Добавил:

InExtremo2023 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ

Предмет:

Атомные электростанции

Файл:

Зорин В.М. Атомные электростанции

.pdf

Скачиваний:

1350

Добавлен:

26.05.2021

Размер:

15.83 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 3738 / 6838 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 > Следующая >>>

h0 ст

150

100

50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Номер ступени

Рис. 19.10. Распределение располагаемых теплоперепадов по ступеням турбины, полученное в примере

			Номер отбора турбины и регенеративного подогревателя i
Пара-
Пара-				ЦВД				ЦНД
				ЦВД				ЦНД
метр
		1	2	3	4	5	6	7	8

ад		82,5 +							150;
h	,	82,5 +							150;
h	,
отс i			81	82,5	84	130	133	138
			81	82,5	84	130	133	138
кДж/кг		+ 79,5*							190**
кДж/кг

ад

отб i	2608	2527	2444,5	2360,5	2832	2699	2561	2411

кДж/кг

	отб.i	2,352	1,481	0,903	0,53	0,273	0,136	0,0590	0,0215
		2,352	1,481	0,903	0,53	0,273	0,136	0,0590	0,0215
МПа

p	,
	si	2,281	1,422	0,69***	0,5	0,254	0,125	0,0537	0,0194
		2,281	1,422	0,69***	0,5	0,254	0,125	0,0537	0,0194
МПа

t	, °C	219,1	195,8	164,2	151,8	127,9	106,0	83,1	59,4
si

t	, °C	213,1	189,8	164,2	147,8	124,9	104,0	83,1	59,4
в i

	t ,
	в i	23,3	22,6	15,4	22,9	20,9	20,9	22,7	23,5
		23,3	22,6	15,4	22,9	20,9	20,9	22,7	23,5
°C

*Первый отсек содержит две ступени.

**Располагаемый теплоперепад последней ступени турбины.

***Значение коэффициента для i = 3 получено равным 1,24.

Врассмотренном примере требование плавного изменения располагаемых теплоперепадов при переходе от ступени к ступени в проточной части турбины не слишком сильно изменило температуры воды на выходе из подогреваемой системы регенерации, но заметно сказалось на распределении располагаемых теплоперепадов ЦВД и ЦНД по ступеням.

На рис. 19.11, 19.12 приведены h, s-диаграммы процессов расширения пара в турбинах перегретого и насыщенного пара, которые могут служить ориентиром при выполнении учебных заданий. Выбраны турбины перегретого пара К-210-12,8, применяемые на

371

h‚ кДж/кг											МПа										p	0 ЦСД		= 2,35 МПа
																					p			= 2,35 МПа

							12,75
							12,75					12,12			t =			540 °C
				=						=					t =
3500				=						'						0
		p0							p0																											1,2
		p0

																																			=			=			446
																																			p3	t		=			446
																																					3
3300												3,8																									0,63
												3,8																							=					= 357
										=																									4
										=																									p		t
												t =357																									t
									p1			t =357																										4
													1
3100																																							0,27
																																							0,27
											t		=323																								=					=	253
											t		=323																						p5				t			=	253
											2																												t
							2,56																																	5
							2,56																																	0,125
2900					=																																			0,125
2900	pразд																																					=				t		= 172
																																				p6						t		= 172
																																											6
2700																																					x		= 1						0,026
																																					x								0,026
																																													=
																																											p7
																																											x		=	0,975
																																											7			0,975
2500																																																0,0039
																																																0,0039
																																															=
																																														pк
																																														x	=	0,93
2300																																														к		0,93
2300
	6,5							6,7						6,9					7,1				7,3									7,5								7,7						7,9 s‚ кДж/(кг.К)
																							а)
h‚ кДж/кг																p	ЦНД			=	3,5 МПа
h‚ кДж/кг																0	ЦНД
								23,54		МПа				t					°C
3500													t	t		=540											1,8
3500													t	= пп
							=						0												=


					p	0																		p	3		t		=				450
																									3

																											3
3300				22,4																						=		0,9
																												0,9
																																= 355
											6,2														p	4			t			= 355
			=																											4
										=
	'																														0,4

