Меню

Мощность паровой турбины что это

Паровая турбина

Исчерпывающая информация о паровых турбинах, турбогенераторах, вспомогательном оборудовании турбинного цеха; вопросы устройства и эксплуатации, учебные пособия, статьи, схемы и инструкции, форум турбинистов, иллюстрации, фотографии и многое другое.

Посредством паропровода перегретый свежий пар из котла подводится к паровой турбине, где значительная часть его тепловой энергии преобразуется в механическую работу.

Отработавший пар с сильно пониженным давлением и температурой поступает из турбины в конденсатор, где встречает на своем пути систему трубок, через которые непрерывно прокачивается циркуляционным насосом охлаждающая вода из реки, озера или пруда. Соприкасаясь с холодной поверхностью трубок конденсатора, отработавший пар конденсируется, то есть превращается в воду (конденсат).

Конденсат непрерывно откачивается из конденсатора конденсатным насосом, подающим затем конденсат через подогреватель в сборный бак (деаэратор), откуда питательный насос подает его в паровой котел. Назначение подогревателя- сообщить питательной воде (конденсату) добавочное количество теплоты. В современных паротурбинных установках обычно бывает несколько подогревателей, причем для подогрева питательной воды используется главным образом теплота пара, отбираемого, как это показано на схеме, из промежуточных ступеней турбины в количестве до 15-30% от общего расхода пара; это дает повышение к. п. д. установки по причинам, которые будут изложены ниже.

Таким образом мы видим, что в турбинной установке котловая вода — пар — конденсат образуют замкнутый цикл.При этом теряется только небольшое количество воды и пара. Это количество воды восполняется добавкой в систему сырой воды, проходящей предварительно через водоочиститель, в котором вода подвергается химической обработке для удаления содержащихся в ней примесей.

Тепло отработавшего в турбине пара передается в конденсаторе через трубки охлаждающей (циркуляционной) воде. Так как количество этого тепла велико, а охлаждающая вода должна нагреваться незначительно, то расход у мощных паротурбинных станций очень велик (около 20000 м 3 /час для станций мощностью 100000 квт). Охлаждающая вода забирается циркуляционным насосам из реки и после конденсатора сливается вновь в реку ниже места забора.

Паровая турбина является тепловым двигателем, машиной, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию вращения вала

В паровых турбинах (рис. 1) потенциальная энергия пара после его расширении в соплах 4 — преобразуются в кинетическую энергию движущегося с большой скоростью пара. Струя пара воздействует на изогнутые лопатки 3, закрепленные по окружности диска 2, насаженного на вал 1. Воздействие струи пара на лопатки приводит вал во вращение.

ротор турбины (диски насаженные на вал)

схема устройства простейшей активной турбины

ротор турбины (диски насаженные на вал)

Для того чтобы преобразовать потенциальную энергию пара в кинетическую энергию, необходимо обеспечить ему выход из парогенератора где он находится, через сопло в пространство. При этом, давление пара должно быть выше давления того самого пространства. Пар будет выходить струей со скоростью, которая может быть очень высокой.

Скорость истечения пара из сопла зависит от трех факторов:

  • от давления и температуры до расширения;
  • от давления в пространстве, куда он вытекает (вакуума /противодавления);
  • от формы канала (сопла), сквозь который он вытекает.

Вал турбины соединяется с валом какой либо рабочей машины. В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина может быть применена в самых различных областях народного хозяйства: в энергетике,в металлургии,для привода турбогенераторов, воздуходувных машин, компрессоров, насосов, на водном и железнодорожном транспорте.

Паротурбинная установка — основной тип двигателя на современных атомных и тепловых электростанциях, на которых вырабатывается 85 — 95% электроэнергии, производимой во всем мире.

Паровые турбины обладают большой быстроходностью, как правило 3000 об.мин и сравнительно малыми габаритами и массой. Современная промышленность выпускает турбоагрегаты различных мощностей, существуют аналоги турбин колоссальной мощности — свыше тысячи мегаватт в одном агрегате при высоком уровне экономичности.

