18. В камере сгорания осуществляется нaгpeв рабо­чеrо тела до заданной температуры за счет сжиrа­ния топлива в потоке сжатого воздуха. К камерам сгорания предъявляются следующие требования: 1) в них должно происходить устойчи­вое горение топлива на всех режимах работы ПУ, без срывов, опасных пульсаций и затухания пламе­ни; 2) поле температур в rазовом потоке перед тyp­биной должно быть достаточно равномерным во из­бежание местных перегpевов и повреждений сопл; 3) для увеличения срока службы они должны иметь надежное охлаждение, особенно наиболее нагретых частей; 4) должны обладать высокой экономично­стью на всех режимах работы ГTУ; 5) должны иметь возможно меньшее гидравлическое сопро­тивление; 6) должны обеспечить надежный пуск ГТУ; 7) по конструкции они должны быть удобны­ми и безопасными в эксплуатации, технологичными и недорогими в изготовлении; 8) камеры сгорания ГТУ передвижных и транспортабельных электро­станций, кроме тoгo, должны иметь еще возможно меньшую массу и габариты.

Камеры сгорания современных ГТУ работают на газообразном топливе (в основном это природные газы) и на различных сортах жидкого топлива: керосине, дизельном топливе, соляровом масле, дистилляте. Камеры сrорания имеют следующие основные характеристики.

1. Тепловая мощность камеры, кВт,

rдe В ­ расход сжиrаемоrо топлива, Kr/c; Кт ­ тe­плота сгорания топлива, кДж/кr.

2. Тепловой КПД камеры сrорания, учитываю­ щий все тепловые потери,

­ ­где QH.e ­ потери теплоты от неполного сгорания топлива (химический и физический недожоги); в лучших современных камерах сгорания стацио­нарных ГТУ эти потери составляют менее 1 % об­щего расхода теплоты; Qохл ­ потери за счет отдa­чи теплоты в окружающее пространство наrретыми поверхностями камеры и примыкающих к ней трубопроводов; эти потери обычно бывают менее 0,5 % расхода теплоты.

21. СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГТУ

Задача охлаждения деталей rазовых турбин за­ ключается в обеспечении допустимой температу­ры деталей при высокой начальной температуре rаза с минимальными затратами охлаждающеrо воздуха или воды. Уровень допустимых темпера­тур деталей определяется выбранным материалом и напряжениями.

Рабочие и направляющие лопатки обычно BЫ­ полняют из жаропрочных материалов. Малые раз­меры позволяют изrотавливать их без металлурrи­ческих пороков (включений, рыхлости структуры, трещин).

Рассмотрим основные способы охлаждения дe­талей rазовых турбин. Наиболее простой путь охла­ждеНИЯ рабочих лопаток ­ отвод теплоты от их корневой части (кондуктивное охлаждение). Схема такoгo охлаждения показана на рис. 13.8.

Воздух по­ дается через щель между дефлектором 1 и диском 2, охлаждая диск. Далее он проходит каналы, образо­ванные зубцами 3 XBOCTOBoro крепления лопаток 4 и зубцами 5 диска, о хлаждая хвостовик лопатки. Утеч­ка воздуха в проточную часть турбины предотвра­щается уплотнительными пластинами 6. Этот спо­соб позволяет существенно ­ на 200 ос и более ­ снизить температуру тела лопатки в корневом сече­нии и соответственно температуру обода диска, однако темпе­ратура лопатки по мере удаления от корневого ce­чения резко возрастает, приближаясь к температуре торможения газа.

