Турбина паровая К-1000-60-3000. Ао Концерн Росэнергоатом

• Название: Ао Концерн Росэнергоатом
• Дата: 30.06.2022
• Размер: 1.87 Mb.
• Имя файла: Турбина паровая К-1000-60-3000.docx
• Тип: Документы; #621667
• страница: 5 из 10

Особенности турбинных установок на влажном паре

1. Сепарация

В любых паровых турбинах приходится иметь дело с работой на влажном паре. Однако если для турбин на перегретом паре это относится только к последним ступеням, то для машин на насыщенном паре все ступени турбины работают на влажном паре.

Влияние влажности пара сказывается на тепловой экономичности установки через внутренний относительный КПД турбины, который при работе на влажном паре уменьшается. Считается, что увеличение средней влажности пара на 1% приводит к уменьшению внутреннего относительного КПД турбины примерно тоже на 1%.

Капли влаги, особенно крупные, протекают через ступень по своим траекториям, отличным от течения пара. Капли влаги, протекая через сопловую решетку, не успевают разогнаться до скорости пара, приобретают скорость меньшую, чем скорость пара и в результате входят в рабочую решетку со скоростью направленной навстречу окружной скорости движения диска, что вызывает тормозящий эффект.

Влажность пара отрицательно влияет на работу турбины также и в связи с эрозионным воздействием на ее лопатки. Конструкция влажнопаровых турбин должна предусматривать отвод влаги из проточной части при помощи различных сепарационных устройств. Это, прежде всего внешние сепараторы, устанавливаемые между корпусами турбины, а так же внутри турбинные сепарационные устройства.

Удаление влаги является одним из радикальных способов повышения надежности и экономичности турбин, работающих на влажном паре. Уменьшение количества влаги в проточной части турбин приводит к:

• 
  уменьшению эрозии вращающихся лопаток и неподвижных деталей;
  
• 
  снижению динамического заброса частоты вращения ротора при сбросе нагрузки и испарении пленок жидкости с поверхностей элементов турбины;
  
• 
  повышению экономичности ступеней.
  

Существует большое число различных конструкций внутри турбинных сепарационных устройств (Рис. 7). Значительная часть влаги отбрасывается к корпусу по поверхности лопаток рабочего колеса. Поэтому эти сепарационные устройства располагают непосредственно за рабочим колесом, тогда отведенный конденсат уже не будет оказывать вредного влияния на работу последующих ступеней. Внутритурбинная сепарация представляет собой систему ловушек для влаги, срывающейся с рабочих и направляющих лопаток. Входные кромки рабочих лопаток открыты за счет среза части бандажа для улучшения сепарации влаги. Напротив этого среза в статоре турбины расположена входная щель ловушки. За щелью расположена промежуточная буферная полость, соединенная с последующей камерой регенеративного отбора. Регенеративные отборы наиболее удобны для удаления отсепарированной влаги.

Широкое применение в последних и предпоследних ступенях ЦНД нашла внутриканальная сепарация через щели в полых сопловых лопатках. Этот способ особенно эффективен, так как с поверхности сопловых лопаток отводится пленка влаги, образующая за выходными кромками при своем дроблении самые крупные капли. Эти капли наиболее сильно снижают КПД ступеней и вызывают эрозию лопаток.

Отвод влаги, с одной стороны, увеличивает КПД турбины, уменьшая влажность пара в последующих ступенях, а с другой – уменьшает тепловую экономичность турбины, увеличивая расход пара на нее. Поэтому, и с целью повышения эффективности влагоотвода, внутритурбинная сепарация применяется не на всех ступенях, а там где влажность достигает более 5%.

Для защиты проточной части турбины от эрозионного воздействия потока влажного пара применяют эрозионно-устойчивые, высоколегированные стали при изготовлении лопаток.

2. Применение сепарации и промежуточного перегрева пара

Особенности работы турбины на влажном паре не позволяют реализовать надежность лопаточного аппарата при росте уровня влажности в процессе расширения пара в турбине. Допустимая влажность после отдельных цилиндров турбины зависит, прежде всего, от величины окружной скорости, то есть от высоты лопатки рабочего колеса и числа оборотов машины. Для лопатки, имеющей максимальную высоту 1500 мм и скорость вращения 1500 об/мин., допустимая конечная влажность пара составляет 13-14%. Для того же колеса, при скорости вращения 3000 об/мин., допустимая влажность падает и составляет 7-8%. Уменьшение высоты лопатки до 780 мм при скорости вращения 3000 об/мин. увеличивает допустимую величину влажности до 13-14%. Исходя из этого реализуется индивидуальная конструктивная схема турбины.

Для получения и поддержания требуемого уровня влажности применяется комбинированная схема с выносной сепарацией и паровым промежуточным перегревом пара, уровень которого регулируется в зависимости от нагрузки турбины.

На Рис. 8 изображена Т-S диаграмма теоретического цикла насыщенного пара с сепарацией и промперегревом.

