Типы турбин для генераторов

Синхронный турбогенератор

Рассмотрены принцип работы, характеристики, внешний вид, конструкция и методы диагностики синхронных турбогенераторов. Даны примеры расшифровки типов.

1. Принцип работы

Механическая энергия самой турбины (рис.1) превращается в электрическую. Это возможно благодаря вращающемуся магнитному полю, создаваемого с помощью непрерывного тока, протекающему в обмотке самого ротора. Это способствует и формированию трехфазного переменного тока, а также напряжению в статоре (его обмотках). Крутящий момент от двигателя передается на ротор генератора.

Данная характеристика турбогенератора позволяет при обращении ротора образовывать магнитный момент, который и создает электрический ток в его обмотках. Благодаря системе возбуждения в агрегате обеспечивается поддержка постоянного напряжения на всех режимах функционирования данного устройства.

Циркуляция воды в теплообменниках и газоохладителях происходит при помощи насосов, которые располагаются вне самого турбогенератора.

Общий вид турбины

vid turbiny

Рисунок 1 – Общий вид турбины

2. Характеристики

В зависимости от мощности данного оборудования, его разделяют на три основные категории:

  • 2,5 – 32 МВт;
  • 60 – 320 МВт;
  • мощность турбогенераторов более чем 500 МВт.

Что касается частоты вращения, то турбогенераторы бывают:

  • двухполюсные с частотой вращения от 1500 до 1800 оборотов в минуту;
  • четырёхполюсные (300 – 3600 об/мин).

В зависимости от электрической мощности и самих технических задач энергоснабжения, различают следующие типы турбогенераторов с различными системами охлаждения:

  • масляные;
  • воздушные;
  • водородные;
  • асинхронные;
  • комбинированные водородно-водяные.

Последний тип данных устройств чаще всего используют для работы на АЭС. Асинхронные же турбогенераторы нашли своё применение в энергетических системах с высокими колебаниями нагрузки и составе мощных ТЭЦ. Агрегаты масляным и воздушным охлаждением применяют для работы на тепловых электростанциях (ТЭС), обладающих различной мощностью.

3. Внешний вид

В качестве примера показан продольный разрез турбогенератора (рис.2) мощностью 12 МВт с воздушным охлаждением.

вид современного турбогенератора
Рисунок 2 – Общий вид современного турбогенератора

  • 1 – уплотнения на валу ротора;
  • 2 – торцевой щит;
  • 3 – кронштейн крепления;
  • 4 – ротор;
  • 5 – магнитопровод статора;
  • 6 – детали крепления магнитопровода к корпусу;
  • 7 – корпус турьогенератора;
  • 8 –охладитель турбогенератора;
  • 9 – возбудитель;
  • 10 – патрубок подвода воды к охладителю;
  • 11- охладитель возбудителя;
  • 12 – маслопровод к подшипнику;
  • 13 – стойка подшипника;
  • 14 – термометр;
  • 15 – трубки для циркуляции воды в охладителе;
  • 16 – бандажные кольца обмотки статора;
  • 17 – бандажное кольцо ротора;
  • 18 – центробежный вентилятор;
  • 19 – фланец для соединения вала ротора с турбиной

4. Конструкция

Основные конструктивные элементы турбогенератора – это ротор и статор.

Ротор турбогенератора

Чтобы сформировалась высокая прочность, ротор турбогенератора выпускают в виде толстого цилиндра из сплошной стальной заготовки. В таком случае используют углеродистую сталь, как правило, марки «35» (в случаи малой нагрузки данного агрегата).

Ротор турбогенератора (рис.3) оснащен двумя рядами отверстий, расположенных вдоль первых обмоточных отверстий. Необходимо это, чтобы закрепить там специальные балансировочные грузы. Длина ротора турбогенератора существенно меньше его активных размеров.

ротор

Рисунок 3 – Общий вид ротора

  • 1 – контактные кольца;
  • 2 – кольцевые бандажи;
  • 3 – бочка ротора;
  • 4 – вентилятор;
  • 5 – вал

При частоте вращения порядка 3000 оборотов в минуту, ротор изготавливают диаметром в 1,2 метра. Обмотку делают из специальной полосовой меди с дополнительной присадкой серебра. Она удерживается в пазах благодаря дюралевым клиньям.