Н екоторые варианты охлаждения представлены на рис. 13.9. В простейшем случае лопатку выполняют по­лой (схема а); внутри нее проходит воздух, выбра­сываемый в проточную часть через верхнюю открытую часть лопатки. Изrотовление таких лопа­ток несложно, однако эффективность охлаждения невелика вследствие малых скоростей воздуха. Увеличение скоростей воздуха в схеме б достиrа­ется выполнением в теле лопатки нескольких отверстий (различной формы) малых сечений. Эффек­тивность охлаждения велика: при расходе воздуха, составляющем 1,5 % общеrо расхода, средняя температура лопатки снижается на 150­200 Ос. He­достатком схемы б является сравнительно плохое охлаждение выходной кромки.Отмеченный недостаток частично устраняется в схеме в и полностью ­ в схемах с и д. Лопатка в схеме в выполнена с продольными канавками пообводам, закрываемыми тонким листом, охватывающим всю лопатку. Щели мoryт выполняться вблизи выходной кромки без существенноrо ее утолщения. Еще более интенсивное охлаждение ло­паток и особенно выходных кромок достиrается в схемах с и д. На схеме с показана полая лопатка, имеющая про рези вдоль выходной кромки, и дe­флектор, обеспечивающий малый зазор для прохо­да воздуха. Воздух подается через отверстие в дe­флекторе к входной кромке лопатки, проходит вдоль поверхности лопатки (в поперечном направ­лении) и сбрасывается в проточную часть турбины через щели в выходной кромке. В схеме д полно­стью устранено соприкосновение несущей части лопатки с rорячим rазом. Лопатка защищена тонкой оболочкой, крепящейся к лопатке. Воздух по­дается через отверстие, расположенное вблизи входной кромки лопатки, и проходит между лопат­кой и оболочкой, как и в схеме г. Схемой е на рис. 13.9 представлено пленочное охлаждение. В лопатке имеются продольные щели. Выходящий из щелей воздух образует на поверхно­сти лопатки относительно холодную пленку, защи­щающую ее от прямоrо воздействия rорячеrо raза, более равномерную IтeHKY можно получить, если выполнить лопатку из пористоrо материала (порис­тое охлаждение). В этом случае лопатка выполняет­ся полой, как в схеме а, но стенки лопатки порис­тые. Подаваемый внутрь лопатки воздух (или вода) проходит через пористые стенки и на внешней по­верхности лопатки образует защитную пленку, что обеспечивает эффективное охлаждение лопаток.

1 1. Минеральное масло как рабочая жидкость систе­мы реrулирования обладает ценными качествами: хорошей смазочной способностью, что облеrчает достижение высокой чувствительности реryлирова­ния; оно не аrpессивно и поэтому допускает приме­нение обычных материалов; практически несжи­маемо, чем определяется высокая скорость переда­чи сиrналов по rидравлическим связям и др. Система маслоснабжения в значительной мереопределяет надежность работы турбины, так как даже кратковременное прекращение подачи масла к подшипникам может привести к выплавлению их баббитовой заливки и тяжелому повреждению турбины, а оставить без масла систему реryлиро­вания ­ значит потерять управление турбиной. Подача насоса объемноrо типа пропорциональна частоте ращения, и он не cpывa­ет маслоснабжение даже при очень низкой частоте вращения. Блаrодаря этому возможен безаварий­ный останов турбины при отказе всех вспомоrа­тельных масляных насосов. Принципиальная схема маслоснабжения турбины с насосом объемного ти­па приведена на рис. 10.1.

Ц ентробежный насос леrко может быть выполнен быстроходным и по­этому соединяется непосредственно с валом турби­ны. Насос имеет блаroприятную характеристику и в динамике существенно увеличивает подачу Q2 при незначительном падении давления Р2 по сравнению со значениями Ql и Рl при установившихся режимах работы. Так как давление, развиваемое центробежным насосом, пропорционально квадрату частоты Bpa­щения вала и плотности ero рабочей жидкости, то насос не может эвакуировать воздух из всасываю­щей линии, Т.е. не обладает свойством самовсасывания, и перед пуском должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью.

ПРОТИВОАВАРИЙНОЕ МАСЛОСНАБЖЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ .

­Задачей системы смазки паровой турбины явля­ется надежная подача необходимоrо количества масла к подшипникам для Toro, чтобы, уменьшить потери мощности на трение в подшипниках; . предотвратить износ поверхностей трения; . отвести теплоту, выделяющуюся при трении, а также передаваемую от rорячих частей турбины.