			0
3100	p		0						p	1																		=
3100	p								p	1
																																		0,25
																											5
	t =354																					= 265				p
	t =354																				t
	1																				t									=
																					5									=
																													6
		=			295				3,9												t = 218							p							0,12
2900	t				295
	t
	2																					6
								=																								=
																																=
																													p7
						p		2															= 150						p7							0,05
								2								x =						t
																						t
																			1,0			7
																			1,0																=
2700																																		p8		t		=		80
2700																																				t		=		80
																																				8
																																							0,02
																						x	=	0,96													=
																						x														p9
2500																						9														p9


																																											0,0035
																											x			=				0,92					p			=
																												к		=									p
																												к													к

2300 6,0									6,4							6,8						7,2							7,6											8,0						s‚ кДж/(кг.К)
																							б)
Рис. 19.11. h, s-диаграммы для процессов в турбинах перегретого пара К-210-12,8-3
(а) и К-1200-23,5-3 (б)

372

h‚ кДж/кг

МПа

p=0,28

МПа

°C

t'=255

t=241

=4,314

2900

=0,131

=2,647

t=168

x=0,964

=1,846

=1,0

=0,058

=0,939

=1,250

2700

t=100

=0,915

=0,99

=0,885

=0,511

=0,975

p=0,023

2500

=0,0051

=0,87

p=0,304

pк

x= 0,939

2300

5,8

6,2

6,6

7,0

7,4

7,8 s‚ кДж/(кг.К)

а)

h‚ кДж/кг

=0,302

МПа

t'=282

°C

t=265

p=0,142

2900

=6,50

t=189

=0,066

=1,0

2700

=2,055

t=121

=1,155

=0,99

p=0,026

=0,88

=0,9

=0,632

2500

=0,86

=0,004

=0,943

pк

p=0,348

=0,84

2300

5,8

6,2

6,6

7,0

7,4

7,8 s‚ кДж/(кг.К)

б)

Рис. 19.12. h, s-диаграммы для процессов в турбинах насыщенного пара К-220-4,3 (а),

К-500-6,4/50 (б) и К-1000-59/25 (в). Начало

373

h‚ кДж/кг

2900					МПа' 0
		=5,9			p
		=5,9
	0
	p		p=4,1
2700			p=4,1
2700	0,96			p=2,60
	0,927				p=1,55
	0,927
	x=0,898

t'=274,5	°C
t'=274,5
0
x =1,0
	x
	=0,99

2500	x	=0,875
p=0,86
2300
5,8	6,2		6,6

		0,8		МПа
		0,8
		=
		p
		t=260
		p=0,36
				t=181
				=0,131
x	=0,995		p
	=0,995

	x	=0,947		p=0,036
	x	=0,947

	x=	=0,006
	0,899	=0,006
		p
		к
7,0	7,4	7,8 s‚ кДж/(кг.К)

в)

Рис. 19.12. Окончание

Таблица 19.3

Характеристики некоторых современных конденсационных турбин [11, 27]

Характеристика

Мощность

электрическая номинальная, МВт

Мощность

теплофикационная,

МВт

Расход свежего пара, кг/с

Число отборов пара

Расход пара в конденсатор, кг/с

Температура питательной воды, °С

Типоразмер турбины*

К-210-12,8-3	К-1200-23,5-3	К-220-4,3-3	К-500-6,4/50	К-1000-5,9/25-2	К-1000-5,9/50
210	1200	220	500	1025	1062
—	—	29,2	87,2	233	233
186,1	1097,2	376	806	1786	1747
7	9	8	7	7	8
—	—	219	483	954	909
242	274	223	168	225	221

374

Окончание табл. 19.3

Характеристика

Конструктивная схема проточной части**:

ЦВД

ЦСД

ЦНД

Число выхлопов пара

Длина рабочей лопатки последней ступени, м

Длина турбины, м

Удельная масса турбины, кг/кВт

Электрический КПД ПТУ, %

Удельный расход

теплоты q ***,

кДж/(кВтæч)

Типоразмер турбины*

К-210-12,8-3	К-1200-23,5-3	К-220-4,3-3	К-500-6,4/50	К-1000-5,9/25-2	К-1000-5,9/50
1Р + 11	8	1Р + 5	2×5	2×7	2×5
11	2×8	—	—	—	—
2×4	3×(2×5)	2×(2×5)	4×(2×5)	3×(2×7)	4×(2×5)
2	6	4	8	6	8
0,765	1,2	1,03	0,852	1,45	1,2
20,31	47,9	23,1	40,0	50,4	51,6
2,6	1,57	3,4	3,1	2,9	2,4
44,54	45,9	31,3	33,9	35,1	34,4
8082	7832	11 472	10 619	10 237	10 467

–1	–1
* Турбина К-1000-5,9/25 выполнена на частоту вращения 25 с	, остальные — на 50 с .

**Число цилиндров × (число потоков × число ступеней); число цилиндров или число потоков не указывается, если равно 1; Р — регулирующая ступень с сопловым парораспределением.

***Гарантийный показатель экономичности ПТУ.

энергоблоке с БН-600, и К-1200-23,5, наиболее мощная из отечественных турбин, на базе которой возможно создание турбин для энергоблоков АЭС с БН-800 и БРЕСТ-1200. Из турбин насыщенного пара выбраны достаточно широко используемые на АЭС К-220-4,3,

К-500-6,4/50 и К-1000-5,9/25. Интересно отметить, что К-220 и

К-500 имеют практически одинаковые цилиндры низкого давления, что нашло отражение на приведенных h, s-диаграммах. При построении h, s-диаграмм использованы проектные данные ПТУ, опубликованные в [25, 28]. На рис. 19.7 приведена h, s-диаграмма для турбины

К-1000-5,9/50 с двухступенчатым промежуточным паро-паровым перегревателем. Для принятого в настоящее время варианта с одноступенчатым перегревом (см. рис. 22.1) отбор пара с давлением 3,88 МПа не предусмотрен. Основные характеристики турбин даны в табл. 19.3.

375

у у у у

19.5. Вспомогательные системы турбины

Из вспомогательных или обслуживающих систем паровой тур-

бины назовем важнейшие:

•система регулирования, предназначенная для поддержания требуемой (синхронной с сетью) частоты вращения и обеспечения надежной работы турбины при переменных нагрузках с учетом возможности полного ее отключения;

•система маслоснабжения, предназначенная для обеспечения рабочим телом — турбинным маслом — гидравлических систем регулирования, а также для смазки и охлаждения подшипников турбоагрегата. Теплота, отведенная от подшипников, передается в маслоохладителях циркуляционной охлаждающей воде, и ее количество есть механические потери турбоагрегата, равные энергии, затрачиваемой на его вращение;

•система уплотнений турбины, предназначенная для минимиза-

ции непроизводительных протечек пара помимо сопловых и рабочих решеток ступеней турбины. Различают уплотнения диафрагменные

(между ближайшей к валу частью неподвижной диафрагмы и враща-

ющимся валом, между диафрагмой и вращающимся диском у корня рабочих лопаток — см. рис. 19.1), периферийные (между концами

вращающихся рабочих лопаток и неподвижными деталями корпуса), концевые (между валом и корпусом на концах цилиндров) и др.

Наибольшее распространение нашли лабиринтовые уплотнения. Схема конструктивного исполнения концевых уплотнений вала и основные обозначения показаны на рис. 19.13. Прямоточные уплотнения (см. рис. 19.14) предпочтительны при больших температурных удлинениях ротора относительно статора, так как в этом случае уплотнения удается выполнить более компактными за счет уменьшения шага установки гребней s.

