паровые и газовые турбины для электростанций

подшипников с помощью лап, отлитых заодно с фланцами нижней части корпуса.

Проточная часть ЦНД состоит из двух потоков по семь ступеней в каждом. Ротор ЦНД сварной, изготовлен из 14 кованых заготовок. Концевые части имеют шейки диаметром 800 мм под опорные вкладыши. Размеры рабочей лопатки последней ступени такие же, как и у турбины К-1000-5,9/1500-1.

Рабочие лопатки пяти первых ступеней ЦНД имеют грибовидные хвостовики, двух последних — елочные с торцевой заводкой по дуге окружности. Все рабочие лопатки снабжены бандажами: первые три ряда имеют цельнофрезерованные бандажи с демпферными вставками, два последующих ряда — накладные ленточные бандажи, предпоследний ряд — цельнофрезерованный, последний

— приклепываемый бандаж типа «наездник». Два последних ряда рабочих лопаток содержат по одной демпферной трубчатой связи; их входные кромки закалены токами высокой частоты для уменьшения эрозионного воздействия капель влаги.

Масса облопаченного ротора ЦНД составляет 178 т, длина — 12,5 м, максимальный диаметр — 5,622 м. Несколько большие массу и габариты имеет ротор ЦНД с учетом промежуточного вала и установленного на нем колеса валоповоротного устройства.

Корпус ЦНД состоит из среднего корпуса с заключенной в нем проточной частью и двух выходных патрубков. Поскольку давление на входе в ЦНД достаточно высокое (1,12 МПа), его корпус сделан двухстенным: внутренний корпус (обойма) содержит по четыре ступени в каждом потоке; диафрагмы остальных ступеней установлены во внешнем корпусе. За первой, второй, четвертой и пятой ступенями организованы отборы пара на регенерацию, с которыми отводится значительная часть влаги. Кроме того, диафрагмы двух последних ступеней выполнены с внутриканальной сепарацией.

Диафрагмы ЦНД имеют сварную конструкцию: полотна и ободы их выполнены из углеродистой стали, бандажные ленты и сопловые лопатки — из нержавеющей стали.

Большие габариты ЦНД (осевой размер 11,38 м, поперечный — 14,8 м) приводят к появлению значительных сил, действующих на корпус от атмосферного давления; большими при этом оказываются и весовые нагрузки на фундамент от массы деталей. Поэтому создана специальная система опирания ЦНД на фундамент. Корпуса подшипников ЦНД выполнены выносными. Они устанавливаются на фундаментные рамы, залитые в поперечные балки-ригели. К корпусам подшипников жестко прикреплены камеры концевых уплотнений ЦНД, а герметичность соединений этих камер с торцевыми стенками выходных патрубков обеспе-

чивается установкой сильфонов, не препятствующих взаимному перемещению корпусов подшипников и ЦНД. Таким образом, нагрузка от веса ротора, составляющая около 200 т, воздействует только через корпуса подшипников на ригели и не передается на внешний корпус ЦНД.

В подавляющем большинстве конструкций конденсатор турбины присоединяется к ее выходному патрубку жестко, с помощью сварки; при этом конденсатор устанавливается на пружинах, допускающих тепловые расширения переходного патрубка и конденсатора, но передающих часть вертикальных усилий с конденсатора на корпус ЦНД. Для ЦНД рассматриваемой турбины только масса воды, заполняющей водяные камеры и трубки конденсатора, составляет почти 600 т. Поэтому принята раздельная схема опирания корпуса ЦНД и конденсатора: ЦНД опирается на верхнюю, а конденсатор — на нижнюю фундаментные плиты; их взаимное тепловое расширение компенсируется герметичным сильфонным соединением выходного патрубка ЦНД и переходного патрубка конденсатора.

