Якубенко Технологические процессы производства тепловой 2013

нической водой. Способ охлаждения возбудителя и подвозбудителя

– самовентиляция по разомкнутому циклу.

Таблица 4.7

Основные технические характеристики генератора типа СБГД-6300-6У3

Генератор выдерживает без каких-либо повреждений двух– и трехфазные короткие замыкания в режиме любой нагрузки с перегрузом до 5 с.

Характеристики генератора и системы автоматического регулирования возбуждения обеспечивают надежное начальное возбуждение генератора без постороннего источника питания. Генератор самовозбуждается в процессе разгона за время не более 8 с, его напряжение составляет не менее 95 % от номинального при достижении номинальной частоты вращения.

Генератор обеспечивает без обслуживания непрерывную работу в течение не менее 1600 часов и может находиться в течение года в рабочем резерве без персонала с периодическим запуском ди- зель-генератора согласно графику.

Дизель служит для привода электрического генератора и представляет собой вертикальный, четырехвальный, с двухрядным расположением цилиндров двухтактный двигатель внутреннего сгорания, с одноступенчатой системой наддува и охлаждением наддувочного воздуха.

191

Основные технические характеристики дизеля приведены в табл. 4.8.

Одна из главных особенностей дизеля 78Г (рис. 4.34) – расположение в одном цилиндре двух противоположно движущихся поршней, в просторечии именуемых “боксерами”.

Верхний поршень является продувочным, а нижний – выпускным. Соответственно, через продувочные окна, открытием которых управляют верхние поршни, воздух поступает в рабочие цилиндры, вытесняя из них через нижние выпускные окна отработавшие газы в газовыпускные коллекторы. Соответственно поскольку дизель имеет двухрядное расположение цилиндров с двумя поршнями в каждом цилиндре, то он имеет четыре коленчатых вала.

С помощью редуктора-мультипликатора главной передачи осуществляется передача крутящего момента от дизеля на вал отбора мощности генератору с повышением скорости вращения с 896 до 1000 об/мин.

Система смазки дизеля – циркуляционная, под давлением. Дизель работает по принципу сухого картера. Циркуляция смазочного масла через подшипники и цилиндры дизеля обеспечивается навешенным на дизель маслонасосом с приводом от вала дизеля.

192

Топливо подается в цилиндры дизеля топливными насосами высокого давления плунжерного типа. Каждый рабочий цилиндр дизеля обслуживается двумя топливными насосами высокого давления, причем каждый соединяется топливопроводом высокого давления со своей форсункой.

Рис. 4.34. Общий вид дизеля типа 78Г

На каждый дизель-генератор в подземном промежуточном складе предусмотрена установка одного подземного резервуара дизельного топлива емкостью 100 м3. Запаса топлива в этом резервуаре достаточно для работы агрегата в течение 2,5 суток при расходе топлива 1370 кг/ч на номинальной мощности.

Разворот и пуск дизеля производится сжатым воздухом от системы cжатого воздуха давлением 3,2 МПа. Причем этот сжатый воздух используется не только для собственно раскрутки коленчатых валов дизеля («пусковой воздух»), но и для инициации срабатывания различных устройств автоматики и блокировок («управляющий воздух»). Воздушные баллоны пусковой системы (10 штук с V = 400 л и P = 3,0 МПа) объединены в две группы по пять балло-

193

нов в каждой, которые отделены между собой обратными клапанами, чтобы выход из строя группы баллонов не приводил к снижению готовности дизель-генератора к пуску. Запас сжатого воздуха в каждой группе баллонов обеспечивает 3–4 последовательных пуска дизель-генератора без дозарядки.

Автоматический запуск дизель-генераторной станции АСД5600 из режима «Дежурство» происходит по сигналу обесточивания при исчезновении напряжения питания внешней сети на секции надежного электроснабжения потребителей первой категории.

При нахождении дизель-генератора в режиме «Дежурство» работа его в параллель с сетью невозможна. Однако ежегодно после проведения текущего ремонта дизеля имеется необходимость в опробовании дизель-генератора и его проверка на полной нагрузке. Проверка работы под нагрузкой производится включением дизельгенератора в параллельную работу с внешней сетью методом ручной точной синхронизации.

Контрольные вопросы

1.Объясните устройство твэла серийного реактора ВВЭР-1000.

2.Объясните достоинства и недостатки использования двуокиси урана в циркониевой оболочке для создания твэла ВВЭР-1000.

3.Объясните устройство ТВС серийного реактора ВВЭР-1000.

4.Опишите основные этапы, которые проходит ядерное топливо в топливном цикле АЭС с ВВЭР-1000.

5.Объясните назначение первого контура ВВЭР-1000 на АЭС с РУ В-320.

6.Перечислите и охарактеризуйте оборудование, входящее в состав первого контура реакторной установки В-320 с реактором ВВЭР-1000.

