паровые и газовые турбины для электростанций

215

1800

3000

выходного патрубка ЦВД. Из перепускных труб пар направляется к четырем регулирующим клапанам ЧСД. После одновенечной регулирующей и шести нерегулируемых ступеней ЧСД пар поступает в камеру, из которой производится первый отопительный отбор; расход в него регулируется поворотной диафрагмой с дроссельным парораспределением. Далее пар расширяется в двух ступенях, за которыми осуществляется второй отопительный отбор: расход в него определяется открытием второй регулирующей диафрагмы, установленной перед ЧНД.

Следует подчеркнуть, что термины «первый» и «второй» отопительные отборы в данном случае являются несколько условными: при раздельном регулировании расхода пара в названные отопительные отборы первый отбор по существу может рассматриваться как производственный. Отключение регулирования давления в любом из отопительных отборов позволяет осуществлять двухступенчатый подогрев сетевой воды.

Каждый из роторов валопровода лежит на двух опорных подшипниках. Задний подшипник ЦВД опорно-упорный, с симметричными упорными сегментами. Отдельные роторы соединены жесткими муфтами.

Ротор ЦНД комбинированный: диски первых шести ступеней откованы заодно с валом, остальные диски насадные. Для уменьшения осевого усилия на валу в области переднего концевого уплотнения ЦНД выполнен ступенчатый разгрузочный диск больших размеров.

Корпус ЦНД кроме горизонтального имеет два технологических разъема. Передняя и средняя части литые, задняя сварная. Все диафрагмы установлены в обоймах, пространство между которыми использовано для размещения патрубков отбора.

С учетом работы в области значительной влажности из-за отсутствия промежуточного перегрева пара лопатка последней ступени выполнена умеренной длины (830 мм для температуры охлаждающей воды 20 °С), что обеспечивает ее сопротивление эрозионному износу.

11.4. КОНСТРУКЦИИ МОЩНЫХ ТУРБИН ДЛЯ АЭС

Турбина К-220-4,3 ХТЗ. Турбина предназначена для работы на двухконтурных АЭС с реактором мощностью 440 MВт, который питает две паровые турбины мощностью 220 MВт каждая. Мощность турбины на номинальном режиме 220 MВт при начальных параметрах пара 4,31 МПа и 255 °С и давлении в конденсаторе 5,1 кПа. Час-

тота вращения ее составляет 50 с–1.

Насыщенный пар из парогенератора по четырем паропроводам поступает к четырем вмонтированным в паропроводы стопорным клапанам, а затем к четырем регулирующим клапанам, расположенным непосредственно на ЦВД турбины (рис. 11.67). Парораспределение турбины сопловое. Опыт эксплуатации турбины с использованием соплового парораспределения показал недостаточную надежность рабочих лопаток регулирующей ступени. Поэтому в дальнейшем был осуществлен перевод ее на дроссельное парораспределение. Модернизированные турбины К-220-4,3-2 имеют дроссельное парораспределение.

Турбина состоит из ЦВД и двух ЦНД. Поступая в сопловые коробки ЦВД, пар проходит регулирующую одновенечную ступень и пять ступеней давления. В конце процесса расширения в ЦВД давление пара составляет 0,3 МПа, а влажность его достигает 13 %. Поэтому отработавший в ЦВД пар направляют в промежуточный сепаратор-паропере- греватель (СПП), который представляет собой комплекс из двух одинаковых аппаратов, расположенных рядом с турбиной. Аппараты соединены параллельно как по перегреваемому, так и по греющему пару. Каждый из них представляет собой цилиндрический сосуд, состоящий из трех основных узлов: в верхней части расположен сепаратор, а затем последовательно — пароперегреватели первой и второй ступеней. В первой ступени перегрева используется пар из первого отбора ЦВД при давлении 1,85 МПа, а во второй — свежий пар.

Из промежуточного перегрева пар с параметрами 0,27 МПа и 240 °С через две стопорные заслонки по двум ресиверным трубам, проходящим над турбиной, подводится к двум ЦНД.

