Регулювання плаваючим тиском

При цьому способі регулювання, клапани турбіни залишаються відкритими, а потужність турбіни регулюють зміною тиску пари та продуктивністю котла.

Контрольні питання до теми 1.4

1. Конструкція (принципова) багатосхідчастої турбіни.

2. Призначення проміжного перегрівача.

3. Призначення сепаратора.

4. Процес проходження пари через клапани.

5. Конструкція односедельного клапану.

6. Конструкція здвоєного клапану.

7. Конструкція клапану сферичної форми.

8. Конструкція двоседельного клапану.

9. Конструкція вихідного клапану.

10. Складові втрат у вихідному патрубку.

11. Принцип роботи лабіринтового ущільнення.

12. Вимоги до ущільнення.

13. Складові осьового ущільнення.

14. Шляхи зменшення осьових зусиль.

15. Процес повернення теплоти.

16. Принцип роботи теплоенергетичної установки.

17. Складові відносного внутрішнього ККД та абсолютного внутрішнього ККД.

18. Поняття ефективна потужність.

19. Складові механічного ККД.

20. Складові абсолютного ефективного ККД та відносного ефективного ККД

21. Складові електричної потужності.

22. Складові ККД електрогенератора.

23. Складові абсолютного електричного ККД.

24. Шляхи збільшення допустимої потужності однопоточної турбіни.

25. Поняття паророзподілу.

26. Принцип паророзподілу в турбіні.

27. Дросельний паророзподіл.

28. Сопловий паророзподіл.

29. Обвідний паророзподіл.

Тема 1.5 турбіни на насиченій парі

1.5.1 ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБІН АЕС

1.5.2 ЗОВНІШНІ СЕПАРАТОРИ ТА ПРОМІЖНІ ПЕРЕГРІВАЧІ

1.5.3 КОНСТРУКЦІЇ ТУРБІН АЕС

1.5.1 ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБІН АЕС

На відміну від турбін ТЕС, які працюють на органічному паливі, у маркуванні турбін АЕС часто вказується частота обертання. Наприклад, позначення К-1000-60/1500 говорить про те, що конденсаційна турбіна номінальною потужністю 1000МВт розрахована на початковий тиск 60 кгс/см² ( 5,88 МПа ) та частоту обертання 1500 об/хв. (25 с^-1).

Робочим тілом в турбінах АЕС є суха насичена пара. Для порівняння на рисунку 1.5.1 представлено зображення в h,S – діаграмі процесів розширення пари для турбін з початковими параметрами, які відповідають стану насичення ( Р₀ = 6МПа та Р_к = 4 кПа ) та для турбіни, яка працює на перегрітій парі ( Р₀ = 16 МПа, t₀ = 550 ⁰С з проміжним перегрівом пари до t_пп = 535 ⁰С ). Якщо не приймати заходів для сепарації вологі в турбіні насиченої пари, то кінцева вологість складає y_к ≈ 24%.

Ерозія лопаток залежить від вологості. Для зменшення вологості в проточній частині турбіни насиченої пари застосовуються такі заходи: сепарація вологи в східцях турбіни; підсушування пари у зовнішніх сепараторах; проміжний перегрів пари; одночасне застосування перегріву та сепарації.

Для проведення осушування пари застосовують зовнішню сепарацію, яка дозволяє осушити пару до y₂ = 0,005÷0,01 . Зовнішні сепаратори встановлюють між циліндрами турбіни. Схеми включення зовнішніх сепараторів представлено на рисунку 1.5.2.

Рисунок 1.5.1 – Зображення в h,S – діаграмі процесів розширення пари для турбін на насиченій парі.

Рисунок 1.5.2 – Схеми зовнішньої сепарації та промперегріву в турбінних установках насиченої пари:

а – один східець сепарації; б – два східця сепарації; в – один східець сепарації та односхідцевий перегрів парою початкових параметрів; г – один східець сепарації та двосхідцевий перегрів парою з відборів та парою з початковими параметрами; д – два східця сепарації та односхідцевий перегрів парою з початковими параметрами; С – сепаратор; ПП – проміжний перегрівач пари.

Проміжний перегрів пари здійснюється парою з початковими параметрами (перед турбіною), зазвичай t_пп = t₀ – (15÷ 40). Цей перегрів пари суттєво знижує вологість в наступних східцях турбіни, тим самим підвищуючи їх ККД та надійність. При проміжному перегріві підвищується Р^опт_рох = (0,1÷0,23) Р₀. Перегріта пара на вході в ЦНТ підвищує надійність роботи перших східців ЦНТ але знижує термічний ККД, тому що цикл перегріву має меншу температуру підведення теплоти, ніж основний цикл: Т_пп < Т₀.. Проміжний перегрів пари термодинамічно доцільний лише у випадку, коли він виконується двох східчастим. Після сепаратора основний потік пари підігрівається спочатку парою відборів ( при Р_від ≈0,5 Р₀ ), а потім парою початкових параметрів.