Для того, чтобы повысить тепловую стойкость ротора от воздействия на него обратных токов, сверху изоляции обмотки укладываются короткозамкнутые кольца, которые изготавливают в виде двухслойного медного гребенка.

Для повышения единичной мощности охлаждение турбогенератора делают более интенсивным, без существенного увеличения габаритов. Если нагрузка таких устройств превышает 50 Вт, то используют жидкое либо водородное охлаждение его обмоток.

Статор турбогенератора

Статор (рис.4) изготавливается из корпуса, в котором имеется сердечник с углублениями для установки в них обмотки. В основу сердечника входят слои, которые набираются из нескольких листов стали (электротехнической), дополнительно имеющих лаковое покрытие. Между этими слоями имеются специальные каналы для вентиляции (порядка 5 – 10 сантиметров).

В месте, где находятся углубления, обмотка закрепляется при помощи клиньев, а ее передняя часть укреплена на специальных кольцах. Располагается она с конца статора. Сам сердечник помещен в прочный сварной корпус, изготовленный из стали.

статор

Рисунок 4 – Общий вид статора

Возбуждающий режим (система возбуждения)

В виде основного такого метода служит бесщеточная система. Возбудитель закрытого типа обладает изолированной вентиляцией. Для турбогенераторов, производительность которых составляет 160 – 800 Мегаватт, используется тиристорная система, с самостоятельной активизацией. Сам возбудитель представляет собой синхронный трехфазный генератор переменного тока.

При помощи термопреобразователей осуществляется проверка теплового режима главных узлов, а также охлаждающей системы. Подсоединяются они к установке центрального управления.

Благодаря специальной аппаратуре можно осуществлять контроль давления, расход охлаждающей воды, дистиллята, следить за давлением масла и т.п. С ее помощью происходит непрерывное отслеживание всех изменений заданных параметров от нормы.

На данных агрегатах устанавливают и специальные системы защиты. Такая характеристика турбогенератора сообщает о снижении уровня воды, расходуемой в газоохладителе.

5. Диагностика турбогенераторов

Средний срок эксплуатации турбогенератора составляет 30 лет. Несложно представить, что за такой длительный период машина может выйти из строя полностью или частично, и по этой причине владельцы подобных агрегатов проводят тестирование и диагностику через определенные промежутки времени.

На данный момент существуют специальные компании, которые предлагают свои услуги в сфере обслуживания генераторов, также можно проводить испытания самостоятельно. Существуют некоторые различия между методами проведения проверки всех частей конструкций на исправность. Чтобы понять, какая диагностика турбогенераторов будет наиболее подходящей для того или иного предприятия, стоит детально изучить все методы.

Методы и способы проведения диагностики турбогенераторов

Диагностику генераторов проводят по таким методам:

  • Классические;
  • В эксплуатации под рабочим напряжением;
  • От постороннего источника напряжения.

Классический способ диагностики турбогенераторов

Это один самых давних, но далеко не самых удачных методов диагностики, который заключается в проверке машин в «шоковом» режиме и учете срока эксплуатации. При таких испытаниях диагностика турбогенераторов не только не дает ответы на самые основные вопросы (какие части нужно заменить и сколько еще проработает агрегат), но и может полностью вывести его из строя, что является весьма значимой статьей расходов.
Поскольку такой метод исследований очень опасный и малоэффективный, во многих странах мира его стараются заменить неразрушающими методами диагностики изоляции.

Мониторинг разрядной активности в контролируемой изоляции помогает не только точно установить все дефекты и поломки, но и классифицировать их по степени опасности. Исходя из этих данных проводится ремонт, обусловленный реальными потребностями машин.

Диагностика турбогенератора в эксплуатации под рабочим напряжением

Чтобы провести объективную оценку технического состояния генератора, лучше всего воспользоваться этим неразрушающим методом, а по его результатам определить, нужны ли испытания с посторонним источником напряжения. Диагностика турбогенераторов в этом случае осуществляется в несколько этапов. Первый из них заключается в том, что периодически проводятся замеры разрядной активности машины, этот процесс осуществляется при помощи специальных датчиков, установленных на торцевые щиты генератора, и подключенных к анализатору потока импульсов. На следующем этапе проводится замер разрядной активности, при этом меняется и активная и реактивная мощность.
На этом этапе можно выявить такие дефекты:

  • Проблемы в обмотке ротора или статора;
  • Ухудшение состояния железных пакетов;
  • Ослабление заклиновки стержней в пазах;
  • Ослабление вязок корзины;
  • Загрязнения в обмотке.