Краткое описание процессов:

• 
  аа1-процесс подогрева питательной воды в системе регенерации;
  
• 
  а1бс-процесс подогрева и испарения воды в парогенераторе;
  
• 
  cf-процесс расширения пара в ЦВД;
  
• 
  fg-процесс осушки пара в сепараторе;
  
• 
  ghd-процесс подсушки пара и перегрева в промперегревателе;
  
• 
  de-процесс расширения пара в ЦНД;
  
• 
  еа-процесс конденсации отработанного пара в конденсаторе.
  

На Рис. 9 изображен процесс расширения пара в турбине в H-S диаграмме:

• 
  линия 1-процесс расширения в турбине с внешним сепаратором;
  
• 
  линия 2-процесс расширения в турбине с внешним сепаратором и промперегревом;
  
• 
  линия 3-процесс расширения в турбине без внешнего сепаратора;
  
• 
  линия 4-процесс расширения в турбине высоких начальных параметров пара.
  

Пунктирными линиями изображен процесс расширения пара в турбине с обычным влагоудалением в проточной части. Сплошными линиями изображен процесс расширения пара в турбине с высокоэффективной системой влагоудаления, в том числе внутриканальной сепарацией.

Как видно из рисунка, для того чтобы в конце процесса расширения пар имел минимальную величину влажности необходимо организовывать внешнюю сепарацию с промежуточным перегревом и высокоэффективное влагоудаление с внутритурбинной и внутриканальной сепарацией.

На АЭС с ВВЭР промежуточный перегрев осуществляется свежим паром и, естественно, температура перегрева будет ниже начальной температуры свежего пара. При паро-паровом перегреве эквивалентная температура дополнительного цикла будет ниже эквивалентной температуры основного цикла, поэтому паро-паровой промперегрев не повышает, а, наоборот, снижает теоретический КПД всего цикла. Применение его оправдано только требованиями надежности, так как вследствие промперегрева понижается влажность пара в конце процесса расширения в турбине и тем самым удается избежать или, по крайней мере, уменьшить эрозионный износ лопаток последних ступеней. Другая причина, оправдывающая применение такого перегрева заключается в повышении относительного внутреннего КПД последующей части турбины вследствие уменьшения потерь от влажности.

Промежуточный перегрев пара всегда сочетается с предварительной осушкой (сепарацией) влаги основного потока в специальных сепараторах. Это позволяет снизить значение влажности пара с 814% до 12% и избежать затрат теплоты греющего пара на предварительную осушку. Сочетание сепаратора и перегревателя называют СПП - сепаратором-пароперегревателем.

Промежуточный перегрев пара, частично сработавшего перепад в цилиндре высокого давления и осушенного в сепараторе, производится только в поверхностных перегревателях. Теоретически, смешивание насыщенного пара высокого давления и осушенного пара низкого давления, даст пар промежуточного давления, но не перегретый. В поверхностных перегревателях промежуточный перегрев пара может производиться за счет свежего пара и за счет отборного.

3. Турбины с пониженной частотой вращения

Турбины насыщенного пара работают при низких начальных параметрах. В силу этих обстоятельств ее располагаемый теплоперепад невелик по отношению к турбинам перегретого пара. Поэтому для выработки установленной мощности требуется значительно большее количество рабочего органа – пара. В связи с необходимостью сработать весь теплоперепад при значительных удельных расходах пара возникает проблема пропускной способности выхлопов турбины. При неизменных геометрических размерах выхлопной части, увеличение мощности расходом пара на турбину будет приводить к росту скоростей пара на выходе из последней ступени. При этом растут потери с выходной скоростью. Для того, что бы ни увеличивать выходные потери, необходимо либо увеличивать число выхлопов, либо площадь каждого из них. Снизить выхлопные потери можно так же, увеличивая давление в конденсаторе и тем самым, уменьшая объем, пара и его скорость, но при этом снизится термический КПД.

Наиболее эффективным средством снижения выхлопных потерь является увеличение высоты последних лопаток при сохранении количества цилиндров низкого давления. Но чем больше высота лопаток, тем больше напряжения в них от парового изгиба и, особенно от центробежных сил. Обеспечение механической прочности лопаток требует применения новых конструкционных материалов. Однако увеличение высоты лопаток при сохранении скорости вращения ротора требует понижения влажности пара, что может повлечь необходимость установки дополнительных сепараторов.

Одним из путей решения проблемы увеличения пропускной способности выхлопов является создание турбин со скоростью вращения ротора 1500 об/мин. Тогда появляется возможность применять лопатки большей длины и повышаются значения допустимой влажности.

При переходе со скорости 3000 об/мин. на 1500 об/мин несколько улучшается КПД цилиндров низкого давления. Вместе с тем тихоходные турбоустановки имеют и недостатки. Из-за уменьшения окружных скоростей необходимо снижать и скорость входа на рабочие лопатки, чтобы выдержать оптимальное значение соотношения скоростей u/с=0,5. Это приводит к снижению теплоперепада на ступень и к увеличению количества последних, особенно в области малых высот лопаток. Стремление увеличить окружные скорости увеличением диаметров дисков роторов приводит к росту геометрических размеров цилиндров и к большей металлоемкости. Кроме того, при скорости 1500 об/мин. удорожается генератор.