Изобретение паровой турбины нельзя приписать отдельному человеку. Она создана трудами большого числа исследователей и изобретателей, многие из которых остались неизвестными. Попытки создания турбины имеют большую давность. Известно, в частности, что в России в этом направлении успешно работал самоучка Поликарп Залесов, строивший в начале 19 века на Алтае действующие модели турбин.

Классификации паровых турбин

Паровые турбины строятся в качестве стационарных турбин (используемых главным образом на электростанциях или заводских силовых установках) и транспортных (главным образом судовых турбин). В рамках данной классификации будет рассмотрен первый тип машин.

чисто конденсационные

эти турбины служат для преобразования максимально возможной части теплоты пара в механическую работу.

теплофикационные

а) с противодавлением — весь отработанный пар используется для целей нагрева (производственных или бытовых потребностей).

б) с регулируемыми отборами — часть пара отводится для целей нагрева.

в) с противодавлением и регулируемыми отборами — используется отработанный пар, и пар из промежуточных отборов турбины.

специального назначения

а)турбины мятого пара — используют отработавший пар невысокого давления после каких либо механизмов.

б)турбины двух давлений — используют и свежий и отработанный пар.

— конденсационная турбина — работают с выпуском отработавшего пара в конденсатор где поддерживается глубокий вакуум. Из промежуточных ступеней этих турбин как правило отбирается некоторое количество пара для целей регенерации (подогрева конденсата). Главное назначение конденсационных турбин в соединении с генераторами переменного тока — выработка электроэнергии.

По способу расширения пара и действия его на рабочие лопатки
активные турбины — расширение пара происходит только в неподвижных соплах (до вступления его на рабочие лопатки). реактивные турбины — теплопадение в соплах составляет менее 50 % от общего теплопадения пара. Расширение (теплопадение) пара более 50 % происходит во время прохождения его между рабочими лопатками ротора турбины. активно-реактивные турбины (с реакцией)

Независимо от того, по активному, реактивному или смешному принципу работает турбина, суть происходящих явлений будет оставаться неизменной: если струю пара, вытекающую из сопла, направить на лопатки диска насаженного на вал, то вал начнет вращаться под ее действием.

Кроме того паровые турбины можно классифицировать по:

  • числу оборотов;
  • направлению движения потока пара;
  • числу корпусов;
  • числу валов;
  • расположению конденсационной установки;
  • выполняемым на электростанции функциям и прочее.

фото турбина мощностью 50 мвтфото турбогенератор мощностью 900 мвт

на фото турбины мощностью 50 мВт и 900 мВт

Паровые турбины должны обеспечивать длительную работу при температуре охлаждающей воды до 33 0 С и допускать работу при скользящих начальных параметрах пара.

Турбины должны обеспечивать продолжительную надежную работу при нагрузке от 30 до 100% номинальной для регулирования графиков электрической нагрузки.

Конденсационные турбины должны обеспечивать длительную работу при температуре выхлопного патрубка до 70 0 С.

В регулировочном диапазоне конденсационные турбины должны допускать изменение установившейся мощности на 5% номинальной со скоростью 2% в секунду от номинальной мощности при любом виде воздействия для целей обеспечения автоматического регулирования частоты в сети и перетоков по ЛЭП.

Турбины должны обеспечивать длительную работу в регулировочном диапазоне при отклонении частоты вращения ротора от 98 до 101% номинальной.

Система регулирования турбины при внезапном сбросе мощности с отключением ТГ от сети во всем диапазоне мощностей, должна ограничивать динамический заброс частоты вращения ротора, не допуская срабатывания автомата безопасности (отрегулированных на срабатывание при повышении частоты вращения на 10-12% сверх номинальной).

Турбины должны допускать возможность мгновенного сброса электрической нагрузки до нуля. Турбины должны обеспечивать восстановление нагрузки до исходного или любого другого значения в регулировочном диапазоне со скоростью не менее 10% номинальной мощности в секунду.

Паровые турбины с теплофикационными отборами должны предусматривать возможность их использования для планового регулирования эл. нагрузки электросети.