При обнаружении данных проблем проводится следующий этап мониторинга – объемная локация. На этой стадии диагностики удается выявить все дефекты, четко определить места их дислокации и классифицировать поломки. Проводятся подобные исследования при помощи специальных датчиков и осциллографа.

После проведения всех работ делается заключение, в котором указывается, можно ли эксплуатировать генератор, нужны ли проверка от постороннего источника напряжения и дальнейший ремонт машины.

Испытания турбогенераторов от постороннего источника напряжения

Этот метод исследований также проводится в несколько этапов. В первую очередь стоит провести разборку машины и оценить визуально все ее детали, сфокусировать внимание на следах истирания изоляции. Если таковые обнаруживаются, они отправляются на лабораторные исследования, которые помогают вычислить степень истирания.

Также стоит внимательно осмотреть защитное покрытие, по его состоянию можно сделать вывод касательно уплотнения подшипников и уровня эксплуатации машины. Далее проводится несколько измерений разрядной активности на каждой из обмоток. Это помогает находить стержни с дефектами и определять степень их опасности, возможность дальнейшей эксплуатации.

Читайте также  Тактовый генератор в майнкрафт

Диагностика турбогенераторов такими методами помогает наиболее точно определять уязвимые места, классифицировать их по степени опасности и проводить ремонт с учетом реальных потребностей агрегатов, а не технических рекомендаций.

6. Расшифровка

Таблица 1 – Расшифровка буквенных и цифровых обозначений наименования турбогенератора

1. Турбогенератор Т
2. Тип первичного двигателя
паровая турбина Г
газовая турбина В
3. Охлаждение
газовое Г
водородное В
форсированное Ф
Мощность, МВт [число]
Количество полюсов [число]

Примечание: буквенные обозначения в названии генератора записываются слитно, а числовые — через тире.

Примеры расшифровки наименований турбогенераторов:

  • Т-6-2 — турбогенератор мощностью 6 МВт с двумя полюсами;
  • ТП-12-2 — турбогенератор приводимый паровой турбиной, мощностью 12 МВт с двумя полюсами;
  • ТВС-30 — турбогенератор с водяным охлаждением, серия С, мощностью 30 МВт;
  • ТВ-60-2 — турбогенератор с водяным охлаждением, мощностью 60 и двумя полюсами;
  • ТВ2-100-2 — турбогенератор с водяным охлаждением, серия 2, мощностью 100 МВт, двумя полюсами;
  • ТВФ-63-2 — турбогенератор с водяным форсированным охлаждением, мощностью 63 МВт и двумя полюсами;
  • ТВВ-160-2 — турбогенератор с водородно-водяным охлаждением, мощностью 160 МВт и двумя полюсами;
  • ТГВ-300 — турбогенератор с газовым водородным охлаждением, мощностью 300 МВт.

Заключение

Турбогенераторы представляют собой генераторы синхронного типа, которые напрямую подсоединены к ТЭС. Турбины их работают на органическом топливе и поэтому обладают самыми высокими показателями экономичности. Особенно это касается большой частоты их вращения. Это генерирующее оборудование обеспечивает около 80 процентов суммарного мирового объема вырабатываемой электрической энергии.

Типы паровых турбин

Паровая турбина — это машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения.

В паровой турбине , как следует из названия, работу совершает нагретый пар. Пар в турбину поступает из парового котла или котла-утилизатора. Температура, с которой приходит в турбину пар, может быть разной. Но в основном, температура пара в районе 500-570 градусов Цельсия. Давление, также, разнообразное. Самое распространённое, это — 90 ата, 130 ата и 240 ата.

По типу паровые турбины делятся на: конденсационные, теплофикационные, теплофикационные с отбором пара на производство, противодавленческие.

В общем можно сказать, что тип турбины зависит от того, сколько и полностью ли пар совершает работу в турбине и куда он ещё идёт «на сторону».

Конденсационные турбины

Вероятно, этот тип турбин самый распространённый (маркировка — К). В комплекте с самой такой турбинной обязательно есть ещё устройство для сбора отработавшего пара — конденсатор. Весь отработавший пар в такой турбине поступает в конденсатор.