Расход пара через лабиринтовое уплотнение может быть рассчитан по формуле

			p	2
			p	1 – ε
	= μ F		нач	1 – ε
G	= μ F		----------	--------------- ,	(19.6)
у	у	у	v	z
			v	z

нач

где μ — коэффициент расхода, зависящий от формы гребня, его раз-

мера в направлении движения пара и зазора δ и имеющий наиболее

вероятные значения для ступенчатого уплотнения μ = 0,7…0,8; для

прямоточного уплотнения вводится поправочный коэффициент, увеличивающий G ; F = πd δ — площадь проходного сечения зазора в

уплотнении; р , v — давление и удельный объем пара перед

нач нач

376

		s
		1
у	pнач	2
δ		4
		4
		pкон
у
d		3
		3
p
	pнач
		pкон
		Длина уплотнения

Рис. 9.13. Конструктивная схема лабиринтового уплотнения ступенчатого

типа:

1 — корпус турбины; 2 — гребни; 3 — вал; 4 — расширительная камера

уплотнением; ε = р / р	— отношение давлений за уплотнением и
кон	нач

перед ним; z — число щелей в уплотнении.

Протечки пара через уплотнения внутри турбины (диафрагменные, периферийные) учитываются при ее расчете посредством введения специальных коэффициентов (поправок) к внутреннему относительному КПД ступеней.

Протечки пара через концевые уплотнения приводят к уменьшению расхода пара в проточной части и к некоторой недовыработке энергии. Процесс уменьшения давления в лабиринтовых уплотнениях (процесс дросселирования) — изоэнтальпийный, т.е. энтальпия пара в уплотнениях ЦВД и ЦСД турбины может быть достаточно высокой. Этот процесс для перегретого пара можно считать изотермическим, а для влажного пара — с уменьшением температуры. Если в турбинах АЭС процесс расширения пара в переднем концевом уплотнении однопоточного ЦВД начинается от небольшой влажности, то заканчиваться может в области перегретого пара. Пар, прошедший концевые уплотнения, используют обычно в системе регенерации ПТУ. Для этого организуются камеры отвода пара от уплотнений при различных давлениях. Последнюю камеру присоединяют к коллектору, в котором эжектором уплотнений поддерживается небольшое разрежение (0,095 МПа). Это необходимо для предотвращения выхода пара в обслуживаемое помещение (машзал), в котором установлена турбина. За счет разрежения в последнюю

377

камеру подсасывается воздух, и из нее паровоздушная смесь через эжектор уплотнений поступает в конденсатор пара уплотнений, охлаждаемый основным конденсатом турбины.

Иная схема потоков в уплотнениях вала ЦНД со стороны выхлопа, находящегося в условиях глубокого вакуума. Здесь основная задача уплотнения — не допустить подсоса воздуха к пару, который направляется в конденсатор, чтобы обеспечить возможно меньшее давление конденсации пара. Для этого уплотнение конструируется двухкамерным, последняя камера подключается к коллектору эжектора уплотнений, а камера, ближайшая к ЦНД, — к коллектору уплотняющего пара, в котором с помощью регулирующего клапана поддерживается давление, несколько превышающее атмосферное (0,102—0,105 МПа). Пар из этой камеры попадает в ЦНД и в последнюю камеру, из которой паровоздушная смесь отсасывается эжектором (см. рис. 17.3). Концевые уплотнения цилиндров высокого и среднего давления могут выполняться как с использованием уплотняющего пара, так и без него.

В качестве примера на рис. 19.14 показана схема организации потоков пара в концевом уплотнении цилиндра высокого давления современной турбины.

