Паротурбинные установки

Паровые турбины. Типы, схемы, марки

Паровая турбина — это тип теплового двигателя, который преобразует потенциальную энергию пара в кинетическую и далее преобразует кинетическую энергию в механическую энергию, которая вращается вокруг вала. В условиях ТЭС рабочей машиной считается электрогенератор. На тепловых электростанциях от паровой турбины поступают насосы с питательной водой, дымососы и вентиляторы.

Любая турбина состоит из неподвижных и движущихся частей, в частности статора и ротора. Преобразование потенциальной энергии в кинетическую происходит в неподвижной насадочной направляющей решетке. Здесь объем пара увеличивается с определенного первоначального значения. В процессе увеличения скорость пара увеличивается, и поток пара направляется на рабочие лопатки, закрепленные на роторе турбины. Набор неподвижных насадок, установленных на диафрагме, образует сетку насадок. На ротор надевается несколько дисков. По краю каждого диска закреплено несколько лопастей. Отдельный диск и лопасти называются рабочими. Из сопла между двумя соседними лопастями выходит пар. Сетка отдельных неподвижных насадок и сетка вращающихся лопастей (рабочая сетка) образуют ступеньку турбины. Впервые решетку паропроводящих форсунок называют ступеней регулирования давления, а другие ступени рассматривают как промежуточные ступени. Обычно турбина состоит из нескольких ступеней, Ступени образуют проточную часть турбины.

При прохождении через каждую насадочную сетку, особенно через ее каналы со специальными сечениями, поток пара ускоряется и имеет определенное направление. Это направление позволяет потоку пара проходить между двумя соседними лопастями без столкновений. Поток пара толкает лопасти и вращает диск и связанный с ним вал.

1 — Вал;

2 — Рабочая лопатка;

3 — Рабочая лопатка;

4 — Насадка.

Элементы ступени турбины

Конструкция паровой турбины и расположение направляющих рабочих лопаток относительно вала турбины

Турбина называется активной, если объем пара увеличивается только при прохождении через насадочную сетку и скорость пара вследствие этого увеличивается, а в рабочей решетке только при преобразовании кинетической энергии потока пара в механическую энергию, вращающую Вал, и объем потока пара в процессе преобразования этой энергии не увеличивается. Турбина называется реактивной, если скорость потока пара увеличивается как на решетке сопла, так и на рабочей решетке, а падение теплового потока пара одинаково на обоих.

Снижение давления потока пара в активной турбине при прохождении через сопло p, а при увеличении скорости C. При прохождении через канал между двумя соседними лопастями скорость C (от C2 до C1) наоборот уменьшается, давление пара стабилизируется (p1=p2). В правой части рисунка изображены изменения параметров паровой струи при работе реактивной турбины.

Схемы работы активной и реактивной турбины

Типы паровых турбин

Применительно к индивидуальной структуре, характеру протекающего теплового процесса, параметрам свежего (чистого) пара и отработанного пара и эксплуатации в промышленности турбины подразделяются на несколько видов.

1. Одноступенчатые и многоступенчатые турбины. Одноступенчатая турбина используется для перемещения малогабаритного насоса или вентилятора. Многоступенчатые турбины применяются в энергетике и других отраслях промышленности.

1 — корпус;

2 — форсунки;

3 — рабочие лопатки;

4 — отводящий патрубок от паровой турбины;

5 — уплотнения;

6 — диафрагма.

2. Турбины, относящиеся к направлению потока пара, подразделяются на восходящие и радиальные. В восходящей турбине поток пара движется по направлению вращения вала.

Большая часть турбин, используемых в энергетике, относится к восходящим. В радиальной турбине поток пара движется в направлении, перпендикулярном направлению вращения вала.

3. Турбины по числу корпусов или цилиндров классифицируются на одно-или многоцилиндровые. Мощность одноцилиндровой турбины будет незначительной. Многоцилиндровая турбина может иметь один вал или несколько валов. В последнем случае каждый вал имеет свой генератор. Примером двухосной турбины является К, которая была собрана и введена в эксплуатацию в 1968 году-800-240-1 можно назвать агрегат ЛМЗ. Он имеет два параллельно расположенных вала и два электрогенератора.

4. В зависимости от правил распределения пара турбины классифицируются на типы с дроссельной, форсуночной и циркуляционной паропроводами. В дроссельной заслонке чистый пар, подаваемый в турбину, дросселируется через один или несколько одновременно открываемых клапанов и подается на всю сетку форсунок первой ступени. Нагрузка на турбину в этот момент может быть полной или пониженной. К, составленные в советское время-1200-240-1 распределение чистого пара в турбине ЛМЗ-дроссельное.

а — дроссельное распределение;

б — насадочное распределение;

в — круговое распределение;

1 — регулирующий клапан;

2 — коробка форсунок;

3 — обратный клапан.