Конденсационные паровые турбины предназначены для выработки электричества. Т.е. такие турбины ставят на ГРЭС . На ТЭЦ ставят, в основном, другого типа турбины. Весь пар с котла поступивший в такую турбину совершает работу для получения электроэнергии. Тепловую энергию с таких турбин не получают, за редкими исключениями.

Конденсационная турбина на Сургутской ГРЭС-2

В России такие турбины в советское время производил завод ЛМЗ — Ленинградский металлический завод. В настоящее время он переименован в ОАО «Силовые машины».

Теплофикационные турбины

Турбины типа — Т. Этот вид турбин устанавливают на ТЭЦ, т.е. там, где помимо выработки электричества, ещё нужно получать тепловую энергию — отопление и горячее водоснабжение.

У теплофикационных турбин существуют регулируемые теплофикационные отборы пара. Регулировка осуществляется поворотной диафрагмой. Пар с такого отбора поступает в сетевые подогреватели — теплообменники, где пар передаёт своё тепло сетевой воде.

Теплофикационные турбины, как правило, могут работать и в конденсационном режиме, например, в летнее время. В таком случае пар на сетевые подогреватели не поступает, а весь используется для выработки электричества.

Ротор теплофикационной турбины

Теплофикационные турбины в России производятся на УТЗ — Уральском турбинном заводе.

Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара

Маркировка таких турбин — ПТ.

Промышленный отбор пара означает то, что часть пара с таких турбин уходит на какое-либо стороннее производство (завод, фабрику и т.д.). Пар может возвращаться обратно на электростанцию в виде конденсата, а может и полностью теряться.

Такие турбины в настоящее время практические не устанавливают. В советское время их устанавливали на ТЭЦ вблизи крупных промышленных предприятий — химических комбинатов, деревообрабатывающих заводах и т.д..

Противодавленческие турбины

Противодавленческие турбины имеют маркировку — Р. В составе таких турбин отсутствует конденсатор, а весь отработавший пар идёт с каким-либо небольшим давлением стороннему потребителю.

Этот тип турбин в настоящее время, как и турбины ПТ, не находит применение за редким исключением. После распада Советского Союза многие такие турбины «пылились» без дела, так как отсутствовал внешний потребитель отработавшего пара. Без потребителя пара невозможна и их эксплуатация, а значит и выработка электричества.

Паровая турбина Р-27-8,8/1,35:

Но позже нашли оригинальное решение их модернизации. В пару к таким турбинам начали устанавливать небольшие турбины типа К (конденсационные), рассчитанные на работу с низким давлением пара. Т.е после того, как пар отработал в турбине Р, он не идёт стороннему потребителю, а поступает на вход дополнительно установленной турбины типа К, где завершает свою работу и конденсируется в конденсаторе.

Типы турбин для генераторов

ТУРБИНЫ ПАРОВЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ДЛЯ ПРИВОДА ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ

Типы и основные размеры

Stationary steam turbines for turbogenerators. Types and basic parameters

МКС 27.040
ОКП 31 1110

Дата введения 2018-07-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 244 "Оборудование энергетическое стационарное", Открытым акционерным обществом Таганрогский котлостроительный завод "Красный котельщик" (ОАО ТКЗ "Красный котельщик"), Открытым акционерным обществом "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им.И.И.Ползунова" (ОАО "НПО ЦКТИ")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 сентября 2016 г. N 91-П)

За принятие проголосовали:

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 марта 2017 г. N 120-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 3618-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2018 г.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты" (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 3, 2020 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на паровые стационарные турбины мощностью до 50 МВт, предназначенные для привода турбогенераторов тепловых электростанций, работающих на органическом топливе. Для турбин, предназначенных для экспорта, допускают отклонения от требований настоящего стандарта, определяемые условиями договора между предприятием и внешне-экономической организацией.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения

ГОСТ 23269-78 Турбины стационарные паровые. Термины и определения

ГОСТ 24291-90 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения

ГОСТ IEC 60034-1-2014 Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Читайте также  Таблетка генератора как при неисправности

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 19431, ГОСТ 23269, ГОСТ 24291, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 номинальная мощность конденсационной турбины (типа К): Наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на клеммах турбогенератора при номинальных значениях всех других основных параметров и при использовании нерегулируемых отборов пара для постоянных собственных нужд энергоблока.

