116

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

Турбины тепловых и атомных электростанций

Методическое пособие к курсовому проектированию

для студентов очной и заочной формы обучения

специальности 140101.65 и направления 140100.62

«Тепловые электрические станции».

Красноярск

ИПК СФУ

2011

УДК 621.311.22

Турбины тепловых и атомных электростанций: Методическое пособие к курсовому проектированию / сост. Л. Н. Подборский. – Красноярск: ИПК СФУ, 2011. – 150 с.

Методическое пособие предназначено для студентов старших курсов очной и заочной формы обучения специальности 140101.65 и направления 140100.62 «Тепловые электрические станции». Пособие содержит краткие теоретические сведения и подробные методики предварительного расчета многоступенчатых турбин, детального расчета одно- и двухвенечных ступеней, расчета закрутки ступеней большой веерности, расчета на прочность основных деталей, расчета осевого усилия на упорный подшипник. В разделе индивидуального задания рассматриваются основы нерасчетных режимов работы и инженерные аспекты реконструкции турбин с переводом на ухудшенный вакуум и организацией нерегули-руемого теплофикационного отбора. Методики снабжены рисунками и графиками. Список использованных источников содержит 11 наимено-ваний. В Приложениях XII, XIII приведены таблицы с подробными характеристиками применяемых материалов и характеристиками отечественных паровых турбин.

Введение

В настоящее время энергетическая отрасль страны нуждается в глубокой модернизации. Высокие параметры пара, сложные тепловые схемы и конструкции турбин требуют от эксплуатационного и ремонтного персонала электростанций глубоких теоретических знаний. Курсовое проектирование служит для углубления и закрепления знаний, полученных при изучении курса «Турбины тепловых и атомных электростанций» и других дисциплин. Методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной формы обучения специальности 140101.65 и направления 140100.62 «Тепловые электрические станции».

Паровая турбина – это тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия пара последовательно превращается в кинетическую энергию потока, истекающего из сопел, а из кинетической – в механическую энер-гию вращения ротора на рабочих лопатках. Основными преимуществами паровых турбин являются компактность, быстроходность, высокая единич-ная мощность, высокий КПД. Паровая турбина является основным двига-телем тепловых и атомных электростанций. Помимо выработки электро-энергии, в паротурбинных установках возможно реализовать комбиниро-ванное производство тепловой и электрической энергии (на ТЭЦ), что очень существенно повышает эффективность использования топлива.

Рассмотрим типовую конструкцию паровой одноцилиндровой конденсационной турбины К-50-90 мощностью 50 МВт c начальными параметрами пара 8,8 МПа (88 бар) и 535 ^оС (рис. 1). Турбина имеет сопловое парораспределение, особенностью которого является последова-тельное (а не одновременное) прикрытие четырех регулирующих клапанов при необходимости снижения мощности турбины. От каждого регули-рующего клапана пар подводится к своей сопловой коробке. Ротор турбины комбинированного типа. Первые 19 дисков, расположенные в зоне высоких температур, откованы заодно с валом (цельнокованая часть), последние три насажены на вал с натягом (насадная часть). Проточная часть турбины состоит из 22 ступеней. Первая ступень турбин с сопловым парораспределением называется регулирующей, далее идут нерегулируемые ступени. Проточная часть ступени состоит из неподвиж-ной сопловой решетки, закрепленной в диафрагме или в сопловой коробке и вращающейся рабочей решетки, закрепленной на диске. В сопловой решетке происходит мощное ускорение потока пара за счет понижения давления. В рабочей решетке происходит преобразование кинетической энергии этого потока в энергию вращения ротора. Ротор турбины вращает ротор электрического генератора. По мере понижения давления пара от ступени к ступени его удельный объем увеличивается, что заставляет увеличивать высоту лопаток. На переднем конце ротора установлен главный масляный насос, регулятор скорости и бойки автомата безопас-ности. Главный масляный насос служит для подачи масла к подшипникам турбины и генератора (1,5 бар), и в систему автоматического регулиро-вания (20 бар). Регулятор скорости в составе системы автоматического регулирования поддерживает строго постоянное число оборотов ротора турбины (в этой и почти всех турбинах ТЭС – 3000 об/мин, в турбинах АЭС – 3000 и 1500 об/мин). Автомат безопасности обеспечивает аварий-ное закрытие стопорных и регулирующих клапанов турбины и ее останов при недопустимом повышении числа оборотов (свыше 10–12 % по сравнению с номинальным). Задний конец ротора соединен полугибкой муфтой с ро-тором генератора. Статор турбины включает в себя корпус, сопловые ко-робки регулирующей ступени, клапанные коробки регулирующих клапа-нов, обоймы диафрагм, сами диафрагмы, обоймы концевых уплотнений. Передняя часть корпуса в зоне высоких давлений – литая, толстостенная; средняя и выхлопная часть, в зоне низких давлений – сварная, тонкостенная. Картер переднего подшипника служит для размещения опорно-упорного подшипника, систем защиты и автоматического регулирования, элементов системы маслоснабжения. Картер заднего подшипника служит для разме-щения опорных подшипников турбины и генератора, соединительной муфты и валоповоротного устройства. Передний картер может свободно перемещаться вдоль фундаментной плиты по направляющим шпонкам при тепловых расширениях корпуса. Задний картер встроен в выхлопной пат-рубок турбины и вместе с ним остается неподвижным. Здесь расположена «мертвая точка» или «фикс – пункт» турбины, от которой тепловые расши-рения корпуса организованы в сторону переднего картера. Валоповоротное устройство служит для медленного проворачивания ротора при пуске и останове турбины. Это предотвращает тепловые искривления ротора от неравномерного прогрева и остывания. Система автоматического регули-рования включает четыре регулирующих клапана, распределительный кулачковый валик, сервомотор, золотник, регулятор скорости и др. Импульс по изменению числа оборотов поступает от регулятора скорости к золотнику, а от него – к сервомотору. Сервомотор поворачивает кулачко-вый валик и открывает или закрывает регулирующие клапаны последова-тельно один за другим. Благодаря последовательному прикрытию регули-рующих клапанов при сопловом парораспределении снижаются потери давления от дросселирования свежего пара перед турбиной. Это объясня-ется тем, что дросселированию подвергается не весь расход пара, а только та его часть, которая проходит через частично открытый клапан, представ-ляющий высокое сопротивление потоку. В нижней половине корпуса вварены патрубки для организации отборов пара на регенеративный подогрев питательной воды. Регенеративный подогрев снижает потери тепла в конденсаторе турбины и заметно повышает ее абсолютный КПД.