Принципиальная схема распределения пара в турбину

В форсунном распределении чистый пар подается на первую ступень через регулирующие клапаны, последовательно открывающиеся один за другим. Каждый регулирующий клапан подает пар на насадочную сетку, расположенную в своем сегменте. Такой способ распределения пара делает работу турбины экономичной и предотвращает дросселирование всего пара, поступающего в турбину при низких нагрузках. Во всех турбинах, смонтированных в Советском Союзе, предусмотрено распределение такого дроссельного пара. Еще один способ распределения пара внутри турбины-это внутреннее и внешнее циркуляционное распределение. При наружном распределении пар подается не только в форсунки первой ступени, но и в промежуточную одну или несколько ступеней и подается. При внутреннем распределении пар проходит через камеру регулирующей ступени через сопла первой ступени и подается в промежуточные ступени.

5. По характеру теплового процесса турбины классифицируются на типы:

а) конденсационные;

б) противоточные;

в) плохо вакуумированные и др.

а) пар, работающий в турбине с конденсационными и воспроизводящими паропроводами, идет в конденсатор для выброса при давлении ниже атмосферного. В таких турбинах вся скрытая теплота испарения, выделяющаяся при испарении пара в конденсаторе, расходуется впустую. Чтобы уменьшить количество теряемого тепла, турбина извлекает часть пара из промежуточных паров и использует его для нагрева (т. е. модернизации) питательной воды в котле. В таких паровых сборах невозможно регулировать давление пара, их количество колеблется от 1 до 8-9.

б) давление пара, полученное от промежуточных паровых сборов турбины регулируемой называется турбина, которая может компенсировать тепловые потребности, необходимые для ее промышленного или отопления. В этом случае пар поступает на самые последние ступени турбины в небольшом количестве и служит только их охлаждением. Такой режим называют распределением пара для проветривания последних ступеней.

в) в турбине встречного давления пар не роется, конденсатора нет. То есть весь пар, отработанный в турбине, передается пользователям с производственной или отопительной целью. Такая турбина также имеет паровые сборы с модернизирующим и регулируемым давлением.

6. Относительно параметров чистого пара турбины классифицируются на следующие виды:

а) работает с чистым паром среднего давления, давлением 3,5 МПа и температурой 435 С;

б) работает с чистым паром при повышенном давлении, давлении 9,0 МПа и температуре 535 С;

в) б) работает с чистым паром высокого давления, давлением 13,0 МПа и температурой 5400 с, а также с паром, нагретым до 540 С в промежуточном пароперегревателе;

г) турбины с повышенными критическими параметрами, давлением 24,0 МПа и температурой 540 С, работающие как на пароперегревателе, так и на пароперегревателе, нагретом до 540 С.

7. применительно к характеру применения в промышленности турбины классифицируются на следующие виды:

а) стационарные, с постоянным числом оборотов турбины. Они используются на тепловых электростанциях для запуска электрогенератора;

б) стационарные, турбины с нестабильным числом оборотов. Они необходимы для запуска воздуходувок, вентиляторов, насосов. На ТЭС Казахстана такие турбины запустят насос питательной воды энергоблока мощностью 300,500 МВт.

Марки, обозначения паровой турбины

Обозначения, приведенные в описании паровой турбины, были введены в эпоху советской власти и не изменились до настоящего времени. Первая буква в описании обозначает тип турбины:

К-конденсационный;

Т-конденсационный, с пароотводом, подающим тепло;

П-конденсационный, с подающим паром для промышленного применения;

ПТ-конденсационная, теплофикационная и производственная есть паровой сбор, который дает;

Р-встречное давление;

ТР-с противовесным напором и паропроводом, подающим тепло;

ПЦР-анти-давление, промышленное применение и теплоснабжение есть паровой сбор, который дает.

Число, приведенное после этих букв, представляет номинальную мощность турбины в МВт (если числа даны в виде дроби, первое число определяет номинальную мощность, второе число определяет максимальную мощность).

Следующие цифры означают давление чистого пара перед стопорным клапаном.

Раньше давление определяли в кгс / см2, сейчас-в МПа.

Например, турбина марки ПТ-80/100-130-конденсационная, с паропроводом, подающим тепло и промышленное применение; номинальная мощность-80МВт;

Максимальная мощность-100 МВт; давление чистого пара — 130 кгс/ см2.

Коэффициент полезного действия турбины, расход пара

Изображение увеличения объема пара на диаграмме h-s

Давление пара, поступающего в турбину, уменьшается, а объем увеличивается. Т. е. пар работает в адиабатическом процессе, и вследствие вышеупомянутого преобразования энергии тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения вала. В идеальных условиях объем пара увеличивается в адиабатическом процессе. Этот процесс можно представить на диаграмме h-s для турбины «ПТ». Для визуализации процесса необходимо знать следующие параметры пара:

— давление и температура острого чистого пара, Ро, to;

— давление пара в конденсаторе, Рк;

— давление пара в паровых сборах турбины, Рі;

— внутренний относительный КПД турбины, hoi.

