паровые и газовые турбины для электростанций

Расчеты и опыты показали, что за счет этого при сбросе нагрузки частота вращения может возрасти на 15—25 %. Для уменьшения разгона в турбинах АЭС используют следующие средства: 1) устанавливают специальную арматуру на входе в ЦНД после СПП; 2) сокращают размеры тракта между ЦВД и ЦНД, т.е. увеличивают разделительное давление, объединяют сепараторы и подогреватели; 3) улучшают дренаж из турбины и тракта.

Биологическая защита. Специфические особенности имеют турбины АЭС, работающие по одноконтурным схемам с радиоактивным паром в качестве рабочего тела. В таких условиях должна предусматриваться биологическая защита. На некоторых АЭС ограничиваются герметической обшивкой агрегата или герметизацией всей установки. Паропроводы радиоактивного пара прокладывают ниже отметки обслуживания.

Особые требования предъявляют к устранению утечек пара из турбины. Фланцевые соединения должны быть абсолютно плотными, иногда горизонтальные фланцы заваривают тонкой лентой. Широко применяют сварку трубопроводов. Предусматривают подвод нерадиоактивного пара в уплотнения из специальных котлов.

5.7. ПРИМЕР ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Рассмотрим расчет паровой турбины типа К-800-23,5 с промежуточным перегревом пара для привода генератора электрической энергии по следующим основным техническим данным:

Тепловая схема установки этой турбины приведена на рис. 5.7. В установке принято восемь отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды: в четырех подогревателях низкого давления, деаэраторе и трех подогревателях высокого давления. Питательные насосы развивают давление 35 МПа, приводятся в действие конденсационными турбинами, мощность турбопривода

N= 32 МВт. Турбину предполагается выполнить с

т.п.н.

одним валопроводом и состоящей из пяти корпусов: однопоточного ЦВД с петлевым потоком пара, двухпоточного ЦСД и трех двухпоточных ЦНД.

Расчет турбины производится в три этапа.

На первом этапе проводится предварительная оценка процесса в h, s-диаграмме. Давление промежуточного перегрева на входе в ЦСД, необходимое для построения процесса в h, s-диаграмме, принимаем по рекомендациям гл. 1 равным 3,51 МПа. Учитывая потери давления в

тракте промежуточного перегрева p / p = 0,1, полу-

пп

чаем давление на выходе из ЦВД, равное 3,9 МПа.

Для расчета (оценки) расходов пара перед турбиной G

и в конденсатор G можно воспользоваться зависимос-

к

тями (5.11)—(5.13). Рассмотрим возможность применения для этой цели гарантийных показателей прототипных турбоустановок.

В табл. 5.5 приведены гарантийные значения удель-

ного расхода теплоты q для турбин ЛМЗ и некоторые их

бр

параметры. КПД η можно оценить по этим данным на ip

основании зависимости

бр 3600

η= ----------- ,

i q

бр

где q измеряется в килоджоулях на киловатт-час.

бр

По определению в относительных величинах для тур-

бооустановок с турбоприводом питательного насоса

пппп

= 32 МВт и взяв из табл. 5.5 для прототипной турбины

q = 7647 кДж/(кВтæч) (относительное значение

бр

Та бл и ц а 5.5. Удельные расходы теплоты турбоустановок

СКД ЛМЗ при гарантийных условиях,

кДж/(кВтæч) [ккал/(кВтæч)]

qотн = 7647/3600 = 2,124), по последней формуле полу-

бр

чим расход пара на входе в турбину

При расчете G для турбоустановок с турбоприводом

к

питательного насоса формулу (5.13) следует представить

в виде

По (5.30) имеем

Ni′ = 800 000/(0,996æ0,987) + 32 000 =

Здесь h = 2360 кДж/кг — энтальпия в конце процесса

к

расширения при принятых ориентировочных значениях внутренних относительных КПД цилиндров.

После проведенной оценки расходов пара приступаем к построению процесса в h, s-диаграмме с обоснованным выбором внутренних относительных КПД отсеков проточной части турбины. Вначале для построения процессов оцениваем давление перед первой ступенью турбины

p′ , определив потери давления в стопорных и регули-

0

рующих клапанах по формуле (5.8):

p = 0,05 p = 0,05æ23,5 = 1,17 МПа.

