. Только иногда для турбин малой мощности (2—4 МВт и ниже) оказывается более экономичным создавать турбину на повышенную частоту вращения и соединять ее с генератором при помощи редукторного привода. В этом случае возможен разнообразный выбор частоты вращения турбины.

Для приводных и транспортных турбин частота вращения определяется условиями работы приводимой машины или движителя. Для приводных агрегатов, например для турбонасосных агрегатов мощных энергоблоков, номинальная частота вращения выбирается из условий обеспечения надежной и наиболее экономичной работы всего агрегата, т. е. и турбины, и насоса.

  (при частоте сети 50 Гц)

сокращает число цилиндров, хотя размеры и масса каждого цилиндра возрастают.

. Кроме того, следует избегать парциального

подвода пара в нерегулируемых ступенях турбины и стремиться к достижению, достаточной высоты сопловых и рабочих лопаток.

Соблюдение этих, требований приводит к большому числу ступеней паровой турбины. В одном цилиндре высокого давления удается, как правило, разместить не более 15-20 ступеней активного типа и не более 30 — 40 реактивных ступеней при барабанной конструкции ротора. При большем числе ступеней расстояние между опорами возрастает настолько, что роторы получаются чрезмерно гибкими и имеют слишком низкую критическую частоту; возможно коробление корпуса. Поэтому конденсационные турбины часто выполняются в нескольких цилиндрах. Это становится необходимым, когда в конденсационной турбине большой мощности приходится дублировать потоки пара в ступенях низкого давления, а также в турбинах ТЭС с промежуточным перегревом пара, в которых особенно велики располагаемые теплоиерепады и соответственно велико число. ступеней.

При выборе конструктивного типа турбины не следует упускать из вида, что многоцилиндровая турбина всегда получается более дорогой. Поэтому для турбин относительно небольшой мощности (до 100 МВт) переход к двух- и многоцилиндровой конструкции следует допускать лишь в случаях, когда такое решение приводит к заметному повышению КПД и оправдано с экономической точки зрения.

В современном паротурбосл роении активные и реактивные турбины средних и больших мощностей получили примерно равное распространение. Только при малых мощностях, когда приходится выполнять турбины с парциальным подводом пара в ступенях высокого давления, реактивная конструкция оказывается непригодной. Для больших мощностей как с точки зрения экономичности, так и в отношении эксплуатационной надежности оба типа турбин практически равноценны. Если, с одной стороны, в реактивных ступенях условия обтекания рабочих решеток несколько лучше, чем в активных, то, с другой стороны, КПД реактивной ступени сильно зависит от утечек в самой ступени. Кроме того, в реактивной турбине обычно имеется разгрузочный диск большого диаметра и КПД турбины снижается из-за потерь на перетекание в его уплотнении. Все это в конечном итоге приводит к примерно равной экономичности обоих типов турбин.

Поэтому несмотря на длительность конкуренции активных и реактивных турбин оба типа имеют равное распространение. Технология изготовления каждого из этих типов турбин имеет свои особенности.

В реактивной турбине число ступеней намного больше, чем в активной. Барабанная конструкция ротора реактивной турбины значительно отличается от дисковой конструкции ротора активной турбины, где диски многих ступеней выполняются насадными или откованными заодно с валом.

В соответствии с типом турбины, который получил распространение на том или ином заводе, применяются специализированные оборудование, оснастка и приспособления. Поэтому каждый завод, как правило, придерживается той или другой конструкции.

Если отвлечься от этих практических соображений, то следует иметь в виду, что выполнение активного типа ступеней целесообразно в области малых объемных расходов, где существенно сказываются потери от перетекания. Наоборот, в области низких давлений, где удельные объемы пара велики и соответственно высота лопаток и веерность ступени значительны и, следовательно, степень реактивности существенно меняется по высоте, применяются реактивные ступени. Ступени низкого давления современных активных турбин выполняются со значительной реактивностью, которая для последней ступени достигает на среднем диаметре 50% и более.

  В конденсационных турбинах по потоку пара он

=500° С до давления в конденсаторе /?к = 3,4 кПа

=0,90 удельный объем изменяется от

=23,5 МПа, го = 560уС,

  = 0,0137 м3/кг, то при том же состоянии на выходе из турбины увеличение удельного объема пара составляет примерно 2500.

в и числа регенеративных отборов.

Абсолютное значение объемного пропуска пара зависит от его массового расхода, поэтому для предварительной оценку конструктивного типа турбины необходимо приближенно найти массовой расход пара.

Чтобы достичь высокого КПД, необходимо стремиться к минимальным потерям энергии в проточной части турбины. В первую очередь это относится к сопловым и рабочим решеткам, которые должны быть тщательно спрофилированы с газодинамической точки зрения. В случае применения новых решеток, которые еще не подвергались проверке на натурных турбинах, профили должны быть исследованы на экспериментальных турбинах. Рекомендуется выполнять плавное меридиональное очертание проточной части, избегая скачкообразного изменения диаметров ступеней турбины. Паровые коммуникации (подводящие паропроводы, клапаны, ресиверы, выходные и подводящие патрубки) должны быть оформлены таким образом, чтобы потери давления в них были минимальными. В некоторых случаях удается так их спроектировать, что давление за ними оказывается выше, чем на входе (см., например, рис. 5.26,6). Кроме того, большое внимание следует уделять уменьшению потерь от перетекания пара.