2.2. Эскизная проработка вариантов конструкции проектируемой турбины

Если предшествующие разделы могут рассматриваться как подготовительные, то данный этап – полная им противоположность. Это этап творчества начинающего конструктора. Приведем ряд примеров.

В общем случае для головной части турбины (ЧВД) характерны малые объемные пропуски пара. А это обостряет вопрос экономичности как ЧВД, так и турбины в целом. Важное место здесь занимает принятие решения по типу облопачивания ступеней ЧВД: активное или реактивное. При втором (реактивном) меньшие теплоперепады на ступени ЧВД позволяют увеличить как число ступеней в нем, так и длины лопаток за счет меньших скоростей потока пара в проточной части. Решить вопрос размещения большого числа ступеней в головной части турбины с реактивным облопачиванием можно применением варианта трехъярусной головной части (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Вариант выполнения трехъярусной головной части турбины

Применение нижней и верхней конусной части с соответствующим подбором углов ее конусности g₁ и g₂ позволяет выполнить рабочие лопатки ЧВД одинаковой длины во всех трех ярусах, что увеличивает серийность лопаточного производства турбины и удешевляет ее конструкцию. В конусной проточной части рост объемных пропусков пара за счет его расширения в ступенях турбины компенсируется соответствующим увеличением проходных сечений и скоростей потока, обусловленных увеличением диаметров ступеней. Основной выигрыш от применения такой конструкции головной части турбины – в увеличении количества ее ступеней, что обеспечивает снижение концевых потерь энергии и потерь от утечек в них, а также повышение эффекта от использования явления возврата тепла.

В паровых турбинах на суперсверхкритическое давление пара (30 МПа, 600 – 620 С) по условиям надежности работы металла требуется охлаждение их первой ступени. Японские турбостроительные фирмы для этого идут на серьезное усложнение конструкции, используя отработавший (холодный) пар в регулирующей или первой ступени турбины для охлаждения диска ее колеса и горячих деталей [9]. Применение такого конструктивного решения снижает экономичность турбины вследствие потерь за счет вывода из турбины высокопотенциального охлаждающего пара. Исключить такую потерю можно, применив в головной части турбины ступень двойного повторного подвода рабочего тела (СДПП), успешно реализованную в первой белорусской паровой турбине марки ТРБ (турбины Балабановича – ТУ РБ 100264535.001-2004) (рис. 2.4) [17].

t₂ t₁

Рис. 2.4. Принципиальная схема выполнения проточной части турбин ТРБ

на основе СДПП

В СДПП рабочее тело многократно проходит венец рабочего колеса, расширяясь в соплах ступеней равного расширения. При этом срабатывается на одном колесе большой тепловой перепад при умеренной величине его диаметра, увеличиваются длины лопаток, что благоприятно скажется на снижении концевых потерь и потерь от утечек, но самое главное – в такой конструкции достигается эффект самоохлаждения колеса естественным путем.

При традиционной конструкции регулирующей ступени (РС) турбины с сопловым парораспределением определяются (принимаются) ее основные характеристики. Расчет регулирующей ступени или оценка ее характеристик позволяет определить параметры состояния рабочего тела на входе в нерегулируемые ступени турбины и приступить к оценке их основных размеров. Начнем с разбивки теплового перепада первого отсека проектируемой турбины по ступеням. Последовательно такими отсеками турбины являются ее ЧВД, ЧСД и ЧНД, а в теплофикационных турбинах разбивка теплоперепада выполняется отдельно и для переключаемого или промежуточного отсека (ПО) – ступеней – между верхним и нижним отопительными отборами. Следует подчеркнуть тенденцию ряда зарубежных фирм на выполнение вместо двух большего числа отопительных отборов (до четырех). Это оправдано рядом положительных моментов: уменьшаются расчетные расходы в конкретные отборы при том же отпуске тепла, что позволяет отбирать пар на теплофикацию, не прибегая к выполнению камеры верхнего отбора, присущую отечественным конструкциям с ПО: вместо камеры отбора в ЧСД можно разместить до двух дополнительных ступеней, что повысит КПД турбины как за счет увеличения количества ступеней, так и за счет исключения значительной части потери с выходной скоростью, присущей предотборной ступени турбины с традиционным ПО. Возможности совершенствования низкопотенциальной части (НПЧ) паровой теплофикационной турбины, как известно этим не ограничиваются.