Читайте также:  Формула суммарной мощности нагрузки

Конденсационные турбины рассчитаны на общее количество пусков за весь период эксплуатации не меннее 1000 из холодного состояния (остановы на 24-55 часов) и 2000 из горячего состояния (5-8 часов).
Теплофикационные турбины рассчитаны на общее число пусков за весь срок эксплуатации не менее 600 из различных тепловых состояний.

Турбины должны допускать следующие режимы работы:

  • с отключенными подогревателями высокого давления (ПВД) ;
  • с нагрузкой собственных нудж после сброса нагрузки 40 минут;
  • на холостом ходу после сброса электрической нагрузки не менее 15 минут;
  • на холостом ходу после пуска турбины для проведения испытания генератора не менее 20 часов;
  • в моторном режиме (длительность указана в ТУ на турбины конкретных типов).

Надежность турбин: срок службы между ремонтами (со вскрытие цилиндров)не менее 4 лет; для вновь проэктируемого не менее 5 лет.
Наработка на отказ не менее 6000 часов (после периода освоения)
Коэффициент готовности не менее 0,98.
Полный срок службы не менее 30 лет, за исключением быстроизнашивающихся деталей (для вновь проектируемых турбин 40 лет).

Предельная мощность паровых турбин

Ориентировочные значения к.п.д. паровых турбин в зависимости от мощности

Мощность турбины, квт 5 50 500 1000 2000 5000 10000 25000 50000 100000
Коэффициент полезного действия 0,20 0,41 0,66 0,725 0,77 0,80 0,82 0,83 0,845 0,865

Принятая еще в СССР и во всех странах Европы частота электрического тока 50 пер/сек приводит к тому, что число оборотов турбины, непосредственно соединенной с генератором, должно быть 1000, 1500 или 3000 в минуту.

Из двух турбин одной и той же мощности и конструкции меньших размеров будет та, которая делает больше оборотов в минуту.

Вес турбины на 3000 об/мин в полтора два раза меньше веса турбины такой же мощности и рассчитанной на те же параметры пара, но на 1500 об/мин.

Кроме того, основные детали быстроходной турбины (валы, диски, корпуса) имеют значительно меньшие размеры, и следовательно, изготовление отливок и поковок и обработка их на заводе облегчаются, удешевляются и не требуют такого мощного оборудования, как для тихоходной турбины такой же мощности.

Снижение веса машины имеет большое экономическое значение.

Наибольшая мощность, на которую можно построить турбину определенного типа, зависит от числа ее оборотов. Предел ставит последняя ступень турбины, которая должна пропустить пар при наибольшем его объеме, причем скорость протекания пара нельзя существенно повышать без ухудшения к.п.д. турбины из-за увеличения выходной потери.

Пропускная способность последней ступени будет тем больше, чем длиннее ее лопатки и чем больше диаметр окружности, на которой они сидят. Ее ограничивают те напряжения в материале, которые можно безопасно допустить, так как с увеличением длины лопаток и диаметра диска или барабана напряжение в материале повышается главным образом в связи с возрастанием центробежных сил.

Турбина наибольшей возможной мощности для определенного числа оборотов называется турбиной предельной мощности.

Это понятие имеет значение только применительно к чисто конденсационным турбинам, так как предельная мощность паровых турбин с противодавлением или большими отборами пара значительно превышает практически выполняемые мощности агрегатов.

«Предельная мощность» не есть какая-то постоянная величина: она непрерывно повышается с прогрессом техники и, в частности, металлургии.

Повышение «предельной мощности» может быть достигнуто при:

1) улучшении качества материала частей ротора и применении специальных конструкций, повышающих его прочность;

2) повышении начальных параметров пара и развитии системы регенерации; это приводит к уменьшению пропуска пара в часть низкого давления при заданной мощности турбины;

3) разделении потока пара в последних ступенях; это приводит к тому, что через проточную часть последней ступени будет проходить не весь пар.

В многокорпусных турбинах пар нередко подводят к середине корпуса низкого давления, откуда он разветвляется в две стороны, каждая из которых имеет точно одинаковые ступени и пропускает половинное количество пара. Такая конструкция носит название двухпоточной.

Предельная мощность турбины может быть также увеличена за счет ухудшения вакуума и увеличения скорости выхода пара из последней ступени, но это снижает экономичность турбины.

