Якубенко Технологические процессы производства тепловой 2013

Конденсационная паровая турбина ОК-12А с переменной частотой вращения предназначена для привода главного питательного и предвключенного (бустерного) насосов блоков атомных электростанций с реакторами типа ВВЭР-1000.

Турбоустановка состоит: из собственно турбины; конденсаци- онно-вакуумной системы; системы регулирования; системы защиты; системы маслоснабжения.

Турбина с редуктором устанавливается на железобетонном фундаменте на отметке площадки обслуживания, принятой 5,68 м от уровня пола конденсационного помещения. На этой же отметке смонтированы трубопроводы и арматура, стопорный клапан, регулятор уплотнений, основной и пусковой эжекторы и системы отсоса. Конденсатор своими пружинными опорами устанавливается на железобетонные опоры, а приемным патрубком приварен (через переходный патрубок) к выхлопной части цилиндра турбины.

Турбина ОК-12А работает на переменных параметрах пара, отбираемого из паропровода перегретого пара за сепараторомпароперегревателем, а при малых нагрузках или аварийном режиме работы блока пар на привод ТПН отбирается от БРУ-СН. Работая с переменной частотой вращения, паровая турбина обеспечивает необходимую для привода питательного и предвключенного насоса мощность. При полностью открытых регулирующих клапанах, номинальных параметрах пара и температуре охлаждающей воды в конденсаторе 22 °С турбина развивает мощность 12 МВт. Турбина типа ОК-12А является конденсационной многоступенчатой одноцилиндровой турбиной активного типа с полным подводом пара.

Основные технические характеристики турбины типа ОК-12А приведены в табл. 5.7.

Турбина состоит из следующих основных частей и механизмов:

•внешнего и внутреннего корпусов, в которых собрана проточная часть;

•дроссельного парораспределения;

•переднего и заднего подшипников;

•валоповоротного механизма;

•блока гидродинамического регулирования;

•предохранительных диафрагм;

•концевых лабиринтовых уплотнений;

•соединительных муфт.

261

Таблица 5.7

Основные технические характеристики турбины типа ОК-12А

Наименование параметра	Величина
Номинальная мощность, кВт	11600
Номинальная частота вращения ротора, об/мин	3500
Номинальные начальные параметры пара (перед
стопорным клапаном):
абсолютное давление, МПа	0,99
температура, °С	248
Номинальная температура охлаждающей воды, °С	22
Абсолютное давление в конденсаторе при номи-
нальной мощности и номинальной температуре
охлаждающей воды, МПа	0,059
Номинальный расход пара через стопорный клапан
(при работе турбины с номинальными мощностью
и температурой охлаждающей воды), т/ч	67,3

Низкие начальные параметры пара, принятые для этой турбины, потребовали внедрения развитой системы сепарации влаги, а также существенно усложнили обеспечение вибрационной прочности лопаточного аппарата в условиях переменной частоты вращения при увеличенных размерах последних ступеней.

Проточная часть турбины состоит из десяти ступеней давления, которые образуют две группы ступеней:

•первая – пять ступеней с постоянным профилем по высоте;

•вторая – пять ступеней переменного профиля с улавливающими образующуюся влагу устройствами на периферии цилиндра

ив соплах (устройства внутренней сепарации).

С целью обеспечения долговечности турбины, в условиях работы во влажном паре, помимо развитой системы сепарации влаги, предусмотрена защита от эрозионно-коррозионного износа металла (щелевой эрозии). Для чего в элементах парораспределения и проточной части, а также для вершин диафрагм и их разъемов применены коррозионно-стойкие материалы.

Далее рассмотрим конструкцию, основные характеристики и принцип работы одного из основных элементов системы питательной воды – вспомогательного питательного электронасоса (ВПЭН).

262

Вспомогательный питательный электронасос (рис. 5.26) типа ПЭА 150-85 центробежный, горизонтальный, однокорпусной, секционный, семи ступенчатый, с гидравлической пятой, подшипниками скольжения с кольцевой смазкой, концевыми уплотнениями торцевого типа.

Рис. 5.26 Общий вид насосного агрегата ПЭА 150-85

Насос ВПЭН (рис. 5.27) состоит из входной 5 и напорной 8 крышек, ротора, включающего в себя вал 1, рабочие колеса 7, защитные рубашки 3 вала и разгрузочный диск 9.