ЦНД двухпоточные, симметричные. Каждый поток состоит из пяти ступеней. Последняя ступень имеет рабочую лопатку длиной 852 мм и кольцевую

площадь выхода 6,26 м2. При более глубоком расчетном вакууме устанавливается последняя ступень с длиной лопатки 1030 мм и кольцевой площадью

выхода 8,2 м2. Процесс расширения заканчивается при сухости пара около 0,93.

Валопровод турбогенератора состоит из ротора ЦВД, двух роторов ЦНД и ротора генератора. Каждый из роторов валопровода уложен на двух опорных подшипниках. Передний подшипник комбинированный (опорно-упорный). Корпус его выносной, опирающийся на фундаментную раму, остальные подшипники встроены в выходные патрубки ЦНД. Все роторы соединены жесткими муфтами; полумуфта ротора ЦВД откована заодно с валом. Валоповоротное устройство расположено на крышке подшипника между ЦНД.

Ротор ЦВД цельнокованый из стали ЭИ-415. Лопатки первой ступени имеют постоянный профиль и цельнофрезерованный бандаж. Лопатки остальных ступеней закрученные, переменного профиля, с ленточным бандажом на периферии. Роторы ЦНД сварные. Входные кромки рабочих лопаток двух последних ступеней всех потоков для увеличения сопротивления эрозии упрочнены электроискровой обработкой.

Низкие начальные параметры пара обусловили простую одностенную конструкцию корпуса ЦВД. Он состоит из двух половин, отлитых из стали 25Л. Сопловые сегменты регулирующей ступени установлены непосредственно в расточке корпуса. Диафрагмы первых двух и последней нерегулируемых ступеней ЦВД расположены в расточках корпуса, а двух предпоследних ступеней — в обойме. Такая конструкция обусловлена необходимостью размещения патрубков отбора. Проточная часть ЦВД после каждой ступени имеет ловушки для отвода влаги.

Каждый ЦНД выполнен с двухстенным корпусом. Кроме периферийного влагоудаления в ЦНД предусмотрена внутриканальная сепарация в полых сопловых лопатках последней ступени.

Корпус ЦВД лапами опирается на корпуса подшипников, а ЦНД устанавливаются непосредственно на фундаментные рамы своими опорными поясами. Турбина имеет два фикспункта, расположенных в области паровпуска ЦНД.

Турбина К-1000-5,9/50 ЛМЗ. Турбина предназначена для работы на двухконтурных АЭС в моноблоке с водо-водяным реактором ВВЭР-1000. Параметры свежего пара следующие: давление 5,89 МПа, влажность 0,5 %. Давление в конденсаторе при температуре охлаждающей воды 20 °С составляет 4,3—

5,5 кПа, частота вращения — 50 с–1. Турбина выполнена с дроссельным парораспределением.

Турбина состоит из ЦВД и четырех ЦНД, расположенных попарно слева и справа от ЦВД.

Пар из парогенераторов по четырем паропроводам диаметром 600 мм подводится к четырем блокам стопорно-регулирующих клапанов. Блоки клапанов установлены рядом с турбиной. Четыре паропровода, идущие от них, попарно объединяются для подачи пара в ЦВД через два штуцера диаметром 700 мм, расположенные в нижней половине корпуса ЦВД. Это не требует отсоединения перепускных труб от турбины перед вскрытием ЦВД.

В двухпоточном ЦВД (рис. 11.68) пар расширяется до давления 0,58 МПа и влажности 14,4 %. Для обеспечения малых скоростей и тем самым для уменьшения эрозионного износа отвод пара из ЦВД в СПП осуществляется по четырем патрубкам диаметром 1000 мм. В турбоустановке использовано четыре СПП, установленных по два с каждой сто-

роны турбины. В СПП сначала сепарируется влага, а затем происходит одноступенчатый перегрев свежим паром до температуры 250 °С при давлении 0,51 МПа. Непосредственно на крышках СПП установлены стопорные поворотные заслонки и регулирующие клапаны, имеющие индивидуальный сервомоторный привод. Клапаны обеспечивают защиту турбины от разгона при аварийных режимах с отключением генератора от сети.

