Вопрос 1. Конденсационные турбины

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Бо́льшая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

2 вариант первого вопроса, от Фоминой.

КЭС. Процесс преобразования тепла в топливе в электрическую начинается с подачи в парогенератор топлива, воздуха и питательной воды. Под воздействием тепла, выделяющего при сжигании топлива, питательная вода превращается в пар, который направляется в паровую турбину кондес.типа(К), расширяется на лопатках турбины, приводя во вращение ротор. Ротор турбины соединен с ротором электрогенератора., в обмотки которого от возбудителя, расположенного на одном валу с электрогенератором, подается напряжение. Вращение ротора, обмотки которого находятся под напряжением, создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая неподвижные проводники статора электрогенератора, наводит в них ЭДС, в результате чего по цепи .протекает эл.ток (КПД 44-55%).Пар выйдя из турбины поступает в конденсатор, охлаждается циркуляционной водой, и конденсат пара направляется в парогенератор.

Кратность охлаждения (m) показывает сколько в среднем требуется воды для охлаждения 1 кг. пара.

m = G_в / D_к – кратность охлаждения( в среднем 50-60% [кг воды / кг пара]) , где

G_{в -} показывает сколько пара пропускается в конденсатор

Dк - расход пара из турбины в конденсатор, или тепло, которое пар отдает охлаждающей воде.

Как прийти к этой формуле, если вдруг спросит

D_к (i_к – i’_к) = G_в (i_в2 – i_в1), где i –iк – разность энтальпий(можно обозначать и h)

t_в2 < t_{к где} t_в1 – охлаждающая вода на входе, t_в2 – охлаждающая вода на выходе.

t_в2 = t_к - ∆t

∆t = 3÷5 °C

t_в1 – среднегодовая температура водоема, если прямоточная система водоснабжения.

G_в = [D_к (i_к – i’_к)]/ (i_в2 – i_в1), соответвенно

m = (i_к – i’_к) / (i_в2 – i_в1) или m = Gв / Dк

2 Вопрос. Классификация гидротрубин.

Гидравлической турби­ной называется двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию враще­ния его рабочего колеса. В практике принято гидротурби­ны подразделять на классы, систе­мы, типы и серии. Существует два класса гидротурбин: активные и реактивные. На основании закона Бернулли мы можем определить какой напор получается на данной гидростанции или какой напор срабатывает та или иная гидротурбина.

Удельная энергия:

На входе в раб.колесо На выходе из рабочего колеса

Отданная водой рабочему колесу энергия равна разности энергий в потоке до и после рабочего ко­леса

- потенциальная энергия. - кинетическая энергия.

Если ГТ использует только кинетическую энергию то турбина является активной,

Если и кинет. и потенц. то турб. является реактвной.

Класс реактивных турбин объединяет следующие системы: осевые – пропеллерные и поворотно - липастные, диагональные поворотно – лопастные и радиально -осевые турбины.

В класс активных турбин входят системы ковшовых, наклонно-струйных турбин и турбин, двойного действия. Последние две системы не имеют столь ши­рокого распространения, как ковшовые. Каждая система турбин содержит несколько типов., имеющих геометрически, подобные проточные части и одинаковую быстроход­ность, но различающихся по размерам. Геометрически подобные турбины различных размеров образуют серию.

Кроме того, все турбины условно делятся на низко-, средне- и высоко-напорные. Низконапорными принято считать, турбины, работающие при Н<25 м, средненапорными при 25 ≤ Н ≤ 80 м и высоконапорными при Н > 80 м.

Турбины подразделяются на ма­лые, средние и крупные.

К малым туpбинам относятся те, у которых диаметр рабочего колеса D_i ≤ l,2 м при низких, напорах и D_i ≤ 0,5 м при высоких, а мощность составляет не более 1000 кВт.

К средним — те турбины, у которых l,2 ≤ D_i ≤ 2,5 м при низких напорах и 0,5 м ≤ Di ≤ l,6 м при высоких, а мощность 1000 кВт<N≤15000 кВт.

К крупным турбинам относятся те, которые имеют D₁ и N₁ больше, чем у средних. Подчеркнем, однако, условность и историчность такого деления гидротурбин.

Основными элементами проточ­ной части реактивных гидротурбин кроме рабочего колеса, являются: турбин­ная (спиральная) камера 1, статор турбины 2, направляющий аппа­рат 3, камера с рабочим колесом 4, отсасывающая труба 5, камера ра­бочего колеса 6.

Вода из верхнего, бьефа низко­напорных ГЭС поступает непосред­ственно к турбинной камере, предназначенной для подвода воды на рабочее колесо. В высоконапорных гидроэлектростанциях вода к тур­бинной камере направляется по тру­бопроводу.

Турбинные камеры. Различают от­крытые и спиральные турбинные камеры. Для малых турбин (0^1,6 м) и низких 'напоров (9—10 м) турбинные ка­меры выполняются открытыми. Для сред­них и крупных турбин — спиральными. При Этом, если напор менее 40 м, спирали изготовляются бетонными таврового сече­ния (рис.. 9.8,а), при более высоких напо­рах — металлическими (сварными или ли­тыми) круглого сечения (рис. 9.8,6).