3.2 номинальная мощность теплофикационной турбины (типов П, ПТ, ПР) и турбины с противодавлением (типа Р): Наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на клеммах турбогенератора при номинальных значениях основных параметров.

3.3 максимальная мощность теплофикационной турбины (типов П, ПТ, ПР) и турбины с противодавлением (типа Р): Наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на клеммах турбогенератора на конденсационном режиме или при определенных соотношениях расходов отбираемого пара (в соответствии с диаграммой режимов) и давлений пара в отборах или противодавления, при номинальных значениях других основных параметров.

3.4 начальные параметры пара: Абсолютное давление и температура пара перед стопорным клапаном турбины.

3.5 температура промежуточного перегрева пара: Температура пара перед стопорным клапаном цилиндра среднего (низкого) давления турбины.

3.6 абсолютное давление пара в отборе: Абсолютное давление пара в отборном патрубке турбины.

3.7 расход отбираемого пара: Количество пара, которое отдается турбиной для внешнего теплового потребления.

3.8 температура питательной воды: Температура воды на выходе из системы регенерации.

3.9 температура охлаждающей воды: Температура воды на входе в конденсатор.

3.10 удельный расход теплоты брутто на конденсационном режиме: Расход теплоты на турбину на конденсационном режиме, отнесенный к сумме мощностей турбогенератора и турбинных приводов питательных насосов.

3.11 удельный расход пара: Расход свежего пара, отнесенный к сумме мощностей турбогенератора и турбопривода питательного насоса.

4 Обозначение типов турбин

Турбины изготовляют следующих типов:

П — теплофикационные с производственным отбором пара;

ПТ — теплофикационные с производственным и отопительным отборами пара;

Р — с противодавлением, без регулируемого отбора пара;

ТР — теплофикационные с противодавлением и с отопительным отбором пара.

5 Типоразмеры турбин и значения основных параметров

5.1 Типоразмеры турбин и номинальные значения основных параметров должны соответствовать указанным в таблице 1.

Начальный параметр пара

Темпе-
ратура проме-
жуточ-
ного перег-
рева пара, °С

Энергетическая турбина: назначение, виды и обслуживание

Энергетическая турбина: назначение, виды и обслуживание

Турбины являются приводом электрогенератора для выработки энергии и тепла. Они используются на различного вида электростанциях, в компрессорных агрегатах, транспортных средствах.

Тепловая электростанция

Рис. 1. Тепловая электростанция

Конструкция состоит из вращающегося вала с лопатками и неподвижного корпуса с лепестками. Пару из движущегося и неподвижного элементов называют ступенью турбины. На каждой установке насчитывается разное количество ступеней в зависимости от необходимой мощности агрегата.

Турбина включает в себя несколько цилиндров с разными степенями давления – высокого, среднего и низкого. В каждом цилиндре лопатки имеют разные форму и размер для более эффективного получения энергии.

Перед попаданием в турбину газ или вода нагнетается в камеру сгорания. После этого продукты горения подаются на лопатки и вращают механизм. Этим приводится в движение генератор. С помощью турбины мощность входящих рабочих веществ преобразуется в механическую работу.

Энергетические турбины стали заменой поршневой паровой машины, распространенной до конца 19 века. Новый тепловой двигатель позволил в несколько раз увеличить скорости вращения рабочего вала и повысить производительность генераторов при уменьшении их габаритов.

Виды энергетических турбин

Энергетические турбины различаются по рабочему телу – веществу, приводящему агрегаты в работу. По этой классификации установки делятся на паровые, газовые и парогазовые.

Паровые агрегаты извлекают энергию из пара. По трубам в конструкции подается вода. Там она нагревается и превращается в пар.

Рабочее тело газовых установок не меняет своего агрегатного состояния на протяжении всего цикла. Газовые турбины обладают большим КПД за счет увеличенного верхнего предела температур.

Газовая турбина

Рис. 2. Газовая турбина

При одинаковой мощности с паровыми, газовые турбины могут иметь меньшие габариты, что обеспечивает экономию материала при производстве, малую занимаемую площадь и снижение расходов на обслуживание.

Обслуживание энерготурбин

Высокие скорости вращения, экстремальные температуры (около 600 °C), сильные нагрузки снижают надежность и срок службы дорогостоящих деталей турбинного оборудования.