Для опирания ЦНД на фундамент служат четыре торцевые лапы и дополнительно четыре боковых балкона. Торцевые лапы крепятся к торцевым стенкам нижних частей выходных патрубков в зоне горизонтального разъема. С их помощью ЦНД опирается на фундаментные рамы, установленные на стенах фундамента. Между торцевыми лапами и рамами имеются разгрузочные устройства пружинного типа, воспринимающие часть вертикальной нагрузки, приложенной к корпусу, и уменьшающие тем самым силы трения на поверхностях опирания. Боковые балконы служат для дополнительного опирания ЦНД через блоки специальных пружин на продольные балки. Пружины боковых балконов и разгрузочные устройства торцевых лап воспринимают до 85 % массы ЦНД в сборе, и поэтому на опоры торцевых лап действуют небольшая часть массовой нагрузки и вертикальная сила от атмосферного давления.

Для обеспечения достаточной жесткости корпуса от действия атмосферного давления на торцевые стенки выходных патрубков между торцевыми лапами и средним корпусом установлены продольные стержневые фермы; они находятся внутри выходных патрубков. Дополнительное усиление обеспечивается двумя коробами прямоугольного сечения, приваренными по бокам к нижней части среднего корпуса.

Тепловое расширение турбины организовано следующим образом. Все корпуса подшипников, как указывалось выше, являются выносными и зафиксированы на фундаментных рамах с помощью продольных и поперечных шпонок. Совмещение вертикальных плоскостей корпусов подшипников и

цилиндров турбины осуществлено посредством вертикальных шпонок, расположенных между ними. Корпус ЦВД зафиксирован на приливах корпуса переднего подшипника поперечными шпонками, установленными между лапами и их опорными поверхностями. Другие лапы ЦВД свободно скользят по опорным поверхностям второго корпуса подшипника. Корпуса ЦНД не имеют силовой связи с корпусами подшипников. Фикспункт ЦНД образован посредством двух поперечных шпонок, установленных под торцевыми лапами ЦНД и фундаментными рамами.

11.5. КОНСТРУКЦИИ МОЩНЫХ ТУРБИН ДЛЯ ПГУ

Как показано ниже (см. § 13.6), ПГУ отличаются значительным разнообразием, которое зависит от способа утилизации теплоты уходящих газов ГТУ.

При использовании ПГУ со сбросом газов ГТУ в топку котла (ПГУ-С), а также с подогревом питательной воды уходящими газами ГТУ применяются классические паровые турбины, принципиально не отличающиеся от обычных паровых турбин ТЭС и ТЭЦ: обычно они имеют развитую систему регенерации, соответствующую систему парораспределения и др.

Рядом особенностей обладают только паровые турбины для ПТУ утилизационных ПГУ (ПГУ-У).

В ПГУ-У нет необходимости в системе регенеративного подогрева питательной воды выше 60— 65 °С (при работе на природном газе), так как ее повышение приводит к увеличению температуры уходящих газов котла-утилизатора (КУ), снижению его КПД и, следовательно, КПД всей ПГУ. Поэтому ПТУ ПГУ-С не имеет системы регенерации, т.е. нерегулируемых отборов пара из турбины. Это, конечно, снижает КПД ПТУ, но выигрыш от использования комбинированного цикла перекрывает это снижение.

Далее, как показано ниже (см. рис. 13.31), котелутилизатор ПГУ-У представляет собой парогенератор, снабжающий паровую турбину несколькими потоками пара разного давления (обычно двумя или тремя). Эти потоки сливаются перед ЦНД, и в результате через последние ступени турбины, например, в трехконтурной ПГУ-С проходит пара примерно в 1,5 раза больше, чем поступает в ЧВД. Это требует развитой площади выхода пара из турбины.

Наконец, изменение мощности ПГУ-У осуществляется с помощью изменения расхода топлива и воздуха в камеру сгорания ГТУ, вслед за которыми изменяются параметры газов за ГТУ. При этом при полностью открытых регулирующих клапанах паровой турбины перед проточной частью автоматически устанавливаются такие параметры пара (расход, температура и давление), при которых пропускная

способность проточной части паровой турбины и парогенерирующая способность котла-утилизатора совпадают. Иными словами, в нормальных условиях паровая турбина всегда работает в условиях скользящих параметров с полностью открытыми клапанами. Поэтому она не имеет регулирующей ступени, а регулирующие клапаны используются только при пусках, остановках и аварийных режимах.

