книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

в турбине объемы его.растут,, и. поэтому высота лопаток по .длине прос­ тойной части увеличивается; часто приходится, увеличивать не только высоту лопаток,'но и диаметр барабана. В реактивных турбинах, не по­ пускается парциальный подвод пара,, так как вследствие различного давления с противоположных сторон рабочих лопаток возникало бы значительное^ паразитное перетекание ..пара,^пределах кольцевого се­ чения ступени, не занятого соплами. Для сокращения утечек пара через зазоры между лопатками и корпусом, а также зазоры между неподвиж­ ными лопатками и барабаном ротора, особенно значительных в части высокого давления, получили большое распространение комбинирован­ ные турбины, у которых первую ступень (регулирующую) выполняют активной, а последующие—т.реактивными. В таких турбинах потери от утечек уменьшаются, и можно у них применять парциальный подвод пара в первой ступени, что улучшает, условия регулирования.

‘ ' В настоящее время в. связи с применением повышенной, степени реакции в ступенях низкого давление активных турбин разделение турбин на активные и реактивные не всегда может быть четко вырЯзкёно.’

В турбинах рассмотренных типов поток пара направлен вдоль их оси, поэтому такие турбины' называются аксиальными.

РАДИАЛЬНЫЕ ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Существуют паровые турбины, у которых движение потока пара осуществляется. в .радиальном направлении,- Турбины этого типа были предложены в .1910, г. шведскими инженерами братьями Юнгстрем.

.Рис. 31-7. Схема радиальной турбины:

/.т—.корпус; 2- и 3—диски; 4—валы; 5—уплотнения межу ва­ лом и корпусом; 6 —уплотнения межу дисками и.корпусом;

............. • 7 —лопатки

348

Схема одной из конструкций радиальной турбины представлена на рис. 31-7. .Турбина состоит из двух вращающихся в противоположные стороны дисков 2 и 3, на которые перпендикулярно к плоскости враще­ ния посажены лопатки 7, образующие концентрические кольца, закреп­ ленные попеременно в правом и левом дисках. Каналы между лопат­ ками выполняют суживающимися и степень реактивности в них, по­ скольку-все ряды лопаток—рабочие, равна единице, т. е. эти турбины являются чисто реактивными. Вследствие вращения дисков в разные стороны окружная скорость и у них в два раза больше, чем в турбинах с неподвижными направляющими лопатками, поэтому такие турбины получаются компактными. Однако радиальные турбины имеют ряд су­ щественных недостатков: одна турбина служит для привода двух элек­ трических генераторов; в турбинах нельзя применять сопловое регули­ рование; в лопатках при вращении дисков возникают значительные изгибающие моменты, что усложняет конструирование мощных турбин такого типа. Эти недостатки ограничивают дальнейшее развитие ради­

альных турбин, несмотря на их несколько повышенную экономич­ ность.

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫСПРОТИВОДАВЛЕНИЕМИ ТУРБИНЫ СОТБОРОМПАРА ИЗ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СТУПЕНЕЙ

Экономическая целесообразность использования тепла отработав­ шего в турбине пара для производственных целей или для отопления обусловила создание паровых турбин, работающих с противодавлением (т. е. с давлением пара по выходе из турбины, превышающим конечное давление у конденсационных турбин) или с регулируемым отбором ча­ сти пара за той или иной ступенью турбины.

Стационарные турбины, работающие"с противодавлением,, обычно предназначаются для привода электрических генераторов и для исполь­ зования тепла всего пара, прошедшего через турбину, для технологи­ ческих потребителей или целей теплофикации. Количество пропускае­ мого через турбину пара и .его. давление после турбины устанавливают в зависимости от требований тепловых потребителей. Этими требова­ ниями и начальными параметрами пара определяется мощность противодавленческой турбиной. Зависимость..выработки электрической энер­ гии от расхода пара тепловым потребителем при отсутствии внешнего дешевого источника электрической'энергии ограничивает^сферу приме­ нения противодавленческих турбин, поскольку обычно изменения по­ требности,в электрической энергии не совпадают с изменениями потреб­

ности в тепле.

Для независимой друг от друга подачи потребителям тепла и элек­ трической энергии применяют турбины с.промежуточным отбором пара. Давление отбираемого пара по условиям производства обычно должно быть постоянным. Для этого за местом отбора пара устанавливают со­ ответствующее дроссельное устройство.,Часто турбины с регулируемым отбором пара выполняют состоящими из двух цилиндров. Пар у этих турбин отбирают после первого цилиндра:и,для регулирования давления пара в отборе на втором цилиндре устанавливаются особые запорные

клапаны.

Турбины, у которых в отборе поддерживается постоянное давление независимо от тепловой нагрузки, называют.турбинами с регулируемым отбором пара. В зависимости от характера потребителей тепла такие турбины строят с одним или двумя регулируемыми отборами пара.

Существуют противодавленческие турбины с отборами пара.

Во всех современных крупных паровых турбинах предусматрива­ ется несколько промежуточных нерегулируемых Отборов пара для осу­ ществления регенеративного подогрева питательной воды.