Между рабочим колесом последней ступени и разгрузочным диском предусмотрен линейный зазор для компенсации тепловых расширений деталей ротора. Ротор вращается в подшипниках скольжения 2, 11. Для ограничения перемещения ротора в сторону нагнетания на подшипнике 11 смонтирован упор 12 с указателем осевого сдвига.

Концевые уплотнения 4 и 10 сальникового типа – с мягкой набивкой. В камеры уплотнений и буксы сальников для охлаждения подается техническая вода.

Насос смонтирован на чугунной плите 13 и закрыт защитным – декоративным кожухом 6. Привод насоса осуществляется от электродвигателя через зубчатую муфту.

263

264

Рис. 5.27. Вспомогательный питательный насос ПЭА 150-85 (обозначения см. тексте)

Насосный агрегат комплектуется обратным клапаном на напорном трубопроводе, дросселирующим устройством на линии рециркуляции и защитной фильтрующей сеткой на входе в насос. Ступени насоса размещены между фланцами всасывания и нагнетания. Каждая ступень включает рабочее колесо, направляющий аппарат и перегородки. Вал насоса ступицами колес и втулками защищен от проникновения питательной воды.

Передача крутящего момента с вала на колеса производится с помощью соединительных шпонок. В опорах насоса закреплен вал посредством подшипников скольжения с баббитной заливкой и масляной смазкой.

Для компенсации осевых усилий в полости насоса установлен разгрузочный диск на валу с напорной стороны насоса.

Вкаждой секции установлены направляющие аппараты. В местах уплотнений рабочих колес в секциях и направляющих аппаратах устанавливаются сменные уплотнительные кольца.

Секции, направляющие аппараты и уплотнительные кольца выполнены из хромистой стали, а входная и напорная крышки из углеродистой стали.

Вместах возможного размыва крышки наплавлены эрозионностойким металлом. В напорной крышке установлена камера гидропяты, которая уплотняется кольцом из термостойкой резины.

Ротор насоса состоит из вала, рабочих колес, разгрузочного диска, уплотнений и крепежа. Вал и маслоотбойные кольца выполнены из углеродистой стали, а остальные детали из хромистой стали.

При работе насоса на рабочие колеса действует осевое усилие, направленное в сторону входной крышки.

Осевое усилие ротора воспринимается и уравновешивается разгрузочным диском.

Подвод охлаждающей воды к насосу выполнен коллекторным – на линиях подвода к концевым уплотнениям, буксам и подшипникам установлены регулировочные вентили для регулирования расхода охлаждающей воды на насос.

Питательная вода из деаэратора в насос поступает через входной патрубок, последовательно проходит, все ступени и через напорный патрубок поступает в напорный трубопровод системы.

Для предотвращения обратного тока воды на напорном трубопроводе насоса установлен обратный клапан.

265

Для предотвращения вскипания воды в насосе, из-за разогрева в проточной части, при работе на малых расходах, предусмотрена линия рециркуляции воды в деаэратор.

Приводом вспомогательного питательного электронасоса служит электродвигатель.

Электродвигатели вспомогательных питательных электронасосов (ВПЭН) запитаны от системы надежного питания энергоблока.

5.9. Система регенерации высокого давления турбоустановки

Для начала рассмотрим преимущества регенеративного подогрева питательной воды. При отсутствии регенеративного подогрева питательной воды, весьма значителен бесполезный отвод теплоты в холодном источнике – конденсаторе турбины. Часть теплоты могла бы быть использована для подогрева питательной воды в специальных регенеративных подогревателях перед ее поступлением в парогенерирующую установку.

Для осуществления регенеративного подогрева питательной воды влажный пар из ступеней турбины может отводиться для частичной конденсации в регенеративных подогревателях и затем возвращаться в турбину для дальнейшего производства работы в ней. Такой идеальный цикл для насыщенного пара представлен на рис. 5.28 в сопоставлении с аналогичным циклом при отсутствии регенеративного подогрева.

Анализ этого цикла свидетельствует об уменьшении отвода теплоты в холодном источнике на значение площади г''гв'в'' при регенеративном подогреве. При этом уменьшается и полезная работа на значение площади г'гв'. Но сравнение величин этих площадей свидетельствует о повышении термического КПД цикла, который отвечает отношению площадей аа’бвгг’ и а''а'бвгг'г''. Термический КПД цикла без регенеративного подогрева представляет собой отношение площадей аа'бвв' и а''а'бвв''.