Турбина К-110-6,5 ЛМЗ. На рис. 11.72 показан продольный разрез турбины К-110-6,5 ЛМЗ. Конденсационная турбина предназначена для работы в составе ПГУ-325, выполненной по схеме дубльблока: две ГТУ-110 питают два котла-утилизатора, которые генерируют пар для одной турбины. Эта ПГУ установлена на Ивановской ГРЭС.

Паровая турбина имеет следующие основные расчетные технические характеристики:

Номинальная мощность, МВт . . . . . . . . . . . . . . 115,9 Параметры свежего пара:

давление, МПа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,8 температура, °С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 расход, т/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308,6

Параметры пара низкого давления:

давление, МПа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,65 температура, °С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 расход, т/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Температура охлаждающей воды, °С . . . . . . . 20 Расчетное давление в конденсаторе, кПа . . . . 5

Турбина выполнена двухцилиндровой. Ее ЦВД — однопоточный, с петлевым движением пара, ЦНД — симметричный, двухпоточный. Турбина не имеет промежуточного перегрева пара в котле-утилиза- торе. Именно это обстоятельство позволило выполнить ее достаточно компактной и двухцилиндровой.

Свежий пар по двум паропроводам, идущим от каждого котла-утилизатора, поступает в нижнюю половину корпуса ЦВД (рис. 11.73), растекается в окружном направлении по паровпускной камере 10

и, развернувшись по оси турбины, поступает в сопловые каналы первой ступени. Далее пар проходит последовательно справа налево первые восемь ступеней проточной части ЦВД.

Каждая ступень включает в себя диафрагму с вваренными в нее сопловыми лопатками и диск цельнокованого ротора с рабочими лопатками. Диафрагмы установлены в кольцевых расточках внутреннего корпуса.

Пройдя первые восемь ступеней левого потока ЦВД, поток пара разворачивается на 180° и движется по кольцевому пространству между внутренним и внешним корпусами. Движущийся пар обтекает две зоны подвода свежего пара, о которых речь шла выше, и поступает в кольцевую камеру, из нее — в шесть ступеней правого потока. Диафрагмы этих ступеней установлены в обоймах, а последние — непосредственно во внешнем корпусе.

1

8

9

10

11 12

Рис. 11.73. Поперечный разрез паровой турбины по паровпуску:

1 — вал цельнокованого ротора; 2 — обойма среднего уплотне-

ния; 3 — сопловые лопатки первой ступени турбины; 4 —

поршневые кольца, допускающие взаимное тепловое верти-

кальное перемещение внешнего и внутреннего корпусов; 5 —

крышка внешнего корпуса ЦВД; 6 — крышка внутреннего кор-

пуса ЦВД; 7 — колпачковая гайка шпильки фланцевого разъема

внутреннего корпуса; 8 — шпилька фланцевого разъема внеш-

него корпуса; 9 — фланцы внешнего корпуса; 10 — паровпуск-

ная камера; 11 — нижняя половина внутреннего корпуса; 12 —

нижняя половина внешнего корпуса

После расширения в описанных 14 ступенях пар попадает в камеру смешения, в которую также снизу по патрубку поступает пар из контуров низкого давления котлов-утилизаторов. Потоки пара смешиваются, и образующийся единый поток проходит в последние пять ступеней ЦВД, диафрагмы которых установлены в обойме.

В крышке внешнего корпуса ЦВД (см. рис. 11.72) расположены два пароотводящих патрубка, через которые подается пар в две горизонтальные ресиверные трубы, направляющие пар в середину двухпоточного ЦНД. На многих режимах пар, выходящий из ЦВД, является влажным. Поэтому для снижения влажности в ресиверных трубах устанавливают специальные пленочные сепараторы.

Корпус ЦНД выполнен также двухстенным. Пар из ресиверных труб поступает в кольцевое пространство, расположенное между двумя симметричными проточными частями ЦНД. Каждый из потоков проходит пять ступеней, а из них — в конденсатор турбины.

