Основы проектирования паровых турбин
Лекция 10
|
Основные показатели паровых турбин и их компоновки |
|
ГОСТ 4.424-86 |
|
Показатели назначения: |
- |
номинальная мощность Nном (наибольшая мощность, которую турбина должна длительное время обеспечивать при |
- |
номинальных параметрах рабочих сред), |
максимальная мощность Nмах, которую турбина реализует при изменении начальных параметров водяного пара, давления рк, |
|
- |
отключении ряда отборов пара и пр., |
тепловая нагрузка отопительных (регулируемых) отборов пара Qт, ГДж/час, |
|
- |
частота вращения n, с-1, |
- |
давление и температура свежего пара (р0, t0), |
- |
температура промперегрева (tпп), |
- |
температура охлаждающей воды для конденсатора ТУ (t1в), |
- |
давление в конденсаторе рк, |
- |
температура питательной воды tпв. |
|
Массогабаритные показатели турбины и характеристики ее маневренности (время пуска, допустимое число |
|
пусков, регулировочный диапазон автоматического изменения мощности) |
|
Показатели надежности: |
-наработка на отказ (не менее 5500 ч);
-установленный ресурс до списания (не менее 40 лет) и между капитальными ремонтами (4-6 лет).
Показатели экономичности:
- удельный расход теплоты брутто qЭбр, кДж/(кВт ч)).
2
Рис. Схема компоновки паровой турбины К-800-23,5 ЛМЗ
3
Многоступенчатое исполнение паровых турбин
Многоступенчатое исполнение паровых турбин позволяет:
1.реализовать большие мощности (NЭ=500-1500 МВт при Н0=1000-1600 кДж/кг); 2.проектировать проточную часть турбины из условия u/сф=(u/сф)опт для всех ступеней (чем
дороже топливо, используемое на электростанции, тем экономичнее должно быть ее основное и вспомогательное оборудование);
3.использовать эффект промперегрева, посредством которого повышаются термический КПД цикла, растет oiЦСД, снижается степень влажности в последних ступенях ЦНД;
4.осуществлять оптимальным образом отборы пара на регенеративный подогрев питательной воды, которые существенно повышают КПД турбоустановки;
5.организовывать эффективную схему компенсации осевых нагрузок валопровода; 6.использовать энергию выходной скорости предыдущей турбинной ступени для роста
располагаемой энергии последующей за ней ступени. Таким образом, увеличивается располагаемый теплоперепад ступеней;
7.использовать эффект возврата теплоты, связанный с тем, что потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию (теплосодержание) водяного пара за турбинной ступенью.
z |
H 0 |
|
|
|
|
Q – теплота, которая «возвращается» в поток водяного пара в |
|||||||||
H 0 i |
Т |
Q |
проточной части турбинных ступеней в процессах формирования в (1) |
||||||||||||
i 1 |
|
|
|
|
|
них потерь энергии (речь идет о формировании тепловой энергии) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hi |
|
Hi( j) |
|
Ho j oiст |
|
Т |
Q |
|
|
(2) |
|
|
|
|
Т |
|
j 1 |
|
j 1 |
|
ст H0 |
|
ст (1 q ) |
|||
|
|
|
H0Т |
H0Т |
H0Т |
|
|||||||||
|
|
|
oi |
|
|
|
oi |
H0Т |
oi |
вт |
|
||||
|
Т |
z 1 |
|
qвт=Q/H0т – коэффициент возврата теплоты |
||||
qвт kt (1 |
oi )H 0 |
|
|
(3) |
|
|
kt=(3,2…4,3) 10-4 |
kt=2,8 10-4 |
z |
kt= 4,8 10 |
-4 |
||||||
|
|
|
|
|
для перегр. пара |
для перегр. и влажного пара |
для влажного пара |
|
Рис. Процесс расширения |
|
в многоступенчатой турбине |
4 |
|
Компоновочные решения для паровых турбин ТЭС
Рис. Компоновка двухвального турбоагрегата мощностью 900 МВт:
1 – 3 – соответственно ЦВД, ЦСД и электрогенератор быстроходной части турбоагрегата; 4 –5 - тихоходные ЦНД с |
5 |
|
электрогенератором 6; 7 – 8 – боковые конденсаторы |
||
|
Компоновочные решения для паровых турбин ТЭС
Рис. Компоновочные решения для паровых турбин ТЭС |
6 |
Предельная мощность однопоточной конденсационной турбины
Предельная мощность паровой турбины определяется расходом водяного пара через последнюю ступень (G2), который ограничивается значением абсолютной скорости с2 за ее рабочей решеткой из условия Мс2 1, удельным объемом влажного пара v2, зависящим от давления рк в конденсаторе, а также площадью рабочей решетки последней ступени F2= d2l2sin 2.