Чтобы повысить ресурс механизмов, конструкторы ищут эффективные материалы, способные снизить коэффициент трения подвижных элементов и защитить их от воздействия сложных условий эксплуатации.

Традиционно для этого применяются пластичные смазки, которые улучшают скольжение изделий и облегчают их монтаж. Однако такие средства быстро испаряются с места нанесения, выдавливаются при высоких контактных давлениях и не выдерживают нагрева.

Новым направлением в обслуживании узлов трения энергетических турбин является применение антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП). Они созданы для длительной защиты деталей в экстремальных условиях эксплуатации.

На хвостовики лопаток, клапаны стравливания давления, подшипники скольжения, прессовые посадки, ходовые винты, крепеж, конденсатоотводчики наносят покрытия MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005, MODENGY 1007, MODENGY 1014.

Лопатки турбин до и после нанесения покрытия на хвостовики

Рис. 3. Лопатки турбин до и после нанесения покрытия на хвостовики

Они эффективно защищают детали от коррозии и перегрева, снижают трение и износ, увеличивают срок службы механизмов. АТСП можно наносить уже на этапе производства деталей.

Производство энергетических турбин является очень наукоемким и затратным процессом. Конструкторы приводов генераторов постоянно ищут возможности увеличения их ресурса и производительности.

Паротурбинные установки тепловых электростанций (ТЭС)

Паровая турбина вместе с относящимися к ней регенеративными подогревателями, конденсатором, насосами, трубопроводами и арматурой образует паротурбинную установку.

Современная паровая турбина состоит из большого числа деталей, тщательно изготовленных и собранных в единый агрегат. Мощности современных энергетических турбоагрегатов постоянно повышаются, и в настоящее время основной прирост мощностей в энергосистемах происходит за счет ввода агрегатов 300, 500, 800 МВт. На Костромской ГРЭС сооружен головной агрегат мощностью 1200 МВт.

Увеличение мощности турбоагрегатов позволяет сооружать ТЭС большой мощности при одновременном удешевлении их строительства и эксплуатации и снижении расходов топлива на выработанный киловатт-час. Наряду с экономичностью современная турбина должна отвечать высоким требованиям безопасности, надежности и маневренности. Требование высокой маневренности предъявляется ко всему энергетическому оборудованию. Турбина должна допускать быстрый пуск, набор и изменение нагрузки и остановку. Эта задача весьма сложна для агрегатов, работающих при высоких начальных параметрах пара (26 МПа, 540-570 °С) и имеющих стенки корпусов и фланцы большой толщины.

При разработке и эксплуатации турбин приходится сталкиваться с весьма сложными проблемами аэродинамики, теории колебаний, теплопередачи, изменения свойств материалов при высоких температурах и вибрации, автоматического регулирования и контроля турбоустановки.

Схема простейшей турбины

Рис. 1. Схема простейшей турбины

На рис. 1 показана схема простейшей турбины, а на рис. 2 — схема устройства многоступенчатой паровой турбины. Простейшая турбина состоит из соплового аппарата 1, рабочей лопатки 2, вала 3 и диска 4.

Схема устройства многоступенчатой паровой турбины

Рис. 2. Схема устройства многоступенчатой паровой турбины

1 — вал турбины; 2 — диски; 3 — рабочие решетки; 4 — нижняя половина корпуса; 5 — верхняя половина (крышка) корпуса; 6 — диафрагмы (нижние половины); 7, 8 – сопловые решетки; 9 – уплотнения диафрагмы; 10 – сопловая решетка первой ступени давления; 11 – переднее уплотнение; 12 – заднее уплотнение; 13 – опорные подшипники; 14 – упорный подшипник; 15 — соединительная муфта; 16 — червячная передача; 17 — масляный насос; 18 — фундаментные плиты; 19 — регулятор скорости; 20 — масляный бак; 21 — регулятор безопасности; 22 — камера отбора; 23 — окна для отбора пара; 24, 27 — опорные фланцы корпуса; 25, 26 — фланцы опорных блоков

Турбина состоит из вращающейся части — ротора и неподвижной части — статора. К ротору относятся вал и закрепленные на нем диски с рабочими лопатками. Статор включает в себя паровпускные органы, сопловые решетки, подшипники и др. Корпус турбины делается разъемным в горизонтальной плоскости по центровой линии вала. Нижняя его часть опирается на фундамент, а верхняя часть устанавливается на нижнюю и крепится по фланцам с помощью шпилек и гаек. Через паровпускные органы в сопловую коробку вводится свежий пар. Корпус заканчивается выхлопным патрубком, через который отработавший пар отводится из турбины.