349

КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Паровые турбины классифицируют по следующим признакам:

1. По способу действия пара на лопатки: актив­ ные, если все ступени давления турбины чисто активные или же если степень реактивности не велика (0,05—0,15): реактивные, если все ступени турбины работают со степенью реактивности около 0,5—0,6; комбинированные, у которых часть ступеней в области высоких давлений активные, а последующие ступени —реактивные.

2. По начальному давлению пара: низкого давле­ ния 1,2—0,2 Мн1м2. Эти турбины используют для получения электриче­

4,0 Мн/м2; высокого давления —до 9,0 Мн/м2; повышенного давления —до 13,0 Мн/м2; сверхвысокого давления — до 23,5 Мн/м2 и сверхкритического давления—при давлении выше

критического.

3. По характеру теплового процесса: конденсаци­

бин расширяется до давления 0,003—0,005 Мн/м2 и поступает в кон­ денсатор.

Давление водяного пара в конденсаторе принимают наинизшим, определяемым климатическими условиями места расположения электри­ ческой станции и характером источника водоснабжения для охлаждения конденсатора.

По принятой в СССР системе эти турбины обозначают буквой К; конденсационные турбины с регулируемыми от­ борами пара. Эти турбины используют для удовлетворения нужд тепловых потребителей: По давлениям в регулируемых отборах их раз­

деляют на:

турбины, служащие для удовлетворения нужд теплофикации (отоп­ ления, вентиляции, горячего водоснабжения); регулируемый отбор пара происходит у них при давлениях 0,07; 0,12; 0,25 Мн/м2; эти турбины обо­

обозначают буквой П; турбины с двумя регулируемыми отборами пара обозначают буквами ПТ;

Существуют турбины с подводом в промежуточные ступени пара, отработавшего втехнологических машинах;

противодавленческие, характеризуемые различными конеч­

ными давлениями, но более высокими, чем у конденсационных. К ним относят:

предвключенные турбины, работающие на паре высоких начальных параметров при конечном давлении 3,1—3,7 Мн/м2. Пар пос­ ле этих турбин и дополнительного перегрева направляется на действую­ щих электростанциях в существующие турбины среднего давления для повышения тепловой эффективности при модернизации этих электро­ станций;

турбины, пар после которых используется для нужд производства; противодавление у этих турбин должно соответствовать требованиям технологических процессов. В СССР противодавленческие турбины из­ готовляют на противодавление в 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 1,8 Мн/м2*

350

турбины сухудшенным вакуумом, после которых пар исполь­ зуется для нужд теплофикации и противодавление у которых ниже ат­

мосферного и составляет 0,06—0,08 Мн/м2, но выше, чем у конденсаци­ онных.

Все эти турбины обозначают буквой «Р».

4.По числу ступеней: одноступенчатые с одной ступенью или

одним диском и несколькими ступенями скорости: многоступен­ чатые.

5.По направлению движения пара при расширении в поточной ча­ сти турбины: аксиальные (при движении пара параллельно оси вра­

щения ротора); радиальные (при движении пара перпендикулярно оси вращения ротора).

тельном расположении всех цилиндров и одном общем вале и многовальн ы е (двухвальные) —при параллельном расположении ци­

линдров.

7. По принципу регулирования: с дроссельным, сопловым, обводным или комбинированным регулированием.

8. По быстроходности: с пониженной скоростью вращения (1500 об}мин), с нормальной скоростью вращения (3000 об/мин), с по­

вышенной скоростью вращения (5000 об/мин и выше); при соединении с электрическим генератором последние требуют установки дорогостоя­

щих редукторов для снижения числа оборотов соответственно нормаль­ ному числу оборотов генератора: с переменным числом оборотов. Турби­ ны с переменным числом оборотов применяют на транспорте (судовые турбины, турболокомотивы) и для привода производственных машин

(воздухоили газодувок, насосов).

9. По назначению: турбины стационарные, предназначенные

для соединения с электрическими генераторами, газо- и воздуходувка­ ми; вспомогательные, применяемые для привода машин собствен­

ных нужд; нестационарные (транспортные).

Кроме перечисленных признаков, могут быть и другие, которые дол­ жны входить в характеристику турбины.

ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИИ основных деталей паровых турбин

Конструкции паровых турбин отличаются разнообразием. Ниже

рассматриваются схематически изображенные конструкции основных деталей турбин, изготовляемых отечественными заводами.

Корпусы паровых турбин представляют собой сложную конструкцию, диаметр которой изменяется по их длине и которая харак­ теризуется наличием ряда приливов, например в виде впускных и вы­ пускных патрубков, камеры для отбора пара из промежуточных ступе­ ней, кронштейнов для установки вспомогательных устройств, лап для опор и т. д. Конструкция корпуса и материал, из которого он изготовля­

ется, определяются параметрами пара, поступающего в корпус турбин. При температуре пара свыше 450°С цилиндр высокого давления (ЦВД)

ицилиндр среднего давления (ЦСД) отливают из легированной стали; при сверхкритических параметрах ЦВД выполняют двухстеночным с за­ полнением пространства между ними паром под некоторым давлением для того, чтобы каждая из стенок подвергалась воздействию меньшего по величине перепада давления; при температуре пара 400—450°С ЦВД

иЦСД отливают из углеродистой стали; при температуре не выше 250°С ЦСД и ЦНД отливают из чугуна.

