Элементы конструкции паровых турбин

 

Общий вид паровой турбины показан на рис. 4.14. Здесь 1 – узел разгрузки осевого усилия на вал турбины, 2 – цилиндр высокого давления, 3 – паропровод высокого давления от пароперегревателя, 4 – блок соединения муфты валов турбины, 5 – цилиндр среднего давления, 6 – паропровод низкого давления, 7 – цилиндр низкого давления. 8 – блок соединения муфты с валом электрогенератора, 9 – паропровод отработанного пара в конденсатор.

Конструкция турбины состоит из трёх цилиндров, для облегчения монтажа и ремонта цилиндры делаются разъёмными в горизонтальной плоскости. Это делает возможным ступенчатое использование энергии давления пара с повторным перегревом – после цилиндра высокого давления может быть осуществлён отвод пара в пароперегреватель с последующим возвратом его в цилиндр среднего давления. Такая мера существенно повышает эффективность ПТУ (рис. 4.6).

Мощность турбины 250 МВт с начальными параметрами пара 170 ата и 550 ⁰С, пар после работы в ЦВД поступает в промежуточный перегреватель, в котором при давлении р_п1 = 34 ата его температура повышается до первоначальной. Затем пар подаётся в ЦСД, в котором его давление уменьшается до р_п2 = 0,70 ата, в ЦНД давление пара срабатывается до р₂ = 0,03 ата, и пар поступает в конденсатор ПТУ [4].

В ЦНД реализуется схема центральной подачи пара с разделением потока на ступени турбины для уменьшения потерь давления при выходе пара в разреженную среду. Кольцевые уплотнения на валах цилиндров лабиринтные, передние подшипники ЦВД и ЦСД опорно-упорные. Ротор ЦВД цельнокованый, в ЦСД – диски первых ступеней откованы заодно с валом, остальные – насажены на вал горячей прессовкой. Диски ЦНД закреплены на валу радиальными шпонками с кольцами, сидящими на валу с горячей прессовкой.

На рис. 4.15 показана сборка ротора турбины мощностью в 180 МВт в турбинном цехе ТЭС. Видны секции ЦСД (слева) и ЦНД, имеющего характерные максимальные размеры рабочих колёс. Длина рабочих лопаток последней ступени ЦНД достигает 45 см. Ротор турбины уложен в подшипниковые узлы с кольцевыми уплотнениями на валу.

На рис. 4.16 показан ротор турбины дисковой конструкции смешанного типа – с цельноковаными (слева) и насадными дисками. Крайний левый диск относительно большого диаметра предназначен для разгрузки осевого усилия на вал турбины [4].

На рис. 4.17 показаны варианты уплотнений подшипниковой муфты вала ротора турбины. Вариант а обеспечивает уплотнение между валом и корпусом турбины посредством установки специальных пластичных колец в кольцевых выточках ротора. Система колец обеспечивает снижение давления, действующего на последующее уплотнение, и тем самым герметизирует зазор между валом и корпусом. Уплотнительные кольца должны сохранять свои качества продолжительное время. Вариант b предусматривает уплотнение между подвижными и неподвижными частями проточного канала турбины за счёт минимальных размеров системы зазоров между ними, выполненных при сборке с большой точностью. Минимальный размер зазора в этом случае измеряется долями миллиметра, что требует высокой технологии как изготовления деталей, так и их сборки мри монтаже турбины.

На рис. 4.18 показан сегмент сопловой решётки турбины. Периферийный обод, к которому прикрепляются сопловые лопатки, устанавливается в корпус статора турбины. Внутренний обод спускается до шейки вала с минимальным зазором, в котором могут быть установлены уплотнения, подобные показанным на рис. 4.17.

На рис. 4.19 показан вариант конструкции уплотнения ступени турбины. Здесь 1 – сопловая решётка с развитым внутренним ободом, 2 – рабочее колесо ступени. На периферийных поверхностях этих узлов ступени установлены уплотнения скользящего типа. Эти меры способствуют повышению эффективности ступени турбины, сокращая перетечку пара по проточному каналу турбины из области повышенного давления в область с меньшим давлением, минуя рабочие лопатки её ступеней.

На рис. 4.20 показана схема паровой турбины мощностью 280 МВт [4]. На свободном торце вала турбины установлено разгрузочное устройство 1. Турбина составлена из трёх цилиндров – пар в ЦВД 2 подаётся в противоток его подачи в ЦСД 4 после перегревателя, где происходит его глубокое расширение, затем в ЦНД 6. В ЦНД поток пара подаётся в различных направлениях. Все эти меры направлены на снижение осевой нагрузки на вал турбины, окончательный баланс осевой нагрузки выполняет демпфирующее устройство 1. Валы цилиндров турбины собраны воедино посредством демпфирующих муфт 3 и 5.

Турбина выполнена на начальные параметры пара 8,83 МПа и 535^оС при давлении в конденсаторе 3,43 кПа, частота вращения вала 50 Гц. Использована схема промежуточного перегрева пара между ЦВД и ЦСД.

Расширившись в турбине, пар поступает из выпускного коллектора ЦНД в двухходовой поверхностный конденсатор с поверхностью охлаждения 3000 м². Подвод и отвод охлаждающей воды осуществляется раздельно в две одинаковые отделенные друг от друга половины конденсатора, что позволяет производить его чистку без остановки турбины. Для подачи 8000 м³/ч охлаждающей воды используются два циркуляционных насоса. Удаление конденсата, подаваемого в котёл через подогреватели, производится двумя конденсатными насосами. Конденсат нагревается в охладителях основного трехступенчатого эжектора перегретого пара и в сальниковом подогревателе паром, отсасываемым эжектором из последних камер концевого уплотнения. Эти меры направлены на повышение эффективности турбины.

Статор турбины установлен на так называемых столах-опорах системы подшипников с различного рода уплотнительными устройствами. Общая длина турбины составляет 20,69 м. Вал турбины соединяется с валом электрогенератора через соединительную гибкую муфту, снижающую передачу его вибрации. Частота вращения вала турбины жёстко контролируется специальными датчиками.

 

 

Тестовые вопросы по разделу “Паротурбинные установки”

1. Как происходит преобразование энергии на тепловой электрической станции (ТЭС)?

2. Пользуясь схемами, поясните состав паротурбинной установки (ПТУ) и принципы получения максимальной механической работы, развиваемой ими.

3. Опишите процесс преобразования энергии пара в многоступенчатой паровой турбине.

4. Что такое сопловая решётка и решётка рабочего колеса турбины?

5. Чем отличаются активные турбины от реактивных? Каков принцип возникновения силы давления на рабочую лопатку в этих двух случаях?

6. Чем отличаются конденсационные и теплофикационные схемы ПТУ?

7. В чём особенности ПТУ АЭС? Каковы основные схемы циклов рабочих тел АЭС? Каковы параметры пара перед турбиной АЭС? Чем и почему они ограничены?

8. Как осуществляется комбинированная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ?

9. Каковы приёмы повышения эффективности ПТУ? Как они могут быть реализованы? Приведите примеры реализации этих схем.

10. По каким причинам паровую турбину выполняют в виде отдельных цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД)? Пользуясь схемами, покажите устройство этих цилиндров, сравнивая геометрические размеры их проточных частей.

11. Почему поперечные размеры проточной части турбины увеличиваются от входа к её выходу и от перехода из ЦВД в ЦСД и ЦНД? Назовите величину характерных размеров лопаток и цилиндров турбины.