Паровые турбины

25 Июн 2014 | Автор: | Комментариев нет »

План

Введение ……………………………………………………………………....с.3
1. Типы паровых турбин………………………………………………………с.4
2. Паровые турбины малой и большой мощности…………………………..с.6
3. Принципы регулирования паровых турбин……………………………….с.9
4. Конструкция и основные детали паровых турбин………………………с.14
Список литературы…………………………………………………………..с.23

Введение

Турбиной называется лопаточный двигатель, преобразующий энергию потока пара, газа или воды, протекающего через сопловой аппарат и рабочие лопатки ротора (лопасти рабочего колеса) в механическую энергию. В зависимости от характера рабочего тела различают паровые, газовые и гидравлические турбины.
В настоящее время в ЭХТС находят применение паровые и газовые турбины.
Паровые турбины, работающие на энергетическом паре, получаемом ТЭЦ либо с котлов-утилизаторов, используются в качестве привода турбокомпрессоров и турбонасосов.

1. Типы паровых турбин

В зависимости от условий работы и назначения различают следующие типы паровых турбин.
На рисунке а) представлена конденсационная турбина, работающая с расширением пара до глубокого вакуума pa ≈ 4 ..3 кПа, создаваемого в конденсационном устройстве. Эти турбины выполняются обычно с нерегулируемыми отборами пара для регенеративного подогрева питательной воды. Нерегулируемый отбор характеризуется непостоянством давления отбираемого пара. В соответствии с процессом расширения в турбине давления в отборах пропорциональны массовому расходу пара Пар отводится через специальные патрубки в нижней части корпуса турбины,
На рис. б) изображена турбина с конденсацией и одним регулируемым отбором пара для производственного или бытового потребления теплоты В этих турбинах часть пара отводится из промежуточных ступеней для использования в виде теплоты потребителями Остальная часть пара продолжает работать в последующих ступенях турбины, - после чего направляется в конденсатор. Давление отбора поддерживается постоянным независимо от нагрузки турбины с помощью специального регулирующего устройства.
В турбине на рис. в) два регулируемых отбора пара при различных давлениях.
На рис. г) представлена турбина двух давлений, использующая кроме свежего пара из котла отработавший пар из молотов, прессов, привода насосов, который подается в промежуточную ступень турбины.
На рис. д) изображена турбина с противодавлением. В установке конденсатор отсутствует. Пар требуемого давления из турбины подается для бытовых и производственных нужд. В некоторых случаях цри увеличении мощности электрической станции целесообразна установка турбины с противодавлением высоких начальных параметров пара, с использованием отработавшего пара для дальнейшего расширения в уже существующей турбине. Такая турбина носит название предвключенной. Ее противодавление соответствует начальному давлению существующей турбины
Каждая турбина обозначается шифром. Первая его часть - буквенная - характеризует тип турбины: К - конденсационная без регулируемых отборов, Т - конденсационная с теплофикационным регулируемым отбором пара (р = 0,7 .. 2,5 ата, или 70 ..250 кПа); П - с производственным регулируемым отбором пара (р ≥ 300 кПа), ПТ - конденсационные с двумя регулируемыми отборами пара, Р - турбина с противодавлением. Вторая  часть шифра - цифровая - указывает номинальную мощность турбины (тыс. кВт) Третья часть шифра (цифровая) обозначает давление свежего пара. У турбин типа П и Р третья часть шифра представляет дробь, числитель которой указывает давление свежего пара, а знаменатель - давление отбора либо противодавления турбины. Так, например, шифр ПТ-25-90/10 обозначает турбину мощностью 25 000 кВт с давлением свежего пара 8,8 МПа с двумя регулируемыми отборами пара - производственным с давлением 10 ата (~ 1 МПа) и теплофикационным.
На современных электростанциях преимущественное применение получили паровые турбины. Они могут быть изготовлены любой практически необходимой единичной мощности.
Особенно большими преимуществами отличаются турбины с регулируемым отбором пара и турбины с противодавлением, используемые для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. При конструировании турбин большой мощности, а также турбин небольшой мощности возникают особые задачи, которые рассмотрим ниже

2. Паровые турбины малой и большой мощности.