351

лений, принятые в отечественном турбостроении. Уплотнения этого типа дают возможность некоторого аксиального перемещения вала относи­ тельно корпуса при температурных расширениях. Тонкие и длинные вы­ ступы уплотнении елочного типа уменьшают возможность перегреваний

На вал насаживают диски, и при этом даже при самой тщательной об­ работке нельзя достигнуть совпадения их центра тяжести с осью вра­ щения вала. При большом числе оборотов вследствие несовпадения центра тяжести диска с осью вращения возникают значительные цент­ робежные силы, прогибающие вал. Особенную опасность эти силы пред­ ставляют, когда число оборотов.вала совпадает с собственной частотой поперечных колебаний его. Это число оборотов называется критическим. Валы, вращающиеся так, что-рабочее число их оборотов меньше крити­ ческого, называют жесткими, а вращающиеся так, что оно больше кри­

тического, — гибкими.

Диски. Для активных турбин при температуре пара не выше 400°С обычно применяют диски, изготовленные отдельно от вала и на­ саженные на него в горячем состоянии при сборке на заводе; для преду­ преждения проворачивания дисков на валу применяют шпонки.

Роторы турбин высокого давления выполняют цельнокованными с выточенными дисками у первых ступеней и несколькими насадными дис­ ками, устанавливаемыми в части низкого давления. Применение таких роторов позволяет уменьшать размеры турбины, однако в случае по­ вреждения одного из точеных дисков приходится заменять весь ротор. Обычно диски изготовляют в виде тела равного сопротивления, кониче­

скими или (реже) постоянной толщины.

Рабочие1лопатки являются наиболее ответственными деталя­ ми ротора, поскольку они используются для превращения кинетической энергии пара в механическую работу на валу турбины, вследствие чего лопатки испытывают большие напряжения от усилий, создаваемых по­ током пара. Кроме того, они находятся под действием значительных центробежных сил, возникающих при вращении. Лопатки жестко закреп­ ляют на дисках. На рис. 31-11 схематически изображены некоторые из способов крепления лопаток на дисках, расположенные в порядке уве­ личения нагрузки на них. Если пользуются лопатками без утолщения в месте крепления (хвостовой части), то для образования канала между

353

ними устанавливают специальные вставки, называемые промежуточны­ ми телами. Лопатки и промежуточные тела с Т-образным креплением вставляют в паз в диске через местный вырез, который потом закрыва­ ют особой вставкой. Для увеличения жесткости лопатки соединяют при

Рис. 31-11. Хвостовые крепления рабочих лопаток турбин различных ти-' пов:

а, б —Т-образные; в, г ид —.с верхней посадкой;

помощи бандажей в отдельные пакеты по 5—12 шт. Бандажи представ­ ляют собой стальную ленту, накладываемую на верхнюю часть лопаток и скрепляемую с ними при помощи клепки. Более длинные лопатки скрепляют проволочными бандажами в один:два ряда по высоте. Лопат­ ки современных турбин обычно изготовляют фрезерованными из легиро­ ванных (никелевых и хромоникелевых) сталей. На рис. 31-12 показаны лопатки двух типов.

Особое внимание должно быть обращено на вибрационную характе­ ристику лопатки. Усилия, действующие на лопатку, имеют периодиче­ ские составляющие и, если эти составляющие совпадают с собственной частотой колебания лопаток, то возникает явление резонанса, при кото­ ром даже'небольшие периодические усилия вызывают значительную вибрацию, которая может повлечь за собой повреждение турбины.

Муфты. Для соединения паровых турбин с электрическими гене­ раторами, воздуходувками или роторов отдельных цилиндров турбины один с другим применяют соединительные муфты. Они бывают жестки­ ми, полугибкими и подвижными (гибкими). Схематическое изображение муфт разных типов показано на рис. 31-13.

В турбинах жесткие муфты (рис. 31-13,а) для соединения с валом генератора не применяют, так как они передают вибрацию ротора тур­ бины генератору, а пользуются полугибкими муфтами (рис. 31-13,6), у которых между фланцами введена деталь, гибкая в отношении изгиба, но жесткая в отношении скручивания.

Гибкие муфты (рис. 31-13, в) применяют в случае, когда необходимо обеспечивать свободное перемещение соединяемых валов при тепловых расширениях. Эти муфты не передают вибрации и изгибающие моменты.

СМАЗКА ПАРОВЫХ ТУРБИН

Роторы паровых турбин вращаются с большой скоростью, поэтому смазка их подшипников должна быть надежной и обильной, с примене­ нием масла повышенного, качества. Обычно подшипники смазывают,

354