00

грамме находим точку, соответствующую состоянию

перед первой ступенью, на пересечении линии h = const

0

и изобары p′ (рис. 5.8). Для рассчитываемой турбины

0

выбираем сопловое парораспределение. В качестве регулирующей применяем одновенечную ступень, которая при среднем диаметре 1,1 м позволяет перерабатывать необходимый теплоперепад, равный 100 кДж/кг, с достаточной эффективностью. Этот теплоперепад выбран из условия снижения температуры пара в камере регулирующей ступени до 500 °С.

Рис. 5.8. К примеру расчета турбины К-800-23,5 (расшире-

ние пара в h, s-диаграмме):

КПД регулирующей ступени оценивается по формуле (5.9):

которое вычислено по выбранному теплоперепаду и среднему диаметру регулирующей ступени.

Так как ЦВД по конструкции принят с петлевым потоком пара, то оцениваем вначале КПД первого отсека нерегулируемых ступеней этого цилиндра по формуле (5.14):

Давление за первым отсеком принято равным 8,2 МПа. При этом давлении располагаемый теплоперепад нерегулируемых ступеней делится на приблизительно равные

оценке равным 0,01. Аналогично определяется КПД второго отсека:

Полученные значения КПД позволяют найти состояние пара за ЦВД. Давление за ЦВД ранее принято равным 3,9 МПа, а давление пара перед ЦСД — 3,51 МПа.

Давление пара за ЦСД принято равным 0,27 МПа для того, чтобы обеспечить размещение в ЦНД приемлемого по конструктивным соображениям числа ступеней (пять ступеней в одном потоке).

КПД ЦСД оценивается по формуле (5.14), при этом

средний расход пара (между G и G ) через ЦСД принят

к

равным 553 кг/с:

712 – 600

×1 + ----------------------- 0,99 = 0,909 .20 000

Оценим потери в перепускном паропроводе между ЦСД и ЦНД по формуле (5.19):

p= 0,02 p = 0,02 æ0,27 = 0,0054 МПа.

пер пер

Следовательно, давление пара перед ЦНД равно

0,265 МПа. Для определения внутреннего относительного КПД ЦНД по формуле (5.15) необходимо оценить

пени. Принимаем для последней ступени с рабочей лопаткой из стали d = 2,55 м и l = 0,95 м. При этом

22

Подставляя полученные значения в формулу (5.16),

получаем потери энергии с выходной скоростью:

Здесь i = 6 — число потоков пара на выходе из турбины

(три ЦНД).

Таким образом, внутренний относительный КПД

ЦНД без учета потерь от влажности по (5.15)

Далее определяем поправку на влажность по формуле

H

= 676 кДж/кг — располагаемый теплоперепад ЦНД.

При оценке теплоперепада ЦНД принято, что потери давления в выходном патрубке турбины равны нулю, т.е.

p= p = 3,4 кПа.

также потерь давления в паровпускных органах и перепускных трубопроводах позволяют построить процесс в h, s-диаграмме, показанный на рис. 5.8.

На втором этапе проводится расчет тепловой схемы, принципиальные основы которого изложены в § 1.8 на примере турбоустановки К-200-12,8. Результаты расчета рассматриваемой тепловой схемы представлены в табл. 5.6.

Приведенный теплоперепад по результатам расчета тепловой схемы и предварительной оценке процесса в h, s-диаграмме находим, используя табл. 5.6:

H i = ∑Hik (1 – Σαk – 1) = 1271,2 кДж/кг.

диаметр d = l,l м и располагаемый теплоперепад H =

0

= 100 кДж/кг (рис. 5.9).

По значениям диаметра и располагаемого теплопере-

пада находим отношение скоростей регулирующей сту-

пени u / c = 0,387.

ф

Результаты детального расчета регулирующей сту-

пени приведены в табл. 5.7; треугольники скоростей изо-

бражены на рис. 5.10.

В связи с большим объемным расходом пара значе-

ния эффективного угла выхода из сопловой решетки и

степени парциальности выбраны повышенными: α =

1э

= 16° и e = 0,86.

Полученное в результате расчета значение КПД регу-

лирующей ступени η = 0,76 существенно ниже по срав-

оi

нению с последующими нерегулируемыми ступенями в

связи с неоптимальным отношением скоростей u/ c , а

ф

также повышенными концевыми потерями при малом отно-

шении l /b, соответственно пониженными коэффициентами

скорости ϕ и ψ и потерями от парциального впуска пара.

б) Первый отсек ЦВД. Расход пара через первый отсек ЦВД отличается от расхода пара через регулирующую ступень на значение утечки пара через уплотнение, расположенное между первым и вторым отсеками ЦВД (см. рис. 5.9) Утечка пара через это уплотнение определяется по формуле (3.30):