Характерной особенностью паровой турбины небольшой мощности является ограниченность ее КПД по значению и начальных параметров пара, а следовательно, и обеспечения высокого термического КПД установки Оба фактора обусловлены небольшим объемным расходом пара такой турбиной, требующим небольших сечений для прохода пара и, следовательно, небольших высот лопаток. Известно, что лопатка малых размеров определяет значительное возрастание относительного значения потерь в турбине.

Редукторная турбина (500 кВт, n = 12000/3000 мин-1): 1  - регулятор  2 - упорный подшипник 3 - редуктор 4 - маслоохладитель

В течение последних лет в области конструирования паровых турбин малой мощности произошли значительные сдвиги. Применение редуктора сделало паровую турбину малой мощности независимой от частоты вращения электрического генератора, что создало более благоприятные расчетные условия. Последние основаны на следующем.
При одной и той же окружной скорости колеса диаметры его обратно пропорциональны частоте вращения колеса:
D1 / D2 = n2 / n1
С друг.ой стороны, при одной и той же площади сечения для пропуска пара высоты лопаток обратно пропорциональны диаметрам колес:
D1 / D2 = l2 / l1
Отсюда
l2 / l1 = n2 / n1
т. е. высоты лопаток прямо пропорциональны частоте вращения. Повышение частоты вращения турбины позволяет при небольшом числе ступеней получать небольшие размеры- колес и достаточно длинные лопатки, необходимее для обеспечения приемлемой экономичности турбины. При значительном увеличении длины лопаток следует проверять их механическую прочность. Потери, вызываемые применением редуктора, незначительны
На рисунке выше редукторная турбина состоит из двухвенечного колеса и трех одновенечных активных ступеней. Диски изготовлены заодно с валом Турбина предназначена для вращения через редуктор электрического генератора с частотой вращения 3000 мин-1.
Наибольшие затруднения при повышении единичной мощности конденсационной турбины вытекают из ограниченных возможностей пропуска через последние ступени турбины больших объемов пара, обусловленных большим его массовым расходом, с одной стороны, и большим удельным объемом пара в последних ступенях - с другой. Наибольший объемный расход определяется допустимыми размерами последних ступеней по условиям прочности Располагаемые при этом возможности могут быть установлены из выражения для объемного расхода, который для рабочего колеса последней ступени исходя из уравнения неразрывности запишется так.
V = Fc2в = τπ(D2/(D/l))c2а = τ (602/π)(u2/(n2*d/l))c2а
При осевой составляющей скорости C2a объемный расход прямо пропорционален квадрату частоты вращения колеса и величине u2/(D/l).
Последняя выражает центробежную силу массы лопатки, определяющую разрывное усилие, действующее у корня лопатки.
Граничные значения равны примерно в настоящее время
u = 370 ... 420 м/с, l/D ≈ 0,35 ... 0,4.
Для граничных условий определяется наибольший объемный расход Qv для заданной частоты вращения, а при заданной плотности пара р - наибольший массовый расход Qm. Чтобы увеличить мощность потока пара при заданных предельных размерах последней ступени, необходимо увеличить располагаемую мощность пара. Эффективным средством для этого является повышение давления и температуры пара перед турбиной, а следовательно, повышение изоэнтропийного перепада энтальпий пара в турбине.
Повышение начальных параметров пара непосредственно связано с увеличением единичной мощности турбины. Так, построенная в СССР турбина К-500-240 мощностью 500 тыс. кВт имеет давление 23,5 МПа (240 ата) и температуру свежего пара 565° С.