7.Объясните назначение и опишите устройство составных частей первого контура: главного циркуляционного трубопровода, компенсатора давления, барботера.

5.Объясните схему крепления оборудования первого контура и принципы, реализованные для повышения его сейсмостойкости.

6.Объясните необходимость установки системы компенсации объема

впервом контуре АЭС с ВВЭР.

7.Объясните принципы поддержания давления в первом контуре и работу системы компенсации объема (давления).

194

8.Объясните назначение и принцип работы ядерного энергетического реактора ВВЭР-1000 на АЭС с РУ В-320.

9.Перечислите основные технические данные и составные части реакторной установке В-320 с реактором ВВЭР-1000.

10.Объясните назначение и опишите устройство следующих частей реактора РУ В-320: корпуса реактора, верхнего блока реактора, узла уплотнения главного разъема, шахты реактора, блока защитных труб, выгородки, бетонной шахты реактора.

11.Опишите основные свойства воды и конструкционных материалов, влияющие на конструкцию и работу парогенераторов для ВВЭР.

12.Сформулируйте назначение ПГ в технологической схеме РУ с ВВЭР-1000 проекта В-320.

13.Нарисуйте и поясните упрощенную схему включения ПГ в технологической схеме РУ с ВВЭР-1000 проекта В-320.

14.Опишите устройство и основные технические характеристики парогенератора ПГВ-1000М.

15.Опишите назначение ГЦН и его вспомогательных систем.

16.Опишите устройство и основные технические хаpактеpистики компонентов ГЦН: выемная часть, улитка (гидравлическая часть), торсионная муфта, нижняя проставка, верхняя проставка, опорное устройство, электродвигатель, биологическая защита.

17.Объясните необходимость наличия на АЭС источников аварийного энергоснабжения.

18.Нарисуйте и объясните упрощенную схему надежного электроснабжения АЭС.

19.Опишите расположение дизель-генераторных станции на площадке АЭС.

20.Перечислите основные системы и агрегаты, из которых состоит резервная дизель-электрическая станция типа АСД-5600.

195

Глава 5. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ТУРБИННОГО

ОТДЕЛЕНИЯ АЭС С ВВЭР-1000

5.1. Принцип работы и тепловой цикл паротурбинной установки

Турбина – это машина, в которой тепловая энергия рабочего тела (пара) преобразуется в механическую энергию вращения ротора.

В паротурбинной установке осуществляется следующий тепловой цикл [7]: в паропроизводящей установке (в нашем случае – в ЯППУ) вода превращается в пар и приобретает запас тепловой энергии, которая в турбине частично превращается в работу, а частично передается охлаждающей воде в конденсаторе, где образуется конденсат при абсолютно низком давлении. Конденсат пара сжимается в нескольких насосных группах и нагревается в системе регенеративного подогрева, после чего подается в парогенераторы ЯППУ. Затем этот цикл, названный именем Ренкина, повторяется. Естественно, что установка будет тем экономичнее, чем большая часть теплоты превратиться в турбине в работу.

Тепловая энергия в паровой турбине превращается в работу благодаря тому, что потенциальная энергия пара перед турбиной больше, чем за ней. Состояние пара и воды определяется рядом характеристик, называемых параметрами состояния. Давление, температура и удельный объем – основные параметры, характеризующие состояние рабочего тела.

На большинстве АЭС парогенераторы выдают пар либо сухой насыщенный, либо с небольшой степенью влажности, и почти вся проточная часть турбины работает в зоне влажного пара.

Цикл Ренкина (рис. 5.1) при использовании в турбине сухого насыщенного пара описывается следующими термодинамическими процессами:

•аа' – сжатие воды в питательном насосе;

•a'b – нагрев воды в парогенераторе (экономайзерный уча-

сток);

•bc – испарение воды в парогенераторе;

196

•ск – расширение пара в турбине;

•ка – конденсация пара в конденсаторе.;

•х – степень сухости влажного пара: отношение массы сухого насыщенного пара к общей массе влажного пара.

Рис. 5.1. Цикл Ренкина для АЭС с турбиной насыщенного пара: аа' – сжатие воды в питательном насосе; а'b – нагрев воды в ПГ; bс – испарение воды в ПГ; ск – расширение пара в турбине;

ка – конденсация пара в конденсаторе

Для турбин АЭС используется промежуточный перегрев пара с предварительной сепарацией влаги в сепараторе. В тепловом цикле для этого случая (рис. 5.2) изоэнтропа cd характеризует расширение пара в турбине до тех пор, пока влажность его не достигнет х = =13–15 %. Затем пар направляется в сепаратор, где при относительно малом уменьшении давления происходит отделение воды – процесс de. После этого осуществляется промежуточный перегрев пара свежим паром от ПГ (процесс ef) и расширение промежуточно перегретого пара до давления в конденсаторе (процесс fk).