N =mG H |
т т |
(4) |
1/kразгр 0,35+0,65 fпер/fкор (7) |
i к 0 |
oi |
|
|
d |
l |
2 |
sin |
2 |
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
2 |
|
ст 2 n |
2 |
|
(8) |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
G |
2 |
|
|
c |
2 |
|
2 |
(5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k разгр |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
к |
|
|
v2 |
2 |
|
v2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ni |
|
m |
|
kрагрH0 |
т т [ p ] c |
1 |
|
|||||||||||||||
2= d2l2 |
|
– аксиальная |
|
(осевая) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
oi |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
(9) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
ст |
v2 |
n |
2 |
|||||||||||||||||||||||||||
площадь |
|
|
выхода из |
|
рабочих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
лопаток последней ступени |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. Упрощенная тепловая схема конденсационной ПТУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пост |
|
|
Rцс |
|
m |
u2 |
|
|
ст |
f l |
2d |
2 |
2 |
|
2 |
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
p(0) |
|
p,max |
|
|
|
|
л |
|
|
|
л 2 |
2 |
l |
|
n |
d |
2 |
|
ст |
n |
|
(6) |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
fл |
|
fл |
|
|
|
2 fл |
|
|
|
cn 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7
Предельная мощность однопоточной конденсационной турбины
|
m |
т |
т [ p ] c |
1 |
|
|||
Ni |
|
kрагрH0 oi |
|
|
|
2 |
|
(9) |
2 |
|
|
ст |
v |
n2 |
|||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
Предельная мощность турбины зависит от следующих величин:
1.располагаемого теплоперепада турбины Нот (параметров пара перед турбиной, промперегрева);
2.относительного внутреннего КПД oiт турбины;
3.коэффициентов m и kразгр;
4.напряжения растяжения, значение которого определяется допустимым напряжением [ р] для материала лопатки (для высоколегированной стали [ р] 450 МПа);
5.плотности материала лопатки ст (для нержавеющих сталей ст=7,8 103 кг/м3);
6.скорости с2, определяемой ограничениями потерь с выходной скоростью Нвс=0,5с22 и допустимым диапазоном режимов течения по числу Маха (Мс2 0,9). Для мощных турбин потери энергии с выходной скоростью составляют 20-40 кДж/кг. Их изменение для влажнопаровых турбин АЭС оказывает большее влияние на экономичность, чем для турбин, работающих с перегретым паром;
7.удельного объема v2 водяного пара, зависящего от давления рк в конденсаторе;
8.частоты вращения ротора n (при переходе с n=50 с-1 к n=25 с-1 предельная мощность турбины увеличивается в четыре раза).
8
Способы повышения мощности паровых турбин
Переход к варианту исполнения турбины с частотой вращения ротора n=25 с-1 (тихоходные турбины).
Уменьшение частоты вращения n в два раза позволяет увеличить предельную мощность однопоточной турбины в четыре раза.
Использование вместо стальных лопаток из титанового сплава, которые обладают вдвое большей удельной прочностью [ р]/ тит из-за меньшей плотности этого сплава ( тит 4500 кг/м3). Использование титановых
сплавов для рабочих лопаток позволяет повысить предельную мощность в 1,5 раза.
Таблица. Основные характеристики ЦНД мощных паровых турбин
9
Способы повышения мощности паровых турбин
Использование в компоновке турбоагрегатов нескольких ЦНД двухпоточного исполнения (2-3 ЦНД в мощных турбинах ТЭС и 2-4 ЦНД в турбинах АЭС).
цилиндр высокого давления цилиндр среднего давления цилиндр низкого давления
Рис. Примеры исполнения цилиндров паровой турбины К-1200-23,5 ЛМЗ
10