Схема турбины с потоком, разделенным на три части

Турбины большой мощности выполняют с разделением основного потока пара перед поступлением в последние сгупени на несколько параллельных потоков. Каждая из частей потока рассчитана на максимальный пропуск пара. Значительное повышение максимального расхода пара при заданных размерах последних ступеней может быть достигнуто, как видно из формулы, понижением частоты вращения турбины. В этом случае применяется двухвальная турбина. Турбина низкого давления располагается на отдельном валу, предназначенном. Для работы с меньшей частотой вращения - 1500 мин-1. Применение двухвального агрегага в связи с ростом единичной мощности приводит к некоторому увеличению капитальных затрат из-за дублирования отдельных элементов установки.

3. Принципы регулирования паровых турбин

Задача регулировании паровой турбины - автоматически поддерживать равновесие между мощностью, развиваемой паром (действующей силой) и нагрузкой, приводимой в движение рабочей машины (силой сопротивления), обеспечивая при этом по возможности постоянство частоты вращения турбины для заданною режима работы. Чаще всего паровая турбина .обслуживает электрический генератор переменного тока, предназначаемый для работы с постоянной частотой вращения при любых режимах нагрузки. Регулируемым параметром является в указанных случаях заданная частота вращения. Саморегулирование производится автоматически с помощью регулятора скорости.
Если Nэ - электрическая мощность на зажимах генератора, кВт; Qm - массовый расход пара, кг/ч;  i1 – i2 - изоэнтропийный перепад удельных энтальпий, кДж/кг, то для равновесия должно быть соблюдено равенство
Qm (i1 – i2)ήо,э = 3600Nэ
где ήо,э - относительный КПД турбогенератора, включающий асе потери в турбине и потери в генераторе (1 кВт●ч = 3600 кДж).
В зависимости от схемы парораспределения турбины при изменении нагрузки Nэ меняется количество поступающего пара в турбину Qm и перепад удельных энтальпий (i1 – i2) соответственно с изменением параметров пара. Парораспределение и соответственно с ним система регулирования мощности турбины осуществляются двумя основными способами: дроссельным и сопловым.
При дроссельном парораспределении количество подаваемого пара устанавливается в соответствии со степенью открытия дроссельного клапана. При неполном его открытии снижается давление пара вследствие дросселирования. Поэтому дроссельное парораспределение является неэкономичные при работе турбины на частичных нагрузках. При сопловом парораспределении пар поступает в турбину через несколько клапанов, каждый из которых обслуживает группу сопл. В зависимости от нагрузки турбины открываются соответственно клапаны. Здесь возможно только частичное дросселирование пара в пределах неполностью открытых клапанов.

Схема количественного регулирования с поворотным сервомотором

Воздействие регулятора скорости на парораспределительную систему клапанов осуществляется системой непрямого регулирования, в которой регулятор действует на вспомогательный механизм (сервомотор), а последний производит перестановку перераспределения, и системой гидродинамическою регулирования.
Принципиальная схема непрямого регулирования с поворотном сервомотором показана на рисунке выше. Клапаны 8, 9, 10 поднимаются поочередно с помощью кулачков 5, 6, 7 на распределительном валике 4. Валик приводится во вращение сервомотором 3 с вращающимся радиальным поршнем. 2. Золотник приводится в среднее положение сервомотором с помощью шайбы обратной связи 12. Рассмотрим схему действия системы регулирования. При среднем положении золотника 1 его поршеньки 13 перекрывают окна, соединяющие золотник через трубу 11 с обеими полостями с двух сторон радиального поршня сервомотора 3. При уменьшении нагрузки частота вращения возрастает и муфта С регулятора скорости 15 перемещается в положение С. Регулирующий рычаг CAB занимает новое положение С'А'В', так как мгновенным центром вращения является точка В (шайба обратной связи). При перемещении точки А в А' поднимается золотник сервомотора, который открывает канал. Масло под давлением 500...600 кПа поступает в одну из полостей поворотного сервомотора и поворачивает распределительный валик 4 в соответствии с потребным количеством пара. Масло из второй полости сливается по каналу 14. В свою очередь, шайба обратной связи перемещает точку В в В', заставляя регулирующий рычаг занять положение C'AB', при котором вновь золотник перекрывает каналы 11 и приводит систему регулирования в равновесие. Таким образом, мощность турбины по расходу пара соответствует новой нагрузке, но при другом положении муфты регулятора (С') - соответственно другой частоте вращения. При увеличении нагрузки совершается тот же процесс в обратном направлении.