Валопровод турбины состоит из двух цельнокованых роторов, причем ротор ЦНД выполнен без центрального отверстия. Отсутствие посадки дисков на вал существенно увеличивает их надежность. Рабочие лопатки последней ступени имеют длину 960 мм и при корневом диаметре 1520 мм

образуют кольцевую площадь выхода пара 7,48 м2. Эти лопатки выполнены с елочными хвостовиками с торцевой заводкой, что обеспечивает хорошую ремонтопригодность.

Каждый из роторов уложен в два опорных подшипника, воспринимающих радиальные нагрузки. Корпус переднего подшипника выполнен выносным. Его литая нижняя часть устанавливается на фундаментную раму, залитую бетоном в верхнюю фундаментную плиту рамного железобетонного фундамента. Верхняя часть корпуса подшипника сварная.

Вкладыш переднего подшипника является комбинированным. Он содержит опорную часть с баббитовой заливкой и упорные сегменты, с которыми через масляную пленку контактирует гребень ротора, передающий приложенное результирующее осевое усилие от сил, действующих в проточной части. Для уменьшения этих сил потоки пара в проточной части ЦВД направлены в разные стороны, а в дисках выполнены разгрузочные отверстия.

Корпус среднего подшипника выполнен встроенным. Его нижняя часть с помощью подкосов вварена во внутренний обвод выходного патрубка ЦНД, а крышка закрывается и стягивается по горизонтальному разъему после укладки валопровода. В корпусе установлены задний опорный вкладыш ротора ЦВД и передний опорный вкладыш ротора ЦНД. Между опорными вкладышами размещается муфта с полумуфтами роторов, стягиваемыми болтами при сборке роторов в единый валопровод.

Аналогичным образом устроен и корпус заднего подшипника ЦНД, на левый опорный вкладыш которого опирается правым концом ротор ЦНД, а на правый — ротор электрогенератора, который не имеет собственного левого подшипника.

Все корпуса подшипников имеют аварийные масляные емкости, обеспечивающие смазку при выбеге ротора в случае возникновения аварийных ситуаций на турбине. Нижние половины всех опорных вкладышей имеют статический гидравлический подъем валопровода — отверстия, в которые перед началом вращения ротора насосами подается масло под давлением 6—7 МПа, заставляющее валопровод подняться и не контактировать с поверхностью вкладыша при малой частоте вращения. После разворота валопровода гидравлический подъем отключают и смазка осуществляется за счет гидродинамических сил, возникающих в масляном слое.

По краям ЦВД, где ротор выходит из его корпуса, установлены концевые уплотнения, а в средней части ЦВД — среднее уплотнение, не допускающее большой утечки пара в обвод первых восьми ступеней левого потока пара в проточной части ЦВД.

Цилиндр низкого давления также имеет два концевых уплотнения, однако поскольку в его выходных патрубках давление меньше атмосферного, то уплотнения должны исключить присосы воздуха из атмосферы в выходные патрубки, а из них — в конденсатор. Для этого на концевые уплотнения ЦНД подается уплотняющий пар из коллектора уплотнений.

Все утечки пара из концевых уплотнений утилизируются, отдавая свою теплоту конденсации конденсату, направляемому в котел-утилизатор.

Как видно из рис. 11.72, паровая турбина не имеет регенеративных отборов. Это связано с тем, что в котел необходимо подать конденсат как можно более низкой температуры (но не ниже 60 °С) для уменьшения температуры уходящих газов котла. Нагреть конденсат до 60 °С можно было бы с помощью пара отбора из ЦНД, однако это проще сделать с помощью рециркуляции конденсата из газового подогревателя конденсата котла-утилизатора (см. рис. 13.38).

Турбина Т-150-7,7 ЛМЗ. На рис. 11.74 показан продольный разрез турбины Т-150-7,7 ЛМЗ. Теплофикационная турбина предназначена для работы в составе ПГУ-450Т, выполненной по схеме дубльблока. Две такие ПГУ установлены на СевероЗападной ТЭЦ Санкт-Петербурга и по одной — на Калининградской ТЭЦ-2, ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго».

