40.Процесс расширения пара в многоступенчатых турбинах. Преимущества многоступенчатых турбин.

Одноступенчатую турбину на современные теплоперепады: либо вообще невозможно выполнить (по п.1); либо (при соответствующих достижениях материаловедения) она будет неэкономичной и трудновыполнимой.

Преимущества многоступенчатых турбин:

• В многоступенчатой турбине за счет уменьшения теплоперепада, приходящегося на одну ступень, легко получить оптимальное отношение скоростей, а следовательно, высокий КПД.

• С увеличением числа ступеней высоты сопловых и рабочих лопаток во всех ступенях увеличивается.

• В многоступенчатых турбинах энергия выходной скорости предыдущей ступени используется в сопловых лопатках последующей.

• В многоступенчатых турбинах тепловая энергия потерь предыдущих ступеней частично используется для выработки полезной энергии в последующих ступенях за счет явления возврата теплоты в многоступенчатой турбине.

• 

Недостатки многоступенчатых турбин:

• С увеличением числа ступеней возрастает сложность конструкции и стоимость изготовления турбины. Растут капитальные затраты. Однако. Возрастает КПД турбины и, соответственно, КПД паротурбинной установки. Снижаются эксплуатационные расходы. Для энергетических турбин снижение эксплуатационных расходов компенсирует рост капитальных затрат.

• В многоступенчатой турбине возникают повышенные потери от утечки пара как в переднем концевом, так и в диафрагменных уплотнениях. Сложная система концевых уплотнений.

• В многоступенчатой турбине возникают значительные осевые усилия.

41. Коэффициент возврата теплоты и его влияние на экономичность преобразования энергии в турбине.

Одним из преимуществ многоступенчатой турбины является использования части потерь энергии предыдущих ступеней для получения полезной работы в последующих ступенях. Потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию пара за ступенью. В области перегретого пара это приводит к повышению температуры пара за ступенью, а в области влажного пара к увеличению степени сухости пара х. За счет повышения температуры или степени сухости пара теплоперепад ступени увеличивается по сравнению с теплоперепадом этой ступени, отсчитанным по основной изоэнтропе идеального расширения пара в турбине.

q =Q/H₀ = - коэффициент возврата теплоты. Для приближенной оценки коэффициента возврата теплоты можно пользоваться такой удобной формулой: в которой коэффициент k_t для турбин, работающих только в области перегретого пара, следует принимать равным 4,8⋅10^-4 ; если вся линия процесса лежит в области влажного пара, k_t =2,8 10^-4 , а для турбин, у которых процесс расширения переходит из области перегретого в область влажного пара, k_t=(3,2...4,3) ⋅ 10^-4. В формуле размерность H0 в кДж/кг.

42. Концевые уплотнения турбины. Назначение и схема организации протечек в концевых уплотнениях турбины.

В местах выхода вала из корпуса турбины устанавливаются концевые уплотнения. В областях высоких давлений уплотнения ограничивают выход пара из турбины, а в областях, находящихся под давлением ниже атмосферного, препятствуют подсосу атмосферного воздуха в турбину и конденсатор, обеспечивая их нормальную работу.

Отношение давлений в концевом уплотнении в сотни раз меньше, чем в диафрагмовом уплотнении. Поэтому концевые уплотнения обеспечивают малую утечку лишь при достаточно большом числе гребешков, достигающем несколько десятков. При этом часть длины вала, занятая концевыми и промежуточными уплотнениями, может составлять 40 % и более длины вала.

Концевое уплотнение организуется так, чтобы исключить попадание пара в машинный зал даже в самых малых количествах, так как при этом теряется не только рабочее тело, которое надо восполнять на водоподготовительных установках, но и повышается влажность в машинном зале, появляется опасность попадания пара в корпуса стоящих рядом подшипников и обводнения масла.

Схема переднего концевого уплотнения для части цилиндра, работающей под давлением:

Все уплотнение разделяется на отдельные камеры. В предпоследние камеры подается уплотняющий пар с регулируемым давлением, несколько большим атмосферного. Из последней камеры пар отсасывается с помощью эжектора, и в ней создается давление, меньшее атмосферного. Таким образом, из последней камеры отсасывается пар, поступающий из предпоследней камеры, и воздух, подсасываемый из атмосферы, но пар из турбины не может выйти в машинный зал.

Промежуточные камеры уплотнения соединяют с паровым пространством регенеративных подогревателей, направляя в них пар из турбины. Тем самым утилизируется теплота отсасываемого пара.

Аналогичным образом организовано и концевое уплотнение части вала, находящегося под разрежением. Разница состоит лишь в том, что оно имеет только две камеры: подачи уплотняющего пара и отсоса смеси пара и атмосферного воздуха.

Потоки пара в концевых лабиринтовых уплотнениях объединяются общей системой трубопроводов. Один из примеров организации этих потоков для двухцилиндровой конденсационной турбины показан на схеме трубопроводов лабиринтового пара

Концевые уплотнения всех цилиндров турбины разделены на отсеки, между которыми образованы камеры для отвода или подвода пара к уплотнению. Наибольшее число отсеков имеет переднее концевое уплотнение ЦВД. После первого отсека этого уплотнения пар отводится в выхлопной трубопровод ЦВД, что дает возможность использовать энергию пара в последующих ступенях турбины. Пар из камер после второго отсека переднего уплотнения ЦВД и первых отсеков заднего уплотнения ЦВД, а также переднего уплотнения ЦСД отводится в четвертый регенеративный отбор, пар из следующих отсеков уплотнений ЦВД и ЦСД отводится в сальниковый подогреватель системы регенерации. Крайние камеры всех концевых уплотнений соединены с паровым пространством сальникового подогревателя, в котором с помощью эжектора поддерживается небольшое разрежение (абсолютное давление равно 0,095—0,098МПа). В крайних камерах всех уплотнении разрежение поддерживается для того, чтобы исключить выход пара из уплотнений в помещение машинного зала и защитить близко расположенные корпуса подшипников от попадания в них пара. В турбинах выпуска довоенных или первых послевоенных лет пар из крайних камер уплотнений направлялся через вестовые трубы в помещение машинного зала. В камеры, соседние с крайними, во все концевые уплотнения подводится пар из деаэратора от общего коллектора, в котором регулятором поддерживается небольшое избыточное давление 10—20 кПа (0,1—0,2 кгс/см ). Для концевых уплотнений, перед которыми давление в турбине ниже атмосферного, небольшое избыточное давление в этих камерах необходимо, чтобы исключить присосы воздуха из атмосферы в турбину. Поэтому пар, поступающий в эти камеры, называют уплотняющим. В концевых уплотнениях ЦВД и переднем ЦСД пар, поступающий из коллектора 2, обеспечивает охлаждение ротора для снижения температуры шейки ротора и подшипника.

В турбинах АЭС пар может быть радиоактивным, и поэтому в камеры концевых уплотнений, соседние с крайними, подается нерадиоактивный пар из специального котла или испарителя, что исключает возможность попадания радиоактивного пара в машинный зал.