Читайте также  Тон генератор урал саунд

В неподвижных каналах-соплах пар расширяется; при этом его давление и температура снижаются, скорость парового потока возрастает до нескольких сот метров в секунду и соответственно увеличивается его кинетическая энергия.

Она используется в подвижных рабочих лопатках, закрепленных на дисках, насаженных на вал турбины (рис. 2). Между дисками располагаются неподвижные перегородки — диафрагмы с закрепленными в них соплами. Диафрагма и диск с рабочими лопатками образуют ступень турбины.

При большом числе ступеней (20 — 30) турбина состоит из нескольких цилиндров. Частота вращения ротора паровых энергетических турбин обычно составляет 3000 об/мин или 50 с -1 , что соответствует принятой в СНГ частоте переменного тока 50 Гц.

На каждой ступени турбины лишь часть внутренней энергии пара преобразуется в механическую энергию, передаваемую с вала турбины на вал генератора электрического тока. Увеличение числа ступеней приводит к повышению КПД турбинной установки, так как в этом случае каждая ступень «работает» в более оптимальном режиме. Однако увеличение числа ступеней оправдывает себя лишь до определенного предела, так как с ростом числа ступеней турбина усложняется и становится дороже.

Крупные энергоблоки, работающие при высоком и закритическом давлении пара, выполняются с промежуточным перегревом. Пар высоких параметров, совершая работу в турбине, на последних ее ступенях увлажняется, а это приводит к снижению КПД и эрозионному воздействию капелек влаги на лопатки турбины. При использовании же промежуточного перегрева пара не только понижается его конечная влажность, но и повышаются показатели тепловой экономичности цикла. На рис. 3 дана схема одной из наиболее распространенных в нашей энергетике конденсационных турбин К- 300 — 240 мощностью 300 МВт, работающей при начальном давлении пара 240 атм (23,5 МПа). Температура свежего пара принята 540 — 560 °С, частота вращения 3000 об/мин.

Турбина состоит из трех цилиндров: цилиндра высокого давления (ЦВД), цилиндра среднего давления (ЦСД) и цилиндра низкого давления (ЦНД). В двенадцати ступенях ЦВД пар расширяется от указанных выше начальных параметров до давления 4 МПа, после чего направляется в промежуточный пароперегреватель (ПП), установленный в котле, и далее с давлением 3,5 МПа и температурой 540 — 560 °С поступает в ЦСД. В двенадцати головных ступенях ЦСД пар расширяется до давления 0,2 МПа, затем разделяется на два потока: одна треть проходит пять ступеней низкого давления, расположенных в ЦСД, и поступает в конденсатор, а две трети пара по перепускным трубам подаются в ЦНД, где, разделяясь на два потока, проходят по пяти ступеням низкого давления и направляются также в конденсатор. Давление пара за последними ступенями перед входом в конденсатор равно 0,0035 МПа. Разделение пара в части низкого давления на три потока связано с большими объемами пара в последних ступенях. Выпуск всего объема пара через одну решетку приводил бы к недопустимым по соображениям прочности высотам рабочих лопаток. Даже при разделении пара в последних ступенях на три потока высота лопаток составляет 960 мм, а окружная скорость на их вершинах — 540 м/с. При массе последней лопатки 9,8 кг центробежная сила, действующая на нее, равна

Еще более сложны турбины большей мощности. Так, у турбин мощностью 500 МВт делается 4 выхлопа в конденсатор, а у турбины К-800-240 мощностью 800 МВт — шесть выхлопов в конденсатор. В турбине К-1200-240 мощностью 1200 МВт, установленной на Костромской ГРЭС, лопатки последних ступеней имеют длину 1200 мм, но для уменьшения центробежных сил они выполнены из более легкого титанового сплава.

Изменение параметров рабочего тела в активной турбине

Рис. 3. Изменение параметров рабочего тела в активной турбине:

1, 9 — камеры свежего и отработанного пара; 2,4,6 — сопла; 3,5,8 — рабочие лопатки; 7 — диафрагма.