Применением сдвоенных и строенных частей низкого давления можно повысить «предельную мощность» до очень большой величины. В связи с этим действующий в настоящее время ГОСТ на типы паровых турбин уже не предусматривает другого числа оборотов, кроме 3000 в минуту. Практически наибольшая мощность, на которую возможно при современном состоянии техники построить турбогенератор, ограничивается уже не турбиной, а генератором, и составляет около 900000 квт при 3000 об/мин.

Источник



ПАРОВА́Я ТУРБИ́НА

ПАРОВА́Я ТУРБИ́НА, тур­би­на, в ко­то­рой в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го те­ла ис­поль­зу­ет­ся во­дя­ной пар; слу­жит для пре­об­ра­зо­ва­ния те­п­ло­вой энер­гии па­ра в ме­ха­нич. ра­бо­ту. В от­ли­чие от па­ро­вой ма­ши­ны, в П. т. ис­поль­зу­ют не по­тен­ци­аль­ную, а ки­не­тич. энер­гию па­ра. Осн. на­зна­че­ние П. т. – при­вод (пер­вич­ный дви­га­тель) для ге­не­ра­то­ров элек­трич. то­ка на те­п­ло­вых и атом­ных элек­тро­стан­ци­ях. П. т. и элек­тро­ге­не­ра­тор со­став­ля­ют тур­бо­агре­гат.

Конструкция паровых турбин

П. т. со­сто­ит из двух осн. час­тей – ро­то­ра с ло­пат­ка­ми (под­виж­ная часть тур­би­ны) и ста­то­ра с со­пла­ми (не­под­виж­ная часть). По­ток па­ра, об­ра­зую­щий­ся в па­ро­вом кот­ле, под вы­со­ким дав­ле­ни­ем по­сту­па­ет че­рез на­прав­ляю­щие (ста­тор с со­пла­ми) на кри­во­ли­ней­ные ло­пат­ки тур­би­ны, за­кре­п­лён­ные по ок­руж­но­сти ро­то­ра, и, воз­дей­ст­вуя на них, при­во­дит ро­тор, за­кре­п­лён­ный на од­ном ва­лу с элек­тро­гене­ра­то­ром, во вра­ще­ние (про­ис­хо­дит пре­об­ра­зо­ва­ние те­п­ло­вой энер­гии па­ра в ме­ха­нич. ра­бо­ту). Ка­ж­дый ряд на­прав­ляю­щих и ло­па­ток на­зы­ва­ет­ся сту­пе­нью тур­би­ны (как пра­ви­ло, П. т. име­ет неск. сту­пе­ней). Кор­пус П. т. с не­сколь­ки­ми сту­пе­ня­ми дав­ле­ния раз­де­ля­ют диа­фраг­ма­ми на отд. ка­ме­ры, в ка­ж­дой из ко­то­рых по­ме­щён один из дис­ков с ло­пат­ка­ми (рис.). Пар мо­жет про­ни­кать из од­ной ка­ме­ры в дру­гую толь­ко че­рез со­пла, рас­по­ло­жен­ные по ок­руж­но­сти диа­фрагм. Дав­ле­ние па­ра сни­жа­ет­ся по­сле ка­ж­дой сту­пе­ни, а ско­ро­сти ис­те­че­ния па­ра ос­та­ют­ся при­мер­но оди­на­ко­вы­ми, что дос­ти­га­ет­ся вы­бо­ром со­от­вет­ст­вую­щих раз­ме­ров со­пел.

Ро­то­ры П. т., пред­на­зна­чен­ные для при­во­да элек­трич. ге­не­ра­то­ров, ра­бо­таю­щих на элек­трич. сеть, име­ют фик­си­ро­ван­ную час­то­ту вра­ще­ния – 3000 об/мин в Рос­сии и 3600 об/мин в США и др. стра­нах. Ро­то­ры П. т., пред­на­зна­чен­ных для др. по­тре­би­те­лей мощ­но­сти, мо­гут иметь др. час­то­ту вра­ще­ния, со­от­вет­ст­вую­щую ха­рак­те­ри­сти­кам обо­ру­до­ва­ния по­тре­би­те­ля (напр., транс­порт­ные тур­би­ны). Дав­ле­ние и темп-ра па­ра пе­ред тур­би­ной оп­ре­де­ля­ют­ся её на­зна­че­ни­ем.