Площадь входного сечения спирали за­висит от расхода и скорости потока. Для сохранения постоянной скорости воды в спирали сечение последней уменьшается по мере поступления воды в направляющий аппарат. Угол охвата спирали <р°_Мако от­считывается от начального сечения до ее концевой части, называемой зубом -спи­рали: В бетонных спиральных камерах этот угол принимается не менее 180°, для стальных достигает 345—360°. Снижение угла φ°макс для низконапорных ГЭС приводит к уменьшению ширины подводящего водо­вода (размер В на рис. 9.8) и объема строительных работ.

Статор турбины служит для передачи нагрузки на фундамент ГЭС от вращаю­щихся частей агрегата, осевого усилия во­ды и массива здания электростанции, рас­положенного над спиралью. Статор обычно состоит из отдельно поставленных колонн, связанных между собой при помощи верх­него и нижнего поясов. Число колонн по соображениям уменьшения сопротивлений потоку обычно выбирается вдвое меньше числа направляющих лопаток. Конструк­тивно колонны располагаются так, чтобы между выходной кромкой колонны и на­правляющей лопаткой оставался достаточ­ный зазор. Размеры колонны в плане, их конфигурация и расположение целиком определяются геометрическими данными спирали, условиями обтекания, а также ус­ловиями прочности.

Билет 30

1. Многоступенчатые паровые турбины, основные преимущества по сравнению с одноступенчатами. Изображение процесса расширения пара в турбине в h,S диаграмме. Определение мощности турбины через теплоперепад.

Многоступенчатые паровые турбины -  в которой расширение пара совершается последовательно на нескольких ступенях. Сейчас почти все турбины строятся многоступенчатыми, т. к. одноступенчатые турбины должны иметь слишком большое число оборотов для того, чтобы быть экономичными.

Каждая ступень в принципе представляет собой элементарную турбину и состоит из неподвижного соплового аппарата и подвижных рабочих лопаток. В сопловом аппарате происходит расширение пара, на рабочих лопатках — преобразование кинетической энергии потока рабочего тела в работу вращения ротора турбины. Поскольку в каждой ступени используется только часть располагаемого перепада давления и тепла, скорости пара в ней умеренные. Это позволяет получить хороший кпд при относительно невысокой частоте вращения ротора, что необходимо для непосредственного соединения турбины с приводимыми машинами (электрическими генераторами, компрессорами).

         Число ступеней при проектировании М. т. выбирают с учётом заданных параметров рабочего тела, кпд и габаритных размеров турбины. С увеличением числа ступеней улучшается экономичность, т. к. тепловые потери предыдущей ступени используются в последующей, но растут размеры, масса и стоимость турбины. При небольшом (до 10—15) числе ступеней их размещают в одном корпусе (цилиндре), при большем (до 30—40) — в двух или трёх корпусах. Практически все турбины, кроме мелких вспомогательных, строят многоступенчатыми

Преимущества многоступенчатых турбин.

2. возможность срабатывания большого теплоперепада, следовательно, больше мощность турбины;

3. каждая ступень в многоступенчатой турбине работает в оптимальных условиях, следовательно это дает возможность при срабатывании большого теплоперепада иметь достаточно высокий КПД турбины;

4. в многоступенчатых турбинах потери с выходной скоростью предыдущей ступени можно полезно использовать в последующих ступенях, при этом коэффициент возврата тепла достигает ≈ 3-8%;

5. в многоступенчатых турбинах можно допускать достаточно большой расход пара, что ведет к увеличению мощности турбины;

6. в многоступенчатых турбинах можно осуществить отбор пара

• регенеративный

• регулированный отбор пара на производство и теплофикацию.

Для определения параметров рабочего тела в характерных точках в теоретическом цикле Ренкина воспользуюсь PV, TS и HS диаграммами, которые схематично изображены ниже. По ним легко видеть, какие параметры меняются, а какие нет.

1-2 – адиабатическое расширение пара в турбине;

2-3 – изобарно-изотермический процесс конденсации пара (P2=const, t2=const) ;

3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе (можно считать и изохорным);

4-5 – изобарный процесс подогрева;

5-1 - изобарно-изотермический процесс парообразования в парогенераторе.

Мощность ступени определяется по формуле:

N_ст = G*H_a

[кВт] = [кг/ч]*[кДж/кг]

Для выработки 1 кВт энергии требуется 860 ккал

860N_cт = D*Н_а

[ккал/кВт·ч]*[кВт] = [кг/ч]*[ккал/кг]

Н_а = i₀ – i_ka

где: i_ka – энтальпия пара на выходе из турбины в идеале

860N_{турбины} = D*( i₀ – i_ka)*η_oi*η_м*η_г

[ккал/ кВт·ч]*[кВт] = [кг/ч]*[ккал/кг]

где: 0,96 ≤ η_м ≤ 0,98

0,98 ≤ η_г ≤ 0,99

0,96 ≤ η_м*η_г ≤ 0,97

Если учесть, что

η_oi = H_д/Н_а = (i₀ – i_k)/(i₀ – i_ka),

2. Цикл ГТУ и его изображения в h,S диаграмме. КПД ГТУ. Область применения ГТУ. Основные преимущества ГТУ по сравнению с ПТУ