Рис. 5.2. Цикл Ренкина для АЭС с сепарацией и перегревом пара: cd – частичное расширение пара в ЦВД турбины;

de – отделение воды в сепараторе; ef – промежуточный перегрев пара; fk – окончательное расширение пара в ЦНД турбины;

ka - конденсация пара в конденсаторе.

197

Термический КПД дополнительного цикла defkg меньше, чем основного цикла abcg. Таким образом, промежуточный перегрев пара свежим паром на АЭС не увеличивает термический КПД цикла. Однако он существенно уменьшает влажность в конце процесса расширения, что повышает относительный внутренний КПД турбины и, главное, увеличивает надежность ее деталей.

Во всех современных паротурбинных установках [6, 7, 18] используется регенеративный подогрев питательной воды паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины. В этом случае теплота пара отдается конденсату и питательной воде, а не безвозвратно охлаждающей воде в конденсаторе. Нагрев питательной воды перед подачей в парогенераторы повышает термический КПД цикла. Для турбин АЭС выполнение отборов пара имеет дополнительную целесообразность. Конструктивно отборы пара производятся из зон турбины с повышенной концентрацией влаги. Поэтому вместе с паром отбора происходит отвод значительного количества влаги, что повышает экономичность и надежность работы турбины.

В качестве каналов для течения пара в турбине используются кольцевые решетки (рис. 5.3). Это система каналов, образованных одинаковыми профилями специальной формы – лопатками. На профиле различают входную и выходную кромки, спинку (выпуклую часть) и сторону давления (вогнутую часть).

Совокупность одного ряда неподвижной (сопловой) и вращающейся (рабочей) решеток называется турбинной ступенью (рис. 5.4).

В ступени турбины происходит преобразование части общего теплоперепада потенциальной энергии в работу.

Назначение сопловой решетки – преобразовывать с минимальными потерями внутреннюю энергию потока в кинетическую энергию кольцевых струй пара. При протекании пара через неподвижную решетку работа не совершается Назначение рабочей решетки– преобразовать кинетическую энергию в работу.

198

пловой решетке и с большой скоростью обтекает профили рабочей решетки, образуя на их поверхностях распределение давления. Результирующая окружных проекций давления на вогнутой стороне профиля больше чем на спинке, в результате чего возникает окружная сила Ru, вращающая диск, закрепленный на валу.

Совокупность решеток последовательно установленных ступеней называется проточной частью турбины (цилиндра).

Система подачи пара в турбину называется системой парораспределения (или просто – парораспределением). При изменении степени открытия регулирующих клапанов системы парораспределения изменяется площадь для прохода пара и, следовательно, его расход. При частичном открытии клапанов происходит дросселирование пара, что приводит к уменьшению давления, а, следовательно, и теплового перепада в проточной части турбины. Таким образом, регулирование мощности турбины происходит за счет изменения расхода пара и теплового перепада в проточной части.

Для современных паровых турбин [18] в основном используются два вида парораспределения: дроссельное и сопловое. При дрос-

199

сельном парораспределении весь пар, подводимый к турбине, подается в общую сопловую камеру по всей окружности после дросселирования в одновременно открывающихся клапанах. При сопловом парораспределении увеличение расхода пара через турбину достигается последовательным открытием регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к своей группе сопел, занимающих часть окружности сопловой камеры.

Современные паровые турбины выполняются не только многоступенчатыми, но и многоцилиндровыми [18]. Это позволяет увеличить единичную мощность турбоагрегата. Укрупнение мощности приводит к снижению стоимости установленного киловатта выработанной мощности турбины и всей электростанции в целом. Особенно важным является снижение капиталовложений для АЭС, так как по сравнению с ТЭС они выше. Именно укрупнение оборудования позволяет создать АЭС, способные конкурировать с ТЭС.

Мощность турбины тем больше, чем больше расход пара через последнюю ступень, который, в свою очередь, однозначно определяется кольцевой площадью выхода пара. Становится понятным, почему увеличение единичной мощности агрегата можно получить раздвоением потока пара. Кольцевая площадь выхода пара определяется средним диаметром последней ступени и высотой ее рабочей лопатки. Если в двухпоточном цилиндре турбины выполнить последние ступени со средним диаметром, равным однопоточной ступени, то для двухпоточного цилиндра мощность будет в два раза больше, чем однопоточного. Расчеты показывают, что предельная мощность однопоточной турбины в настоящее время может составлять 200 МВт.

Следующей мерой увеличения единичной мощности турбоагрегата является использование нескольких двухпоточных ЦНД с соответствующим увеличением общей кольцевой площади выхода пара.

Значительное увеличение мощности можно получить уменьшением частоты вращения в два раза. При этом для получения частоты электрического тока 50 Гц, принятой у нас в стране, генератор необходимо выполнять четырехполюсным. Уменьшение частоты вращения в два раза при тех же размерах ступени [18, 19] уменьшает их напряженность в 4 раза или, наоборот, позволяет при сохранении той же напряженности увеличить кольцевую площадь выхо-

200