Высокая надежность маслоснабжения в турби­нах с докритическими параметрами пара в значи­тельной мере обеспечивалась приводом rлавноrо масляноrо насоса от вала турбины. При реализации этоrо принципиальноrо решения, подтвержденноrо мировым опытом эксплуатации в течение десятиле­тий, при проектировании мощных паровых турбин на сверхкритические параметры пара столкнулась с серьезными трудностями. С повышением давле­ния масла в системе реrулирования выросли разме­ры насосной rpуппы, что усложнило компоновку ее в блоке переднеrо подшипника. Значительные oce­вые перемещения корпуса подшипника затруднили орrанизацию само компенсации маслопроводов боль­шоrо сечения. Возрастание объема масла в баке, расположенном непосредственно под передним подшипником турбины вблизи rорячих паропрово­дов, усуrубило пожарную опасность турбоустанов­ки. Слабым элементом оказалась и зубчатая муфта при вода насоса от вала турбины, а нарушение рабо­ты насоса требовало останова турбины.

Применение независимоrо привода насосов смазки дает немалые преимущества:

- независимый привод насосов смазки в соче­тании с 100 %­HЫM резервом позволяет ремонтиро­вать любой из насосов без остановки турбины;

- можно удалить масляный бак от rорячих эле­ментов турбоустановки и разместить ero на нуле­вой отметке, что существенно повышает пожаробе­зопасность;

- отпала необходимость в применении инжек­торной rруппы для создания избыточноrо давления на всасывании rмH и подачи масла на смазку;

- появилась возможность в исключительных случаях, например при пожаре, остановить насос смазки, специальными мероприятиями обеспечив безаварийный останов турбины;

- можно выполнить централизованную систе­му смазки ­ rлавной турбины, всех питательных насосов и друrоrо оборудования.

14. Тепловой баланс конденсатора

­Потери теплоты корпусом конденсатора в pe­зультате излучения в окружающую среду вследст­вие низких температур ничтожны. Поэтому можно считать, что практически вся теплота, освобождаю­щаяся при конденсации пара, передается охлаж­дающей воде. Toгдa баланс теплоты поверхностно­

ro конденсатора может быть составлен в виде

Значения Gк , hк определяют при расчете турби­ны. Температуру конденсата принимают

rде t п ­ температура насыщения пара, соответствующая eго давлению при входе в конденсатор.

Разность называют нагревом охлаждающей воды в конденсаторе. ДЛЯ OДHOXOДO­вых конденсаторов двухходовых ; тpex­ и четырехходовых tв= 10...12 ос. При проектировании температура охлаждающей воды на входе в конденсатор ( 1в принимается paB­ной 10; 12; 15; 20 и 25 ос в зависимости от reorpa­фическоrо местонахождения и системы водоснаб­жения электростанции. В зависимости от температуры охлаждающей воды принимают расчетное абсолютное давление отработавшеrо пара Рк.

Здесь разность энтальпий h K ­ h'K представляет собой в основном теплоту парообразования и мало изменяется для различных типов турбин (в среднем равна 2200 кДж/кr). Torдa из (8.7) следует, что Ha­rpeB охлаждающей воды I1t B изменяется обратно пропорционально кратности охлаждения: чем боль­ше т, тем меньше I1t B и тем ниже может быть дaB­ление в конденсаторе. Однако при увеличении кpaт­ности охлаждения возрастает расход охлаждающей воды и увеличиваются затраты электроэнерrии на привод циркуляционных насосов. Оптимальная

кратность охлаждения находится в следующих пре­делах: для одноходовых конденсаторов

т = 80 ... 120, двухходовых т = 60 ... 70, тpex­ и че­тырехходовых т = 40 ... 50.