Схема гидродинамического регулирования
Максимальной мощности двигателя соответствует низшее положение муфты, соответственно минимальной частоте вращения - nmin минимальной мощности (холостому ходу) - nmax.
Величина
Ρ = nmax - nmin / ncp ● 100
носит название степени неравномерности. Для турбин она составляет 4 ... 6%.
Регулирующее устройство с масляным сервомотором при рычажной связи сложно, подвергается часто изнашиванию, затрудняет эксплуатацию.
В настоящее время широко применяют гидродинамическое регулирование, в котором рычажные связи заменены гидравлическими.
Масляный насос 1 специальной конструкции, расположенный на валу турбины, нагнетает масло под давлением из трубопровода 14 в камеру 9 и через клапан 12 в камеру 11. Из камеры 9 масло через сливные окна 10 может перетекать в камеру 11. Масло из камеры 11 через редуктор 7 сливается обратно в масляный резервуар по трубе 13. Назначение редуктора 7 - поддерживать в камере 11 постоянное давление.
Пусть частота вращения турбины увеличилась. Давление масла, создаваемое насосом 1, пропорционально частоте вращения во второй степени. Поэтому давление в камере 9 увеличится при неизменном давлении в камере 11. Поршень 8 опустится и переставит золотник 6, который откроет доступ масла по трубопроводу 5 в верхнюю полость поршневого сервомотора 3. Его поршень 4 будет опускаться, переставляя требуемым образом парораспределение 2. Для изменения частоты вращения турбины необходимо менять положение клапана 12.
Регулирование паровых турбин с отбором пара является более сложным, так как в его задачу входит поддержание постоянства частоты вращения вала и давления отбираемого пара при изменениях электрической и тепловой нагрузок.
На рисунке ниже показана принципиальная схема связанного регулирования. Для поддержания постоянства давления пара в схеме предусмотрен регулятор давления 4. Покажем действие регулирования на   примере уменьшения потребления пара из отбора при неизменной электрической нагрузке.

Схема связанного регулирования паровой турбины с отбором пара

В этом случае необходимо уменьшить расход пара через часть высокого давления (ЧВД) турбины (до отбора), а расход через часть низкого давления (ЧНД) (за отбором) увеличить. Так как при уменьшении отбора пара давление в камере отбора турбины увеличивается, то регулятор давления 4 опускает точку - узел а. При этом рычаг поворачивается вокруг неподвижной мгновенной точки 2 (муфта регулятора скорости при неизменной электрической нагрузке остается в прежнем своем положении), поднимая точку - узел d и масляный золотник 7. Точка - узел с и золотник 3 опускаются. Это приводит к прикрытию впускного клапана 5 и большему открытию перепускного клапана в ЧНД турбины 6. Процесс регулирования заканчивается после прихода масляных золотников в среднее положение.
При изменении только электрической нагрузки регулятор давления 4 сохраняет свое положение. Муфта регулятора скорости 1 в зависимости от изменения частоты вращения турбины воздействием на золотники 3 и 7 приводит в требуемое положение клапаны 5 и 6.
Каждая турбина снабжается регулятором безопасности, который в случае неисправности регулирования прекращает доступ пара в турбину при повышении частоты вращения турбины на 10 ... 12% сверх нормального.

Страниц: 1 2
Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!