Вибір початкових параметрів для турбін АЕС:

1. Вибір початкового тиску Р₀ :

• обмежується припустима вологість в кінці процесу розширення пари в ЦВТ та ЦНТ ( явище ерозії лопаток );

• при підвищенні початкового тиску до Р₀ ≈ 16 ÷ 17 МПа, термічний ККД (без регенерації та промперегріву) збільшується, а при більших значеннях – зменшується;

• найвищий коефіцієнт тепловіддачі від стінки до води при кипінні буде при Р₀ ≈ 7 МПа;

• припустимий тиск реактора Р_р ≈ 15 ÷ 15,5 МПа, тоді тиск пари перед турбіною повинен бути на 5 ÷ 7 МПа менший, тому що температура на виході з реактора повинна бути не вища температури пари на вході в турбіну на 35 ÷ 55 ⁰С.

2. Вибір початкової температури для турбін насиченої пари без промперегріву - визначається вибором початкового тиску.

3. Вибір кінцевого тиску – на підставі джерел водопостачання.

4. Вибір розподільного тиску – залежить від конструктивних та економічних обмежень, пов’язаних з виготовлення турбіни.

5. Вибір припустимої вологості y_к – визначається виходячи з умов зниження до мінімуму ерозії лопаток останнього східця.

Від вибору температурних показників також залежить корозійна стійкість елементів турбінної установки, яка працює на насиченій парі. Так, при підвищенні температури зростає корозійне зношування елементів, яке відбувається одночасно з окисленням металу, що призводить до подальшого утворення плівки підвищеної твердості, яка припиняє подальше зношування поверхні. Цей процес називається – пасивацією. Досліди довели, що пасивація інтенсивно відбувається при температурах, які вище 230 ÷ 250 ⁰С, коли утворюється тверда магнетитова плівка та найбільше зношування нелегованих сталей відбувається при температурі 150 ÷ 200 ⁰С, що для вологої пари визначає тиск Р = 0,5 ÷ 5,0 МПа.

Під час експлуатації турбін зустрічаються таки види корозійного зношування: щілинева ерозія, струменево - ударна ерозія. Основним способом захисту від впливу корозійно-ерозійної дії є – виготовлення деталей з легованих сталей ( місткість хрому 12 ÷ 13%) – 12Х18Н10Т та 12Х18Н9Т.

Конструктивні особливості турбін, які працюють на насиченій парі:

• зменшений передбачений тепло перепад приводить до збільшення об’ємного пропуску пари через турбіну;

• висота останніх східців обмежена міцністю матеріалів, які застосовуються;

• збільшене кількість ЦНТ, через втрати з вихідною швидкістю;

• немає необхідності у встановлені ЦСТ через невисокі параметри пари на вході в турбіну;

• ЦВТ виконують двох поточним (через великий об’ємний пропуск пари);

• збільшення потоків ЦНТ та використання більш довших лопаток наступних східців;

• використання східців Баумана;

• перехід на понижену частоту обертання.

Практично всі східці турбін, які працюють на насиченій парі, працюють в області вологої пари (рисунок 1.5.1), тому в них багато уваги приділяється зниженню вологості:

• створення внутрішньо канальної сепарації в решітках та турбінних східцях; сепарація вологи в осьовому зазорі між сопловою та робочою решітками; видалення вологи з простору над робочою решіткою;

• спеціальними турбінними східцями-сепараторами, які представлені у вигляді трьох типів:

1. турбінний східець з високою ефективністю волого видалення але низьким ККД;

2. турбінний східець з підвищеною се паруючою здатністю за рахунок конструктивних особливостей бандажів;

3. спеціальний східець-сепаратор, робоче колесо якого, встановлено на самостійних підшипниках та володіє максимальною ефективністю волого видалення ( до 80-95% ).

Через низькі початкові параметри пари турбін АЕС з реакторами типу ВВЕР, внутрішня сепарація вологи неефективна, тому турбіни мають на лінії насичення, зовнішні сепаратори, які суміщені з пароперегрівачами (СПП).

СПП – виносний сепаратор-пароперегрівач – самостійний апарат, якій розташовується між циліндрами поза корпусом турбіни. (зазвичай встановлюють два або чотири СПП).

Під час скидання навантаження, внаслідок випарювання та википання вологи, яка сконцентрувалась на поверхні ротора, а також внаслідок великих об’ємів тракту між ЦВТ та ЦНТ, можливо збільшення частоти обертання ротора, тому перед ЦНТ встановлюють відсічну арматуру.

В турбінах АЕС необхідно забезпечувати перепускання пари повз турбіну в конденсатор при закриванні клапанів свіжої пари. Тому конденсатор та інші елементи конденсаційної установки проектуються таким чином, щоб вони могли прийняти цю пару та зберегти глибокий вакуум. У зв’язку з цим на лінії встановлюється швидкодіюча редукційна установка (ШРУ) – яка представляє собою систему клапанів.

Спеціальні заходи необхідні для запобігання витіканню пари з турбіни, для цього ущільнюють фланці, герметизують клапани та кінцеві ущільнення. Для виконання цих умов організується подача пари на ущільнення з випарювача з тиском 0,1 МПа. Випарювач випарює конденсат, який надходить з деаератора.

Вибір частоти обертання визначається порівнянням турбін за надійністю, економічністю та вартістю.