К каждому из ЦНД пар подводится по двум трубам диаметром 1,2 м, которые раздваиваются на два коротких патрубка диаметром 850 мм, по которым пар поступает в верхние и нижние половины ЦНД.

Валопровод турбины состоит из ротора ЦВД, четырех роторов ЦНД и ротора электрического генератора. Каждый из роторов уложен на два опорных подшипника; вкладыши всех подшипников сегментные. Отдельные роторы соединены жесткими муфтами. Упорный подшипник, совмещенный с опорной частью в одном вкладыше, расположен между ЦВД и ЦНД-2.

Цилиндр высокого давления выполнен двухпоточным. Каждый из потоков состоит из пяти ступеней. Корневой диаметр всех ступеней одинаков и равен 1275 мм; высота рабочей лопатки первой ступени составляет 100 мм, последней — 370 мм.

Ротор ЦВД изготовлен цельнокованым из стали Р2MА. Его полумуфты выполнены заодно с валом. Корпус ЦВД двухстенный. Внутренний корпус охватывает две первые ступени обоих потоков. Он устанавливается во внешнем корпусе обычным образом с помощью системы шпонок, обеспечивающих свободное, но вполне определенное тепловое расширение относительно внешнего корпуса. Подвод пара во внутренний корпус через стенку внешнего выполнен с помощью соединения телескопического типа (см. рис. 11.17), достаточно плотного, но не препятствующего взаимному тепловому перемещению внутреннего и внешнего корпусов. Диафрагмы третьей — пятой ступеней установлены по одной в обоймах, а последние — во внешнем корпусе ЦВД. Это позволяет после каждой ступени, начиная со второй, организовать отборы пара, вместе с которыми удается отвести и значительную часть образующейся влаги. Оба корпуса ЦВД изготовлены из нержавеющей стали.

Приняты и другие меры по снижению износа ЦВД, вызванного протекающим плотным влажным паром. Вильчатые хвостовики рабочих лопаток закрывают обод диска, который выполнен из слаболегированной стали, хуже сопротивляющейся эрозионному износу, чем нержавеющие стали. Кроме того, бандажи выполнены заодно с рабочей частью лопаток с наклоненной по ходу пара внутренней поверхностью, способствующей за счет центробежных сил отводу влаги в улавливающие камеры; сами

рабочие лопатки электронным лучом свариваются в пакеты из четырех-пяти лопаток по бандажам и хвостовикам, что повышает их вибрационную надежность. Для этой же цели в бандажных полках рабочих лопаток последних ступеней установлена специальная демпферная связь.

Проточная часть ЦНД полностью унифицирована с проточной частью ЦНД турбины К-1200-23,5. В частности, для работы при глубоком вакууме предусматривается использование рабочей лопатки из титанового сплава длиной 1200 мм. Однако, в отличие от ЦНД турбины К-1200-23,5, для ротора использована не сварная, а цельнокованая конструкция без центрального сверления (см. рис. 11.6). Обладая прочностью сварного ротора, цельнокованый ротор требует существенно меньших расхода металла (примерно в 2 раза) и времени изготовления (примерно в 4—6 раз).

Схема тепловых расширений турбины на фундаменте показана на рис. 11.69. Корпуса подшипников 1 ЦНД и 2 ЦВД с помощью продольных шпонок (не показаны на рисунке) и поперечных шпонок 7 фиксируются на фундаментных рамах 5. Аналогичным образом с помощью поперечных шпонок 9 фиксируются ЦНД, устанавливаемые своими опорными поясами на узкие фундаментные рамы 6. Цилиндр высокого давления подвешивается к корпусам подшипников 2 с помощью лап. Одна из лап посредством поперечной шпонки 3

фиксирует корпус ЦВД относительно корпуса подшипника. Вторая лапа 4 скользит по своей опоре свободно. Тем самым обеспечиваются относительно малые тепловые перемещения всех цилиндров турбины. Вертикальные плоскости всех цилиндров и корпусов подшипников совмещаются с помощью вертикальных шпонок 8.