Мощ­ные П. т. име­ют слож­ную кон­струк­цию и боль­шие раз­ме­ры (см. рис. к ст. Кон­ден­са­ци­он­ная тур­би­на). Дли­на все­го аг­ре­га­та мо­жет дос­ти­гать 30 м. П. т. рас­по­ла­га­ет­ся на фун­да­мен­те, пред­став­ляю­щем со­бой мно­го­опор­ную жел.-бе­тон. кон­ст­рук­цию, опи­раю­щую­ся на об­щую фун­да­мент­ную пли­ту. Кон­ст­рук­ция П. т. раз­де­ля­ет­ся на неск. ци­лин­д­ров (час­тей) – вы­со­ко­го дав­ле­ния (ЦВД), сред­не­го дав­ле­ния (ЦСД) и низ­ко­го дав­ле­ния (ЦНД). Обыч­но мощ­ная П. т. име­ет один ЦВД, один или два ЦСД и неск. ЦНД. Пар по­сту­па­ет в тур­би­ну, про­хо­дит че­рез ЦВД по­сле­до­ва­тель­но все сту­пе­ни, да­лее че­рез ЦСД (од­ним или дву­мя па­рал­лель­ны­ми по­то­ка­ми), за­тем, раз­ветв­ля­ясь ещё на неск. па­рал­лель­ных по­то­ков, про­хо­дит ЦНД и сбра­сы­ва­ет­ся в кон­ден­са­тор. Раз­ветв­ле­ние по­то­ков пе­ред кон­ден­са­то­ром не­об­хо­ди­мо для уве­ли­че­ния еди­нич­ной мощ­но­сти тур­би­ны, т. к. од­но­по­точ­ная тур­би­на мо­жет вы­ра­ба­ты­вать ог­ра­ни­чен­ную мощ­ность, ко­то­рая за­ви­сит от дли­ны ра­бо­чих ло­па­ток по­след­ней сту­пе­ни. Для обес­пе­че­ния на­дёж­ной экс­плуа­та­ции П. т. ос­на­ща­ет­ся сис­те­мой безо­пас­но­сти, пре­дот­вра­щаю­щей воз­ник­но­ве­ние и раз­ви­тие ава­рий­ных си­туа­ций. Осн. пре­иму­ще­ст­ва П. т.: вы­со­кая еди­нич­ная мощ­ность, ши­ро­кий диа­па­зон мощ­но­стей, вы­со­кий ре­сурс ра­бо­ты. Не­дос­тат­ки П. т.: вы­со­кая инер­ци­он­ность (дол­гое вре­мя пус­ка и ос­та­но­ва), до­ро­го­виз­на строи­тель­ст­ва и ре­мон­та. В П. т., ис­поль­зуе­мых на ТЭС, дав­ле­ние па­ра мо­жет дос­ти­гать 24 МПа и бо­лее, темп-ра – 545–600 °C; мощ­но­сти П. т., ра­бо­таю­щих на ТЭС, – до 1200 МВт, АЭС – до 1900 МВт. Кпд со­вре­мен­ных П. т. дос­ти­га­ет 40–42%.

Классификация паровых турбин

По прин­ци­пу дей­ст­вия вы­де­ля­ют ак­тив­ные тур­би­ны и ре­ак­тив­ные тур­би­ны. По ко­ли­че­ст­ву сту­пе­ней П. т. под­раз­де­ля­ют на од­но­сту­пен­ча­тые и мно­го­сту­пен­ча­тые тур­би­ны. В од­но­сту­пен­ча­той П. т. не уда­ёт­ся дос­та­точ­но пол­но ис­поль­зо­вать энер­гию па­ра, по­это­му совр. П. т. стро­ят мно­го­сту­пен­ча­ты­ми. По на­прав­ле­нию по­то­ка ра­бо­че­го те­ла вы­де­ля­ют осе­вые (ак­си­аль­ные) П. т. (на­прав­ле­ние по­то­ка сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем оси ро­то­ра, наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный тип П. т., ис­поль­зуе­мых для при­во­да элек­тро­ге­не­ра­то­ров) и ра­ди­аль­ные П. т. (по­ток осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ра­ди­аль­ном на­прав­ле­нии ли­бо от оси ро­то­ра к пе­ри­фе­рии дис­ков, ли­бо на­обо­рот – от пе­ри­фе­рии к оси). В за­ви­си­мо­сти от дав­ле­ния па­ра П. т. бы­ва­ют: низ­ко­го (не вы­ше 0,9 МПа), сред­не­го (не вы­ше 4 МПа), вы­со­ко­го (9–14 МПа) и сверх­кри­тич. дав­ле­ния (24 МПа и бо­лее).

В за­ви­си­мо­сти от ха­рак­те­ра те­п­ло­во­го про­цес­са П. т. под­раз­де­ля­ют на 3 груп­пы: кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны, те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные и спец. на­зна­че­ния.

Те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т. слу­жат для од­но­врем. по­лу­че­ния элек­трич. и те­п­ло­вой энер­гии. Осн. ко­неч­ный про­дукт та­ких П. т. – те­п­ло­та. ТЭС, на ко­то­рых ус­та­нов­ле­ны те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т., на­зы­ва­ют­ся те­п­ло­элек­тро­цен­тра­ля­ми. К те­п­ло­фи­ка­ци­он­ным П. т. от­но­сят­ся тур­би­ны с про­ти­во­дав­ле­ни­ем, с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром па­ра, а так­же с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем. У тур­бин с про­ти­во­дав­ле­ни­ем от­сут­ст­ву­ет кон­ден­са­тор. От­ра­бо­тав­ший пар, имею­щий дав­ле­ние вы­ше ат­мо­сфер­но­го, по­сту­па­ет в спец. сбор­ный кол­лек­тор, от­ку­да на­прав­ля­ет­ся к те­п­ло­вым по­тре­би­те­лям для тех­но­ло­гич. це­лей (вар­ка, суш­ка, ото­пле­ние и др.). В тур­би­нах с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а ос­таль­ной пар идёт в кон­ден­са­тор. Дав­ле­ние от­би­рае­мо­го па­ра на всех ре­жи­мах ра­бо­ты тур­бо­аг­ре­га­та ав­то­ма­ти­че­ски под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ным или же ре­гу­ли­ру­ет­ся в за­дан­ных пре­де­лах, с тем что­бы по­тре­би­тель по­лу­чал пар оп­ре­де­лён­но­го ка­че­ст­ва. Су­ще­ст­ву­ет два ви­да те­п­ло­вых по­тре­би­те­лей: про­мыш­лен­ные, где тре­бу­ет­ся пар с дав­ле­ни­ем до 1,3–1,5 МПа (про­из­водств. от­бор), и ото­пи­тель­ные, с дав­ле­ни­ем 0,05–0,25 МПа (те­п­ло­фи­ка­ци­он­ный от­бор). Ес­ли тре­бу­ет­ся пар как про­из­вод­ст­вен­но­го, так и ото­пит. на­зна­че­ния, то в од­ной тур­би­не мо­гут быть осу­ще­ст­в­ле­ны два ре­гу­ли­руе­мых от­бо­ра; ме­сто от­бо­ра (сту­пень тур­би­ны) вы­би­ра­ют в за­ви­си­мо­сти от нуж­ных па­ра­мет­ров па­ра. У тур­бин с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а весь от­ра­бо­тав­ший пар на­прав­ля­ет­ся из вы­пу­ск­но­го пат­руб­ка в ото­пит. сис­те­му или к се­те­вым по­до­гре­ва­те­лям.

П. т. спе­ци­аль­но­го на­зна­че­ния обыч­но ра­бо­та­ют на от­брос­ном те­п­ле ме­тал­лур­гич., ма­ши­но­стро­ит. и хи­мич. пред­при­ятий. К ним от­но­сят­ся П. т. «мя­то­го па­ра», с про­ме­жу­точ­ным под­во­дом па­ра (тур­би­ны двух дав­ле­ний) и пред­вклю­чён­ные. П. т. «мя­то­го па­ра» ис­поль­зу­ют от­ра­бо­тав­ший пар низ­ко­го дав­ле­ния по­сле тех­но­ло­гич. про­цес­сов (пар порш­не­вых ма­шин, па­ро­вых мо­ло­тов и прес­сов), ко­то­рый по к.-л. при­чи­нам не мо­жет быть ис­поль­зо­ван для ото­пит. или тех­но­ло­гич. нужд. Дав­ле­ние та­ко­го па­ра обыч­но несколько вы­ше ат­мо­сфер­но­го, и он на­прав­ля­ет­ся в спец. кон­ден­сац. тур­би­ну (тур­би­ну «мя­то­го па­ра»). П. т. двух дав­ле­ний ра­бо­та­ют как на све­жем, так и на от­ра­бо­тав­шем па­ре па­ро­вых ме­ха­низ­мов, под­во­ди­мом в од­ну из про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней. Пред­вклю­чён­ные П. т. пред­став­ля­ют со­бой тур­би­ны с вы­со­ким на­чаль­ным дав­ле­ни­ем и вы­со­ким про­ти­во­дав­ле­ни­ем; весь от­ра­бо­тав­ший пар этих П. т. на­прав­ля­ют да­лее в обыч­ные кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны.

Историческая справка.

Пер­вое уст­рой­ст­во, при­во­ди­мое в дви­же­ние па­ром (эо­ли­пил), бы­ло опи­са­но Ге­ро­ном Алек­сан­д­рий­ским. В Рос­сии П. Д. Кузь­мин­ский в нач. 1890-х гг. по­стро­ил и оп­ро­бо­вал су­до­вую П. т. собств. кон­ст­рук­ции.

П. т. по­лу­чи­ла прак­тич. при­ме­не­ние лишь в кон. 19 в., ко­гда та­кие от­рас­ли, как тер­мо­ди­на­ми­ка, ма­ши­но­строе­ние и ме­тал­лур­гия, дос­тиг­ли не­об­хо­ди­мо­го уро­в­ня. К. Г. П. де Ла­валь (1878) и Ч. А. Пар­сонс (1884) соз­да­ли пер­вые про­мыш­лен­но при­год­ные па­ро­вые тур­би­ны. В П. т. Пар­со­нса ис­поль­зо­ван прин­цип по­сту­пен­ча­то­го рас­ши­ре­ния па­ра, ко­то­рый ле­жит в ос­но­ве кон­ст­рук­ции совр. па­ро­вых тур­бин.

В Ев­ро­пе П. т. по­лу­чи­ли все­об­щее при­зна­ние в ка­че­ст­ве при­во­да элек­тро­ге­не­ра­то­ров толь­ко с 1899, ко­гда на элек­тро­стан­ции г. Эль­бер­фельд (Гер­ма­ния) впер­вые бы­ли при­ме­не­ны две П. т. Пар­сон­са мощ­но­стью по 1000 кВт ка­ж­дая.

В до­ре­во­люц. Рос­сии строи­лись как ста­цио­нар­ные, так и су­до­вые П. т. Осо­бен­но боль­шие ус­пе­хи бы­ли дос­тиг­ну­ты рос. кон­ст­рук­то­ра­ми и тех­но­ло­га­ми в 1910–14 в про­ек­ти­ро­ва­нии и из­го­тов­ле­нии П. т. для круп­ных во­ен. ко­раб­лей. Впер­вые отеч. ста­цио­нар­ные П. т. по­строи­ли на ме­тал­лич. за­во­де в С.-Пе­тер­бур­ге (позд­нее Ле­нингр. ме­тал­лич. за­вод, ЛМЗ), на ко­то­ром в 1907 из­го­тови­ли П. т. для при­во­да элек­тро­ге­не­ра­то­ра мощ­но­стью 200 кВт. В 1937 на ЛМЗ вы­пу­ще­на пер­вая кон­ден­са­ци­он­ная двух­ци­лин­д­ро­вая од­но­валь­ная тур­би­на мощ­но­стью 100 МВт; в 1977 по­строе­на и сда­на в экс­плуа­та­цию са­мая круп­ная отеч. кон­ден­са­ци­он­ная тур­би­на мощ­но­стью 1200 МВт. На­чи­ная с 1964 в СССР ос­во­ен вы­пуск П. т. для АЭС.

Источник

Паровая турбина

Question book-4.svg

Проблемы с содержанием статьи

Парова́я турби́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.

Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.

Паровая турбина является одним из элементов паротурбинной установки (ПТУ). Отдельные типы паровых турбин также предназначены для обеспечения потребителей тепла тепловой энергией.

Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.

Содержание

Основные конструкции паровых турбин

Паровая турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. Статор с соплами — неподвижная часть.

По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения. В России и странах СНГ используются только аксиальные паровые турбины. [источник не указан 441 день]

По числу цилиндров турбины подразделяют на одноцилиндровые и двух—трёх-, четырёх-пятицилиндровые. Многоцилиндровая турбина позволяет использовать бо́льшие располагаемые тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней давления, применить высококачественные материалы в частях высокого давления и раздвоение потока пара в частях среднего и низкого давления. Такая турбина получается более дорогой, тяжёлой и сложной. Поэтому многокорпусные турбины используются в мощных паротурбинных установках.

По числу валов различают одновальные, двувальные, реже трёхвальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором). Расположение валов может быть как коаксиальным, так и параллельным с независимым расположением осей валов.

  • Неподвижную часть — корпус (статор) — выполняют разъёмной в горизонтальной плоскости для возможности выемки или монтажа ротора. В корпусе имеются выточки для установки диафрагм, разъём которых совпадает с плоскостью разъёма корпуса турбины. По периферии диафрагм размещены сопловые каналы (решётки), образованные криволинейными лопатками, залитыми в тело диафрагм или приваренными к нему.
  • В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек пара наружу (со стороны высокого давления) и засасывания воздуха в корпус (со стороны низкого). Уплотнения устанавливают в местах прохода ротора сквозь диафрагмы во избежание перетечек пара из ступени в ступень в обход сопел.

На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий турбину при увеличении частоты вращения на 10—12 % сверх номинальной.

Процесс расширения пара в паровой турбине

P1 h1 s1давление, энтальпия и энтропия пара на входе в турбину;

P2 h2 s2давление, энтальпия и энтропия отработанного пара на выходе из турбины;

1расширение пара в турбине;

3вода в состоянии насыщения (кипения);

4изотерма начальной температуры;

5изотерма конечной температуры;

6изобара начального давления;

7изобара конечного давления;

8критическая точка

(в критической точке происходит превращение всего объёма воды в пар (исчезает различие между жидкой и газообразной фазами воды).);

9кривая постоянной влажности пара.

Классификация паровых турбин

Question book-4.svg

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на 3 основные группы:

  • конденсационные — без регулируемых (с поддержанием давления) отборов пара;
  • теплофикационные — с регулируемыми отборами;
  • турбины специального назначения.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора пропорциональна частоте электрического тока 50 Герц (синхронная машина). То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока является одним из главных показателей качества отпускаемой электрической энергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту сети с точностью до 0,2 % (ГОСТ 13109-97). Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийную остановку энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Транспортные паровые турбины используются в качестве главных и вспомогательных двигателей на кораблях и судах. Неоднократно делались попытки применить паровые турбины на локомотивах, однако паротурбовозы распространения не получили. Для соединения быстроходных турбин с гребными винтами, требующими небольшой (от 100 до 500 об/мин) частоты вращения, применяют зубчатые редукторы. В отличие от стационарных турбин (кроме турбовоздуходувок), судовые работают с переменной частотой вращения, определяемой необходимой скоростью хода судна.

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Бо́льшая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с:

  • противодавлением;
  • регулируемым отбором пара;
  • отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработанный пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Бо́льшая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Часто стационарные паровые турбины имеют регулируемые или нерегулируемые пиковые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной|сетевой пиковой воды.

Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Источник