Значительное и легко достижимое увеличение термического КПД при использовании регенеративного подогрева питательной воды привело к обязательному его использованию во всех паротурбинных установках.

266

Рис. 5.28. Сопоставление идеальных термодинамических циклов насыщенного пара при наличии и отсутствии регенеративного подогрева питательной воды

Рис. 5.29. Сопоставление предельного регенеративного цикла и цикла Карно

267

Чем больше число регенеративных подогревателей, тем выше тепловая экономичность цикла. Если число ступеней регенерации будет бесконечно большим и соответственно теплоперепады на каждую ступень бесконечно малыми, то ступенчатая линия в’б’ (рис. 5.29) может быть заменена кривой.

При этом получается цикл аа’вв’б’ с максимально возможной тепловой экономичностью, называемый предельным регенеративным циклом. В реальных условиях число ступеней является конечным и выбирается по следующим соображениям.

На рис. 5.30 изображен процесс, при котором все количество пара, поступающего в турбину, направляется последовательно в регенеративные подогреватели и возвращается из них в турбину для продолжения производства работы. В реальности такой процесс не осуществляется по двум причинам. Во-первых, в последних ступенях турбины влажность пара достигла бы весьма больших, недопустимых значений. Во-вторых, пропуск полного расхода пара через систему регенерации требует увеличения числа цилиндров турбины, огромного расхода металла на паропроводы больших диаметров и значительных габаритов строительных конструкций АЭС.

Рис. 5.30. Организация регенеративного подогрева питательной воды при отводе в подогреватели полногорасхода пара:

1 – парогенератор; 2 – турбина; 3 – конденсатор; 4 – насос; 5 – регенеративные подогреватели

268

В связи с этим в реальных условиях в регенеративные подогреватели направляют только часть общего расхода пара и полностью этот пар конденсируют, без возврата в турбину, что конструктивно предпочтительнее в термодинамическом отношении, чем отвод полного расхода пара на регенерацию с частичной конденсацией и последующим возвратом его для работы в турбине. Однако в последнем случае влажность пара в конце турбины получается существенно меньшей, что благоприятно для влажно-паровых турбин АЭС.

Расход пара по ступеням турбины после каждого отбора пара на регенерацию уменьшается. Нумерацию отборов пара из турбины ведут по ходу пара от головной части цилиндров к конденсатору, подогреватели же нумеруют по ходу воды от конденсатора до входа в парогенератор. Группа подогревателей регенеративной схемы рассчитывается на заданный тепловой баланс турбоустановки.

Система регенерации высокого давления выполняется как однопоточной с нагревом воды в одной группе последовательно расположенных подогревателей, так и многопоточной с нагревом воды в двух (редко в трех) параллельных группах ПВД. Рабочее давление воды в трубных системах определяется полным напором питательных насосов.

Подогреватели высокого давления типа ПВ 2500-97-18А и ПВ 2500-97-28А, применяемые на АЭС с ВВЭР-1000, предназначены для подогрева питательной воды парогенераторов за счет охлаждения и конденсации пара, отбираемого из промежуточных ступеней турбины.

Каждый типоразмер подогревателей имеет свой шифр: первые буквы обозначают тип подогревателя, первые цифры – поверхность нагрева в м2, вторые цифры – давление питательной воды в трубной системе в барах, третьи цифры – давление греющего пара в корпусе в барах, буква “А” означает, что данный ПВД спроектирован для АЭС. При модернизации ПВД указывается четвертая цифра, которая определяет порядковый номер модернизации.

Основные технические характеристики ПВД типа ПВ 2500-97- 18А и ПВ 2500-97-28А приведены в табл. 5.8.

Подогреватели высокого давления представляют собой аппараты сварной конструкции вертикального типа (рис. 5.31).

269

Рис. 5.31. Общий вид ПВ 2500-97-28А (спереди и сбоку)

Основными узлами подогревателя являются корпус и трубная система. Подогреватель имеет две зоны поверхностей нагрева питательной воды: зону конденсации пара (КП) и зону охлаждения конденсата (ОК).

270