Схема турбины К-300-240

Рис. 4. Схема турбины К-300-240 (z — число ступеней)

Теплофикационные турбины, устанавливаемые на ТЭЦ, могут иметь 1 или 2 регулируемых отбора (например, промышленный и теплофикационный). В теплофикационной турбине Т — 250 — 240 имеются 2 отбора пара для подогрева воды в системе теплоснабжения (из них один регулируемый) и, кроме того, может быть осуществлен предварительный нагрев сетевой воды в специальном подогревателе, встроенном в конденсатор.

Отработавший пар конденсационных турбин и турбин с промышленными и теплофикационными отборами поступает в конденсатор, где поддерживается давление значительно ниже атмосферного. В конденсаторе осуществляется отвод тепла от рабочего тела — пара — при возможно более низкой температуре и давлении с превращением пара в конденсат, идущий вновь на питание котлов. Здесь тепло отдается охлаждающей (циркуляционной) воде. Конденсат не должен смешиваться с охлаждающей водой, имеющей большое количество примесей. Поэтому конденсатор представляет собой теплообменник поверхностного типа.

На рисунке 5 приведена схема конденсатора паровой турбины.

Теплообмен от пара к охлаждающей воде происходит через стенки трубок небольшого диаметра, чаще всего латунных, внутри которых движется охлаждающая вода. В конденсатор поступает влажный пар; температура насыщения конденсирующегося пара tк тем ниже, чем ниже температура циркуляционной воды. При прямоточном водоснабжении, когда вода в конденсатор забирается из реки или пруда, ее температура колеблется от 2 до 20 °С (среднегодовая расчетная температура 10 — 12 °С). Если же водоснабжение является оборотным с охлаждением воды в градирнях, то температура воды меняется в зависимости от времени года от 10 — 12 °С до 35 -40 °С.

Схема конденсатора паровой турбины

Рис.5. Схема конденсатора паровой турбины:
1 – патрубок для выхода воды, 2 – крышка водяных камер, 3 — водяные камеры, 4 – трубные решетки, 5 – корпус конденсатора, 6 – пароприемная горловина, 7 — трубки, 8 — сборник конденсата, 9 — патрубок для подвода воды, 10 — патрубок для удаления воздуха.

Обычно циркуляционная вода в конденсаторе нагревается на 8 -10 °С. При поддержании давления в конденсаторе pк = 0,0035 МПа температура конденсации составляет tk = 26,4 °С. В летнее время, когда температура охлаждающей воды выше среднегодовой расчетной, давление в конденсаторе может повышаться до 0,01 МПа, что соответственно снижает экономичность работы турбоустановки. На одну тонну конденсируемого пара расходуется 50 — 60 т охлаждающей воды.

Для поддержания хороших условий теплообмена и постоянного парциального давления воздуха, а вместе с ним и общего давления в конденсаторе просачивающийся в конденсатор воздух необходимо непрерывно удалять. Для этого устанавливаются воздухоотсасывающие устройства — пароструйные или водоструйные эжекторы.

Конденсат из нижней части конденсатора откачивается конденсатными насосами и подается через подогреватели в котел. Конденсатор устанавливается под турбиной и представляет собой горизонтально расположенный сосуд, сваренный из листовой стали. Внутри корпуса конденсатора на некотором расстоянии от его торцов ввариваются специальные пластины с отверстиями, называемые трубными досками, в которые завальцовываются трубки, образующие поверхности теплообмена. Корпус с торцов закрывается крышками так, что между крышками и трубными досками образуются водяные камеры.

Если в одной из камер установить горизонтальную перегородку, то по-лучим двухходовой конденсатор: охлаждающая вода поступает в нижний (подводящий) патрубок передней камеры, проходит по нижним рядам труб и через заднюю камеру поступает в верхние ряды труб, после чего удаляется из конденсатора.

Для рассмотренной выше турбины К-300-240 Ленинградского металлического завода конденсатор имеет следующие характеристики:

Количество трубок, шт. 19600
Длина трубок, м 8,9
Диаметр dн, мм 28
Диаметр dвн, мм 26
Расход пара при номинальной нагрузке турбины, т/ч 570
Номинальный расход охлаждающей жидкости, т/ч 36000

Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа, 2003.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: