Конструкция турбины Т-250/300-240

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конструкция турбины Т-250/300-240

Турбина имеет номинальную мощность 250 МВт при начальных параметрах пара 23,5 МПа и 540 °С, с промежуточным перегревом пара. Номинальная тепловая нагрузка 384 МВт (330 Гкал/ч), расчетное давление в конденсаторе 6,9 кПа.

Турбина Т-250/300-240 - единственная в мире теплофикационная, рассчитанная для работы на сверхкритические параметры пара, с промежуточным перегревом и выполненная одновальной, четырехцилиндровой (ЦВД+ЦСД1+ЦСД2+ЦНД).(рис. 1)

ЦВД - двухстенный противоточный, проточная часть состоит из 12 ступеней. После ЦВД пар с давлением 3,6 МПа направляется в котлоагрегат для промежуточного перегрева, после чего поступает в ЦСД1 через 2 блока, в каждом из которых расположены отсечной и регулирующий клапаны. ЦСД1 - однопоточный, одностенный, имеет 10 ступеней. Из ЦСД1 пар давлением 0,55 МПа поступает в ЦСД2, выполненный двухпоточным с шестью ступенями в каждом потоке, из которых четыре ступени размещены до верхнего отопительного отбора, 2 ступени между верхним и нижним отопительным отборами. После ЦСД2 часть пара с давлением 0,08 МПа направляется в нижний отопительный отбор, а часть в ЦНД. ЦНД - двухстенный, двух- поточный, в каждом потоке по 3 ступени, в том числе регулирующая ступень. Давление пара в отборах поддерживается регуляторами давления с помощью поворотных диафрагм.

Рабочие лопатки последней ступени ЦНД имеют рабочую длину 940 мм при среднем диаметре 2300 мм, что соответствует выхлопной площади обоих выхлопов 14,1 м². Из ЦНД пар направляется в конденсатор.

Максимальную мощность 300 МВт турбина развивает пи конденсационном режиме.

Рис. 1 Продольный разрез турбины Т-250/300-240

Тепловая схема турбины Т-250/300-240

Параметры острого пара перед турбиной: р=23,54 МПа t=540^оС. Параметры промперегрева:

"холодный промперегрев": р=3,819-4,04 МПа t=300 ^оС

"горячий промперегрев": р=3,628-3,819 МПа t=540 ^оС

Общее число отборов турбины -10:

из ЦВД - 2 отбора, из ЦСД 1 - 3 отбора, из ЦСД 2 - 4 отбора, из ЦНД- 1 отбор.

Турбина имеет два теплофикационных регулируемых отбора - верхний: р=0,0587-0,1958 МПа, нижний: р=0,0490-0,1469 МПа.

Система регенеративного подогрева конденсата и питательной воды из охладителей пара эжекторов (ОЭ), охладителей уплотнений (ОУ), пяти ПНД, деаэратора р=0,68 МПа и трех ПВД.

Подача воды на котел осуществляется группой питательных насосов, состоящей из главного питательного насоса с турбоприводом, расчитанного на 100% нагрузки блока, пускорезервного эл. насоса - 60% нагрузки и группы бустерных насосов для создания необходимого подпора ПТН и предотвращения кавитации.

В ПВД 8 поступает пар первого отбора, в ПВД 7 поступает пар из нитки холодного промперегрева, в ПВД 6 поступает пар четвертого отбора. Все ПВД оборудованы охладителями дренажа.

В качестве привода турбонасоса установлена турбина Р-12-24/6, пар для которой отбирается из третьего отбора. Отработанный пар отводится в ЦСД 2. Часть пара поступает в ПНД 5, на калориферы котла и на подогреватели сырой воды (ПСВ), подпиточной воды (ППВ), деаэратор подпитки теплосети.

Пар для деаэратора подается из пятого отбора, а в случае понидения давления в пятом отборе предусмотрена подача пара четвертым отбором.

Пар на ПНД 3,4 подается из седьмого и восьмого отборов. Пар из восьмого отбора подается еще на ПСГ 2. Пар из девятого отбора подается на ПНД и ПСГ 1. Пар из десятого отбора подается на ПНД 1. В конденсатор турбины поступают конденсат греющего пара ОУ, ПНД 1, ПУ, ОЭ, калориферов котла, ПСВ, ППВ и добавочная вода из ХВО. Конденсат греющего пара ПВД 8, 7, 6 каскадно сливается в деаэратор. Конденсат ПНД 5 каскадно сливается в ПНД 4, а из ПНД 4 сливным насосом подается в линию основного конденсата за ПНД 4. Конденсат ПНД 3 сливается в ПНД 2, а затем сливным насосом подается в линию основного конденсата за ПНД 2. Конденсат греющего пара ПСГ 1 подаетсяконденсатными насосами в линию основного конденсата через ПНД 3, а конденсат ПСГ 2 через ПНД 4.Конденсатные насосы 2 ступени через ПНД подают основной конденсат в деаэратор, где происходит деаэрация питательной воды. При пусках деаэратор питается паром из общестанционной магистрали 13ата. Для деаэрации на каждом блоке предусмотрена установка деаэраторной головки ДСП-1000, производительностью 1000 т/ч. Из деаэратора вода забирается бустерными насосами, подающими ее в ПТН, и через ПВД подается в парогенератор ТГМП-314. Пар из промежуточных уплотнений турбины подается в ПВД 7, ПНД 5 и ОУ, а пар на уплотнения поступает из деаэратора. Паровоздушная смесь из концевых уплотнений отсасывается в сальниковый подогреватель (СП), а из конденсатора в основные эжектора (ОЭ). В схеме турбоустановки предусмотрена двухступенчатый подогрев сетевой воды в ПСГ 1, ПСГ 2, кроме этого перед ПСГ 1 установлен охладитель пара уплотнений (ОУ). В сетевую установку кроме сетевых подогревателей входят: сетевые насосы первого и второго подъема, подпиточные насосы теплосети, пиковые водогрейные котлы, которые используются в период зимнего отопительного максимума. Подача добавки ХОВ осуществляется в конденсатор, а аварийная добавка подается в линию основного конденсата. Турбина является приводом генератора переменного тока частотой 50 Гц (3000 об/мин), типа ТВВ-300.

Рис. 2. Тепловая схема турбины Т-250/300-240

Преобразование энергии в турбинной ступени

Под турбинной ступенью понимают совокупность неподвижного ряда сопловых лопаток, в каналах которых ускоряется поток пара или газа, и подвижного ряда рабочих лопаток, в которых энергия движущегося пара или газа преобразуется в механическую работу на вращающемся роторе по преодолению сил сопротивления приводимой машины.

В ступени турбины работа расширения рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию потока, а последняя - в механическую работу. Рассмотрим это преобразование применительно к одной из ступеней осевой турбины.

Рис. 3

На рис. 3 показаны проточные части и профили решёток турбинной ступени: а - ступень активного типа; б - ступень реактивного типа.

Поток рабочего тела, вышедший из сопловой решётки со скоростью с₁, проходит осевой зазор д_а, отделяющий неподвижные сопловые лопатки от рабочих, и поступает в каналы рабочей решётки (рис. 4).

Рис. 4

В сопловой решётке рабочее тело расширяется от давления р₀ до р₁. При этом потенциальное давление рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию. Далее в рабочей решётке происходит дальнейшее понижение давления от р₁ до р₂. Одновременно поток рабочего тела в рабочей решётке меняет направление. При этом происходит передача кинетической энергии потока рабочим лопаткам ступени.

Рис. 5

Если бы течение рабочего тела в рабочей решётке происходило без потерь, то расширение от давления р₀ до р₁ привело бы к дальнейшему уменьшению энтальпии на (рис. 5), так что располагаемый теплоперепад для всей ступени, подсчитываемый от параметров торможения , , составил бы сумму располагаемых теплоперепадов сопловой и рабочей решёток, или, что почти то же самое, располагаемый теплоперепад ступени может быть взят по изоэнтропе между давлениями и р₂.

В действительном процессе из-за потерь расширение в рабочем канале происходит при возрастающей энтропии, так что состояние рабочего тела при выходе из рабочей решётки может быть представлено точкой 2 в h, s - диаграмме.

Отношение теплового перепада H_0p к теплоперепаду ступени от параметров торможения называется степенью реактивности:

. (1)

Если степень реактивности ступени равна нулю и в каналах рабочих лопаток не происходит дополнительного расширения рабочего тела, то такая ступень называется чисто активной. Также ступень называется активной, если с<0.25. Если степень реактивности значительно больше 0.25 (с = 0.4 - 0.6), то ступень называется реактивной.

Установленные на диске рабочего колеса лопатки образуют рабочую решётку и вращаются вместе с диском с угловой скоростью щ и соответственно с окружной скоростью u= 0.5 щd, где d - диаметр ступени.

Выходящий из сопловой решётки со скоростью с₁ поток направляется в рабочую решётку, по отношению к которой обладает относительной скоростью w₁. Последняя определяется как разность векторов с₁ и u (рис. 4) и составляет угол в₁ с направлением окружной скорости u.

Направление относительной скорости w₂ рабочего тела при выходе из лопаточного канала определяется углом выхода из рабочей решётки в₂ .

Абсолютная скорость выхода рабочего тела из каналов рабочих лопаток определяется как сумма векторов относительной скорости w₂ и окружной скорости u₂ и обозначается с₂.

Поворот и ускорение струи рабочего тела в криволинейных каналах рабочей решётки происходят под влиянием следующих усилий:

струя испытывает реактивное усилие стенок канала;

рабочее тело, заполняющий канал, испытывает разность давлений р₁ - р₂ при входе в канал и выходе из него.

Равнодействующая этих усилий, с которыми лопатки действуют на струю рабочего тела, обозначается R'. С другой стороны струя рабочего тела развивает на лопатках усилие R , равное, но прямо противоположное усилию R'.

Обычно усилие R раскладывают на две составляющие:

усилие в направлении окружной скорости R_u - окружное усилие;

усилие в направлении оси вращения диска ступени R_а - осевое усилие.

Окружное усилие может быть найдено на основании уравнения количества движения, записанного для оси u при массовом расходе рабочего тела, равном G, кг/с:

. (2)

Осевое усилие R_а может быть найдено из уравнения количества движения в направлении оси а, учитывая при этом разность давлений р₁ - р₂ , действующих на кольцевую площадь рабочих лопаток Щ=рd₂l₂:

. (3)

В выражениях (2) и (3) б₁ и - углы направления скоростей с₁ и с₂ (рис. 4).

В практики расчётов турбин принято при построении треугольников скоростей потока рабочего тела совмещать вершины треугольников скоростей входа и выхода рабочего тела, как показано на рис. 6.

Рис. 6

Кроме того, углы в₂ и б₂ между направлениями относительной и абсолютной скоростей выхода рабочего тела w₂ и с₂ и направлением окружной скорости u обычно отсчитывают по часовой стрелки, так что между углами и , входящими в уравнения (60) и (61) и углами в₂ и б₂ , применяемыми в практике расчётов турбин, существует связь:

= р - в₂ и = р - .

В этом случае формула (2) примет вид:

. (4)

Обычно в осевых турбинах принято равенство u₁ = u₂ = const. Тогда

. (5)

Осевая составляющая усилия рабочего тела на лопатки запишется следующим образом:

. (6)

Входящие в (5) и (6) суммы проекций относительных и абсолютных скоростей рабочего тела могут быть непосредственно взяты из треугольников скоростей. Применяя формулы косоугольных треугольников, получаем:

;

.

Окружная мощность ступени может быть найдена из уравнения:

. (7)

Для расхода рабочего тела в 1кг/с запишем

. (8)

Преобразуем уравнение (8):

. (9)

Абсолютную скорость с₁ можно найти из уравнения (10): учитывая, что

. (10)

Потерю энергии в сопловой решётке можно определить из уравнения:

, [Дж/кг] (11)

ц = с₁/с_1t.

Относительную скорость рабочего тела при входе в рабочую решётку w₁ можно определить из треугольника скоростей (рис. 6).

Можно записать уравнение сохранения энергии при расширении рабочего тела от давления р₁ до давления р₂ в рабочей решётке при отсутствии теплообмена:

.

Используя соотношение (9), найдём:

,

. (12)

Из уравнения (12) находим относительную скорость на выходе из рабочей решётки:

. (13)

При расширении рабочего тела по изоэнтропе теоретическую относительную скорость можно определить из соотношения:

. (14)

Потерю энергии в рабочей решётке можно определить из выражения:

, (15)

где - коэффициент скорости рабочей решётки.

Потери энергии с выходной скоростью рабочего тела можно определить из выражения:

. (16)

Так как рабочее тело покидает ступень со скоростью c₂, то его кинетическая энергия не используется в данной ступени.

Тогда

. (17)

На рис. 7 детально изображён весь тепловой процесс в турбинной ступени в h, s-диаграмме (а) и показано определение удельного объёма рабочего тела v_2t по основной изоэнтропе (б).

Рис. 7

Мощность ступени N_u , кВт, - мощность на лопатках турбинной ступени (окружную мощность) можно определить по формуле:

N_u = GH_u, (18)

где G - расход рабочего тела в кг/с,

H_u - в кДж/кг.

Список литературы

турбина эжектор энергия охладитель

1. Косгюк А.Г., Шерстюк А.Н. Газотурбинные установки. М.: Высшая школа, 1979.

2. Паротурбинные установки атомных электростанций / Под ред. Ю.Ф. Косяка. М.: Энергия, 1978.

3. Рыжкин В.Я., Тепловые электрические станции, М., 1984.

4. Электрические станции. М Энергоатомиздат, 1987 448 с. Тепловые и атомные электростанции Справочник. Под общей ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина М Энергоатомиздат, 1989. 608 с.

Размещено на Allbest.ru