Паровая турбина при работе на номинальном конденсационном режиме имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальная мощность, МВт . . . . . . . . 161,6 Параметры свежего пара:

давление, МПа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,6 температура °С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 расход, т/ч. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

Параметры пара низкого давления: давление, МПа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,62 температура, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 расход, т/ч. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

Температура охлаждающей воды, °С . . 27 Расчетное давление в конденсаторе, кПа . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Характеристики последней ступени:

длина рабочей лопатки, мм . . . . . . . . 640 корневой диаметр, мм . . . . . . . . . . . . . 1520

2

кольцевая площадь выхода пара, м . . . 4,34

Максимальная тепловая нагрузка теплофикационной установки составляет 450 МВт.

Как видно из сравнения рис. 11.72 и 11.74, конструкции ЦВД турбин К-110-6,5 и Т-150-7,7 очень похожи. Различие состоит в конструкциях ЦНД.

Поперечный разрез по выходному патрубку ЦВД турбины Т-150-7,7 показан на рис. 11.75. Из него пар выходит четырьмя потоками. В нижней половине внешнего корпуса 9 расположено два патрубка, из которых пар направляется в верхний сетевой подогреватель ПСГ-2. Давление этого пара определяет его температуру конденсации и соответственно температуру сетевой воды на выходе из ПСГ-2. В верхней половине расположены две перепускные трубы в двухпоточный ЦНД.

В ЦНД каждый из потоков проходит по две ступени и попадает в пространство, из которого часть или практически весь пар (при работе в теплофикационном режиме) направляется в нижний сетевой подогреватель ПСГ-1. Управляет потоком пара в ПСГ-1 регулирующая (поворотная) диафрагма.

5

4

3

2

6

1

7

8

9

Рис. 11.75. Поперечный разрез по выходному патрубку ЦВД турбины Т-150-7,7:

1 — вал ротора; 2 — диск вала; 3 — рабочие лопатки последней ступени; 4, 8 — верхняя и нижняя половины обоймы диафрагм последнего отсека проточной части ЦВД; 5 — крышка внешнего корпуса ЦВД; 6 — шпилька; 7 — фланец; 9 — нижняя половина внешнего корпуса ЦВД

Пар, пройдя частично открытую регулирующую диафрагму, расширяется в последних двух ступенях каждого потока и поступает в два симметричных выходных патрубка, а из них — в конденсатор турбины.

Длина рабочей лопатки последней ступени составляет всего 0,64 м, что обеспечивает кольце-

вую площадь выхода одного потока пара 4,2 м2. Это связано с тем, что турбина является теплофикационной и большую часть года она будет работать с минимальными расходами пара в конденсатор, для которых нет смысла использовать дорогостоящие лопатки последней ступени большой длины, да еще и подверженные большей эрозии из-за больших окружных скоростей лопатки.

Ротор ЦНД выполнен сборным, с дисками, насаженными на вал с натягом.

Турбина SST5-5000 фирмы «Сименс». На рис. 11.76 показан продольный разрез паровой тур-

1 2 3

бины SST5-5000 фирмы «Сименс» для одновального трехконтурного парогазового энергоблока с промежуточным перегревом пара (см. рис. 13.38) мощностью 420 МВт, включающего в себя одну ГТУ V94.3A и одну паровую турбину мощностью 140 МВт. Турбина предназначена для работы в холодном климате, когда в конденсаторе целесообразно поддерживать давление 4—5 кПа.

Турбина (см. рис. 11.76) состоит из двух цилиндров — цилиндра, совмещающего в себе ЧВД и ЧСД (ЦВСД), и ЦНД.

ЦВСД имеет двухстенную конструкцию. Внутренний корпус 3 выполнен из единой отливки и состоит из внутренних корпусов ЧВД и ЧСД, разделенных промежуточным уплотнением 4. Внутри этого корпуса помещается цельнокованый ротор 12 ЦВСД. Внешний корпус 13 ЦВСД охватывает внутренний.

6

5 7

8

18