5. Принципиальная схема конденсационной установки. Устройство конденсатора

­Конденсатор ­ теплообменный аппарат, предна­значенный для конденсации отработавшеrо в турби­ не пара при низком давлении. Конденсация пара происходит при соприкосновении ero с поверхно­стью, температура которой ниже, чем температура насыщения при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теп­лоты, затраченной ранее на испарение жидкости, которая отводится при помощи охлаждающей среды. В зависимости от вида охлаждающей среды Koндeнсаторы разделяются на водяные (охлаждающая cpe­да ­ вода) и воздушные (охлаждающая среда ­воздух). Современные паротурбинные установки снабжены водяными конденсаторами. Воздушные конденсаторы имеют по сравнению с водяными бо­лее сложную конструкцию и не получили в настоя­щее время широкоrо распространения. Водяные конденсаторы делятся на два типа: смешивающие и пo­верхностные. В смешивающих конденсаторах пар конденсируется на поверхности капель охлаждаю­щей воды. В поверхностных конденсаторах пар и охлаждающая вода разделены стенками металличе­ских трубок.

Конденсационная установка паровой турбины состоит из собственно конденсатора и дополнитель­ных устройств, обеспечивающих ero работу (рис. 8.1). Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсатные насосы служат для откачки из нижней части конденсатора 1 конденсата и подачи ero в систему реrенеративноrо подоrрева питательной воды. Воз­духоотсасывающие устройства предназначены для удаления воздуха, поступающеrо в турбину и конденсатор вместе с паром и через неплотности флан­цевых соединений, концевые уплотнения и др. Схема простейшеrо поверхностноrо KOHдeHcaTO­ра приведена на рис. 8.2. Он состоит из корпуса, торцевые стороны KOToporo закрыты трубными дoc­

ками. В эти доски завальцованы конденсаторные трубки, сообщающиеся с водяными камерами. Пе­редняя водяная камера разделяется rоризонтальной переrородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (на схеме два хода). Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным н иже переrородки. В задней камере вода переходит во вторую (верхнюю) секцию трубок. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в переднюю камеру и через выходной пат­рубок удаляется из конденсатора. Число ходов воды

бывает от одноrо до четырех, в соответствии с чем устанавливается число разделительных переrоро­док в водяных камерах. В современных KOHдeHcaTO­рах турбин большой единичной мощности число ходов охлаждающей воды редко превышает два.

Пар, поступающий из турбины в паровое про­ странство конденсатора, конденсируется на поверх­ности конденсаторных трубок, внутри которых про­текает охлаждающая вода. Теоретической основой обеспечения низкоrо давления пара в конденсаторе является однозначная связь между давлением и TeM­пературой конденсирующейся среды. Поскольку температура конденсации определяется климатиче­скими условиями И составляет 25-45 оС, то в KOH­денсаторе поддерживается низкое давление, co­ставляющее в зависимости от режима 3­ 1 О кПа.

Чем ниже температура и больше расход охлаждаю­ щей среды, тем более rлубокий вакуум можно по­лучить В конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.

Пар, поступающий в конденсатор из выходноrо патрубка турбины, Bcerдa содержит воздух, попа­дающий в турбину через неплотности фланцевых соединений, через концевые уплотнения ЦНД и т.п.Наличие воздуха уменьшает теплоотдачу от пара к поверхности охлаждения. Удаление воздуха (точ­нее, паровоздушной смеси) из конденсатора произ­водится воздухоотсасывающим устройством через патрубок 8. В целях уменьшения объема отсасываемой паровоздушной смеси ее охлаждают в специ­ально выделенном с помощью переrородки 10 отce­ке конденсатора ­ воздухоохладителе 9.

Конденсатор в современных турбинах выполня­ет и друrие функции. Например, при пусках и OCTa­новках, Korдa котел вырабатывает большее количе­ство пара, чем требуется турбине, или коrда пара­метры пара не соответствуют необходимым, ero Ha­правляют (после предварительноrо охлаждения) в конденсатор, не допуская потерь дороrостоящеrо рабочеrо тела путем ero выброса в атмосферу. Для возможности приема TaKoro «сбросноrо» пара KOHденсатор оборудуется специальным приемно­сброс­ным устройством. Кроме Toro, в конденсатор обычно направляют конденсат из коллекторов дренажей паропроводов, уплотнений, некоторых подоrревателей и вводят добавку химически очищенной воды для восполне­ния потерь конденсата в цикле.