Турбина К-1000-5,9/25-1 ХТЗ. Турбина К-1000-

–1

5,9/25-1 имеет частоту вращения 1500 мин и номинальную мощность 1100 MВт при работе на насыщенном паре с начальными параметрами 5,89 МПа и 274,3 °С (начальная влажность 0,5 %), с внешней сепарацией и двухступенчатым перегревом пара до температуры 250 °С при давлении 1,12 МПа и дав-

лении в конденсаторе 4 кПа. При давлении в конденсаторе 5,9 кПа турбина поставляется с двумя

ЦНД (при p = 4 кПа поставляется с тремя ЦНД).

к

От четырех парогенераторов реактора ВВЭР-1000 по четырем трубам пар подается к четырем блокам комбинированных стопорно-регулирующих клапанов, расположенным по обе стороны турбины. Все четыре регулирующих клапана перемещаются одновременно, т.е. в турбине используется дроссельное парораспределение.

В двухпоточном ЦВД (рис. 11.70) пар расширяется и при давлении 1,2 МПа и влажности 12 % отводится в четыре СПП. В сепараторе происходит отделение образовавшейся влаги. Затем пар перегревается сначала в первой ступени паром, отбираемым из ЦВД с параметрами 2,82 МПа и 230 °С, а затем во второй ступени свежим паром. После промежуточного перегрева пар поступает в двухпоточный ЦСД, а из него — в две ресиверные трубы, расположенные над турбиной. Из ресиверных труб он раздается на три двухпоточных ЦНД, из которых направляется в боковые конденсаторы.

Турбина состоит из ЦВД, ЦСД и трех ЦНД (при давлении в конденсаторе 4 кПа). Валопровод турбины состоит из пяти роторов цилиндров и ротора генератора. Каждый из роторов уложен в два опорных подшипника. Роторы соединены между собой жесткими муфтами, полумуфты которых откованы заодно с валами. Упорный подшипник выполнен отдельно и размещен в корпусе между ЦВД и ЦСД.

ЦВД выполнен двухпоточным. Ротор ЦВД сварнокованый, жесткий. Корпус ЦВД двухстенный. Тонкостенный внутренний корпус изготовлен из эрозионно стойкой стали. В нем размещаются две пары диафрагм двух потоков. Четыре обоймы также содержат по две диафрагмы. Диафрагмы ЦВД сварные. Перед установкой во внутренний корпус или обойму диафрагмы соединяются болтами попарно в осевом направлении. Разъем диафрагм плотно затягивается болтами после их установки. Это уменьшает протечки пара поверх установочных гребней и снижает опасность щелевой эрозии. За внутренним корпусом и за обоймами выполнены патрубки отборов пара на регенерацию.

ЦСД также выполнен двухпоточным. В каждом потоке установлено по четыре ступени (в варианте турбины с двумя ЦНД в каждом потоке ЦСД размещено по пять ступеней). Ротор ЦСД сварно-кова- ный, жесткий. Корпус ЦСД состоит из трех частей, отлитых и затем скрепленных болтами по вертикальным технологическим разъемам. Диафрагмы, устанавливаемые непосредственно в корпусе ЦСД, выполнены сварными. Их полотна и ободы изготовлены из низколегированной стали.

Проточная часть ЦНД состоит из двух потоков по пять ступеней. Последняя ступень имеет средний диаметр 4150 мм, длину рабочей лопатки 1450 мм. Корпус ЦНД выполнен одностенным ввиду сравнительно небольшого давления на входе (примерно 0,35 МПа). Турбина снабжена боковыми конденсаторами.

Турбина К-1000-5,9/25-2 ХТЗ. Турбина предназначена для работы на двухконтурной АЭС в моноблоке с водо-водяным реактором ВВЭР-1000. Давление свежего пара составляет 5,89 МПа, влажность — 0,5 %, расчетное давление в конденсаторе — 3,92 кПа при температуре охлаждающей воды 15 °С. Номинальная мощность турбины

–1

1114 MВт, частота вращения 1500 мин . Турбина выполнена с дроссельным парораспределением и имеет три (по числу ЦНД) подвальных конденсатора.