Изменение давления, если принять дросселирование пара в клапанах, регулирующих пар внутри турбины, на 8%, а дросселирование пара в производственных и теплоснабжающих парах на 5%

Точка начала процесса равна 0, РО находится в точке пересечения изобары и to изотермы. Если дроссельное изменение давления увеличивается, процесс следует начинать с точки 0. От точки 0 до изобары Рп строят адиабату.

Процесс увеличения пара в турбине ПТ на диаграмме Н-s

Определяют адиабатическую затухание пара в производственном пароотводе турбины һпад и вычисляют адиабатическую затухание пара в точке П из положения (3.2). Увеличение пара происходит в реальном процессе не по адиабате, а по наклонной к ней линии 0’- п политропы. Отрезок П-п ‘ определяет дросселирование пара при вращательном движении пара в диафрагмах производственного пара. Далее таким же образом рассматривается процесс адиабатного увеличения пара до давления теплоносителя пара до Рт. (3.2)в соответствии с точкой Т определяют величину һт пара и также предусматривают увеличение Т-К пара на последнем интервале.

Другие значения затухания пара определяются пересечением политроп 0-0 — П-П — Т-Т — K изобарами в соответствии с давлением пара в паровых числителях. Давление пара в паровых числителях турбины можно найти в специальных определениях.

h — падение теплоты отработавшего пара с увеличением объема в адиабатном процессе H0 на диаграмме s; Нд – падение теплоты пара в реальном процессе.

Коэффициент полезного действия турбины

Внутренние тепловые потери турбины описываются ее относительным внутренним КПД. Внутренний КПД определяется отношением полезного теплового падения к имеющемуся в турбине доступному тепловому падению.

Где h0 — сопротивление пара в исходных параметрах, кДж / кг;

һка — величина, полученная в период адиабатного увеличения пара от начальных парметров до конечных параметров, кДж / кг;

һк — сопротивление пара в конечных параметрах, кДж / кг.

Значения относительного внутреннего КПД паровой турбины 0,7…Будет в пределах 0,88.

Тепловые потери(механические тепловые потери), обусловленные трением подшипников и движением вспомогательных механизмов турбины, характеризуются ее механическим КПД. Механический КПД определяется отношением эффективной мощности турбины к внутренней мощности

Значения механического КПД для паровой турбины 0,97…Будет в пределах 0,99.

Потери тепла и механического тепла, затрачиваемые внутри турбины, оцениваются относительно эффективным КПД турбины, который определяется увеличением относительного внутреннего КПД турбины на механический КПД

Значения относительного эффективного КПД турбины 0,68….Будет в пределах 0,87.

Если турбина подключена непосредственно к электрогенератору, ее электрическая мощность не будет особенно эффективной. Потому что в электрогенераторе, характеризующемся его КПД, есть потери тепла.

КПД электрогенератора определяется отношением электрической мощности турбины к эффективной мощности

Значения КПД генератора 0,96….Будет в пределах 0,99.

Относительный электрический КПД турбогенератора определяется следующим образом

Расход пара в турбине

Эффективность работы турбины определяется не только ее КПД, но и удельным расходом пара.

Удельный эффективный расход пара [кг/кВт*ч] – определяется отношением общего часового расхода пара D К эффективной мощности турбины Ne

Удельный эффективный расход пара при полной нагрузке сверхмощных конденсационных турбин 3…..Составляет 4 (кг / кВт * ч).

Общий расход пара турбины с паровыми числителями (кг/с) определяется из следующей позиции

Где Dп — удельный расход пара от производственного парового сбора турбины, кг / с;

H0 — сопротивление пара в исходных параметрах, кДж / кг;

һп — затухание пара от производственного сбора, кДж / кг;

һк — сопротивление пара, поступающего в конденсатор,кДж / кг.

Купить паровые котлы

Наша компания, производит паровые котлы для Вас с самыми лучшими характеристиками. Наши специалисты ответят абсолютно все вопросы связанные с выбором оборудования, а также рассчитывают цену доставки до объекта. Поставка котельных осуществляется по городам Астрахань, Барнаул, Братск, Владивосток, Волгоград, Воронеж, Грозный, Екатеринбург, Ижевск, Иркутск, Казань, Калининград, Краснодар, Красноярск, Майкоп, Махачкала, Москва, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Самара, Санкт-Петербург, Саратов, Севастополь, Симферополь, Ставрополь, Тольятти, Томск, Тюмень, Уфа, Челябинск, Ярославль