Основные конструктивные особенности концевых лабиринтовых уплотнений следующие. Гребни уплотнения могут выполняться как

7				1
7
6	5	4	3	2
р

Атмосферное

давление

Рис. 19.14. Конструктивная схема переднего концевого уплотнения ротора ЦВД турбины на высокие параметры пара:

1 — внутренняя полость цилиндра; 2— 4 — промежуточные камеры; 5 — камера подачи уплотняющего пара; 6 — камера отсоса эжектором паровоздушной смеси;

7 — подсос воздуха

378

на роторе, так и в неподвижных обоймах на статоре. Обычно гребни — стальные, толщиной 0,2—0,4 мм. Для турбин АЭС, работающих на влажном паре, в уплотнении может проявить себя щелевая эрозия, поэтому гребни, особенно в части высокого давления, выпол-

няются из хромистых нержавеющих сталей. Радиальные зазоры δ

(см. рис. 19.13) выбираются в зависимости от диаметра уплотнения:

δ = (0,001…0,0015)d , но не менее 0,2—0,3 мм. Задевание гребнями,

у у

установленными на роторе, деталей статора крайне нежелательно из-за их износа и возрастания утечек пара, а в случае установки гребней в обоймах статора задевание ротора недопустимо ввиду возможного его одностороннего разогрева и прогиба вала, что будет по сути повреждением турбины. Число гребней в уплотнении между камерами отвода пара z может изменяться в достаточно широком диапазоне (от четырех-шести до нескольких десятков).

В турбинах для одноконтурной АЭС, когда рабочей средой является радиоактивный пар, концевые уплотнения должны гарантированно обеспечить непопадание рабочего пара турбины в обслуживаемое помещение. Для этого организуется специальная система подачи в уплотнения нерадиоактивного уплотняющего пара. На рис. 17.3 приведена тепловая схема ПТУ одноконтурной АЭС, на которой, в частности, показаны потоки пара в концевых уплотнениях. Значения расходов взяты из одного из первых проектов турбины, они могут служить ориентиром при проведении расчетов по формуле (19.6) и при разработке тепловой схемы, когда расчетных данных по расходам пара в уплотнениях турбины еще нет.

Контрольные вопросы и задания

1. Почему турбину можно рассматривать как совокупность элементов тепловой схемы ПТУ?

2.Каким образом может быть рассчитана массовая влажность потока пара?

3.В чем заключается отрицательное влияние влажности пара в турбине? Что такое «допустимая влажность»?

4.От каких факторов зависит максимальная мощность паровой турбины?

5.Могут ли параметры в точках отбора пара из турбины задаваться произвольно (из непрерывного ряда чисел)? От каких факторов они зависят?

6.Какие параметры нужно знать, чтобы построить линии расширения пара

втурбине в h, s-диаграмме, если расчет турбины еще не проведен?

7.Определите по равномерному распределению подогрева питательной воды между смешивающими регенеративными подогревателями (см. табл. 15.6, третья строка) требуемые давления в камерах отбора пара из турбины и распределения располагаемых теплоперепадов по ступеням ЦВД и ЦНД. При выполнении этого задания используйте условия примера (см. с. 253), недостающие исходные данные примите. Полученные значения теплоперепадов нанесите

379

на график в координатах «располагаемый теплоперепад ступени — номер ступени».

8. Проведите оценку внутренних относительных КПД цилиндров турбины К-200-12,8, состоящей из однопоточных ЦВД и ЦСД и двухпоточного ЦНД, по следующим исходным данным:

	ЦВД	ЦСД	ЦНД
Давление, МПа ...........................................	12,8/2,52	2,4/0,125	0,12/0,004
Температура (или степень сухости), °С .....	520/300	518/167	166/(0,92)
Расход пара, кг/с.......................................	160/140	140/116	116/109

Дробью указаны параметры на входе/выходе соответствующего цилиндра турбины.

Для расчета потерь с выходной скоростью используйте следующие характеристики рабочей лопатки последней ступени: длина — 765 мм, средний диаметр — 2,1 м.

9.Для чего предназначена система уплотнений турбины?

10.От каких параметров зависит, в первую очередь, расход пара через лабиринтовое уплотнение?

11.Какие особенности концевых уплотнений турбин одноконтурной АЭС вы можете назвать?

380

<<< < Предыдущая 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 3738 / 6838 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Атомные электростанции