Пар из парогенераторов по четырем паропроводам подводится к четырем блокам стопорно-регу- лирующих клапанов, установленным рядом с турбиной (рис. 11.71). Каждый из блоков включает в себя стопорный клапан диаметром 600 мм, внутри которого расположен регулирующий клапан диаметром 480 мм. От клапанов в ЦВД пар поступает через два патрубка диаметром 800 мм, расположенных в нижней половине корпуса.

Отвод пара из ЦВД при давлении 1,2 МПа и влажности 12 % осуществляется по четырем патрубкам, расположенным в нижней половине корпуса. По четырем ресиверным трубам диаметром 1200 мм, выполненным из нержавеющей стали, пар направляется к четырем СПП. После сепарации влаги, отводимой в ПВД, осуществляется двухступенчатый перегрев пара (в первой ступени — паром из отбора с давлением 2,98 МПа и температурой 233,5 °С, во второй ступени — свежим паром).

Перегретый пар с параметрами 1,14 МПа и 250 °С поступает в ресивер, из которого питаются три ЦНД. Таким образом, в отличие от турбины К-1000-5,9/1500-1 в рассматриваемой турбине отсутствует ЦСД. Непосредственно на входе в ЦНД установлены стопорные поворотные заслонки диаметром 1200 мм. Подвод пара в ЦНД осуществляется в нижние половины корпусов.

Собственно турбина состоит из ЦВД и трех одинаковых ЦНД, расположенных между ЦВД и генератором. Исключение ЦСД и другие меры, описываемые ниже, позволили сократить длину турбины по сравнению с турбиной К-1000-5,9/1500-1 с 57,4 до 52,2 м и уменьшить ее массу с конденсаторами на 350 т.

Валопровод турбоагрегата состоит из роторов четырех цилиндров и ротора генератора. Каждый из роторов уложен в два опорных подшипника. Все корпуса подшипников выполнены выносными, опирающимися на ригели. Корпуса подшипников, расположенные между цилиндрами, содержат по два опорных вкладыша соединяемых роторов. В корпусе между ЦВД и ЦНД также устанавливается симметричный упорный подшипник. Для соединения роторов используются жесткие муфты, полумуфты которых откованы заодно с концевыми участками валов. Насадную полумуфту имеет только ротор генератора. Между полумуфтами роторов генератора и ЦНД установлен промежуточный вал, на котором размещены кулачки обгонной муфты ВПУ. Валопровод снабжен гидростатической системой подъема роторов.

ЦВД выполнен двухпоточным, симметричным. Каждый из потоков включает семь ступеней. Ротор ЦВД сварно-кованый, состоит из четырех частей. Материал ротора — хромомолибденовая сталь. Средняя часть ротора выполнена заодно с дисками. Такую конструкцию ротора иногда называют барабанной. Примерно одинаковая толщина корпуса и барабана позволяет уменьшить относительное расширение ротора и статора при переходных режимах. Диаметр шеек ротора в опорных подшипниках составляет 560 мм. На концевом участке ротора со стороны ЦНД заодно с валом выполнен гребень упорного подшипника диаметром 950 мм.

Рабочие лопатки установлены на дисках с помощью грибовидных хвостовиков. Рабочие лопатки первых ступеней имеют цельнофрезерованные бандажи, а рабочие лопатки остальных ступеней — накладные приклепанные ленточные бандажи. Масса ротора ЦВД составляет 49,3 т, длина — 11 м.

Корпус ЦВД выполнен двухстенным. Внутренний корпус включает в себя по три ступени в каждом потоке. Две пары диафрагм последующих ступеней (в каждом потоке) установлены в обоймы, помещенные в расточках внешнего корпуса. Диафрагмы имеют сварную конструкцию, выполнены из нержавеющей стали, сболчиваются по разъему, а некоторые из них — попарно в осевом направлении. Внутренний корпус и обоймы в местах контакта с диафрагмами защищены вставками из нержавеющей стали для исключения щелевой эрозии. Внешний корпус ЦВД опирается на приливы