Турбомашины АЭС

1. Турбомашины АЭС

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Энергетический институт
Кафедра атомных и тепловых электростанций (АТЭС)
Турбомашины АЭС
Руководитель дисциплины
БЕЛЯЕВ Леонид Александрович
2017 г.

2. Распределение учебного времени

Турбинные установки АЭС
(без нагнетателей и конструкций теплообменников)
Распределение учебного времени
Термодинамические
циклы АЭС
Турбомашины АЭС
Объем в часах
6
семестр
7
семестр
Лекции
32
16
Лабораторные занятия
16
Практические занятия
32
Курсовой проект
Всего аудиторных занятий
32
Всего
часов
Объем в часах
48
32
16
-
64
32
+
6
семестр
-
80
48
128
64
Самостоятельная
(внеаудиторная) работа
128
(8 ч/нед.)
48
(3 ч/нед.)
176
64
(4 ч/нед.)
Общая трудоемкость
208
96
304
128
Экзамен
Зачет
Диф. зачет
Форма отчетности
Учебный план приема 2014 г.
Экзамен

3.

Результаты обучения
Знания - результаты усвоения информации через обучение, который определяется
набором фактов, принципов, теорий и практик, соответствующих областей рабочей и учебной
деятельности. Знания могут быть теоретическими и (или) практическими.
1.
2.
3.
4.
5.
Книга (!) – источник знаний.
Лекции.
Практические занятия.
Контрольные работы (по 5 в каждой дисциплине).
Зачет, экзамен, дифференцированный зачет.
Умения - подтвержденные (продемонстрированные) способности применять знания для
решения задач и проблем.
1. Индивидуальные домашние задания - по 6 в каждой дисциплине
2. Практические занятия
Опыт - устойчивые (многократно подтвержденые) умения успешно решать проблемы в
области профессиональной или иной деятельности.
Курсовой проект .
Охватывает обе дисциплины

4.

Группа 5041
Группа 5042
Турбомашины АЭС
Лекции
Доцент
Беляев Леонид Александрович
Практические
занятия
Ассистент
Лавриненко Сергей Викторович
Старший преподаватель
Шевелев Сергей Анатольевич
Лабораторные
занятия
Ассистент
Лавриненко С.В.
Старший преподаватель
Шевелев С. А.
Термодинамические циклы АЭС
Лекции
Практические
занятия
Доцент
Беляев Л.А.
Доцент
Беляев Л.А.
Ассистент
Лавриненко Сергей Викторович

5. Рекомендуемая литература

1. Паровые и газовые турбины для электростанций. / А.Г. Костюк,
В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; под ред. А.Г. Костюка. – М.:
Издательский дом МЭИ, 2008. 556 с.
2. Турбины тепловых и атомных электрических станций. /А.Г.
Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; под ред. А.Г. Костюка и
В.В. Фролова. – М.: Издательство МЭИ, 2001. 488 с.
3. Щегляев А.В. Паровые турбины. Учебник для вузов. Кн. 1 и 2.- М.:
Энергоатомиздат, 1993.- 384 с.
4. Трояновский Б.М., Филиппов Г.А., Булкин А.Е. Паровые и
газовые турбины атомных электростанций: Учебн. пособие для
вузов - М.: Энергоатомиздат, 2014, 1985. - 256 с.
5. Singh, Murari. Blade Design and Analysis for Steam Turbines / M. P.
Singh, G. Lucas. — New York : McGraw-Hill, 2011. — 364 p.
6. 3. H. P. Bloch, M. P. Singh. Steam Turbines. Design, Applications and Rerating.
7. Leyzerovich, Alexander. Wet-Steam Turbines for Nuclear Power Plants /
A. Leyzerovich. — Tulsa : PennWell, 2005. — 456 p.

6. Постановка задач изучения дисциплины

Атомная электрическая станция – предприятие предназначенное для получения
электрической энергии в результате преобразования ядерной энергии
Закон сохранения энергии:
энергия не исчезает и не появляется вновь, она переходит из одного вида в другой.
Как получается электрическая энергия?
Электрическую энергию получают в устройстве, которое называется генератор электрического тока.
Принцип работы генератора:
I– сила тока, а; U – напряжение, В;
Первый закон
электромагнитной индукции: Мощность электрического генератора (Вт):
Второй закон
электромагнитной индукции:
на проводник, по которому
движется электрический ток и
который пересекает магнитные
силовые линии, действует сила
направленная в
противоположную сторону
движения.
NЭ IU 2 rnR M
с-1;
n – частота вращения,
r – радиус рамки, м;
2πrn – путь за единицу времени, м/с;
R – сила, н;
rR=M – крутящий момент , нм;
2πn=ώ – угловая скорость вращения, с-1.
N
I,U
Потребитель
в проводнике, пересекающем
магнитные силовые линии,
наводится ЭДС
(электродвижущая сила –
электрический ток).
R
n
R
MГ
S
Вывод: для того, чтобы получать электрический ток в генераторе,
необходимо к ротору генератора извне прикладывать крутящий момент.

7.

Nuclear Power Plant (NPP)
NЭ
Ядерное
топливо
M ТД
Ядерная реакция
деления тяжелых
Q
Тепловой
двигатель
ядер под действием
нейтронов
NТД
n
MГ
TPP
NЭ
MТ
Органическое
топливо
Химическая реакция
окисления
Q
Тепловой
двигатель
NТД
n
MГ

8.

NPP
Ядерная
Ядерная реакция
паропроизводящая
деления тяжелых
Ядерное
установка
ядер под действием
топливо нейтронов
NЭ
MТ
Q
ПТУ
Тепловой
двигатель
L
n
MГ
ППУ
TPP
Паропроизводящая
установка
Химическая реакция
Органическое
(паровой котел)
окисления
топливо
Q
NЭ
ПТУ
Тепловой
двигатель
MТ
L
ППУ
ПТУ – паротурбинная установка
ППУ – паропроизводящая установка
n
MГ

9. Схема простейшей паротурбинной установки

Генератор электрического тока
NЭ
MТ
n
ППУ
Т
MГ
соединительная муфта
К
пн
Трубопроводы:
пн – питательный насос;
- «острый» пар;
ППУ – паропроизводящая установка;
- пар на выходе из турбины;
Т – турбина;
- основной конденсат;
К – конденсатор;
- питательная вода;

10.

Основные требования к паротурбинным установкам:
экономичность и надежность.
ут_пар
Схемы современных паротурбинных установок АЭС
158,65°С
6,8 МПа
ЦНД-1
ЦВД
3
2
1
ЦНД-2
G
3~
269,87°С
1797,944 кг/с
СРК
4
5
6
6 7
7
ПП2
ПП1
ЦН
4,22 кПа
П6
227,51°С
П5
На уплотнения
влага 3 отбора
С
влага 7 отбора
КН1
НС
П4
П3
П2
П1
Д
См
Доб.вода
5,59 кПа
КПУ
1,0258 МПа
Размещение в
горловине конденсатора
КН2
ПЭН
ут_ок
Принципиальная тепловая схема турбоустановки К-1200-6,8/25 ОАО «Силовые машины»

11.

6522,59 т/ч
6,8 МПа, 0,995
С
ПП2
ПП1
1,14 МПа, 270,5 °С
1,17 МПа
х= 0,859
ЦНД2
ЦНД1
ЦВД
1
ПГ
2
4 5
3
6
в ЭУ
ЦНД3
4 5
7
6
G
3~
4 5
7
6
7
КСН
5,07 кПа
20°С
БП
БО
КН1
ЭО
Сетевая
вода
сн
П7
230°С
П6
П4
П3
П2
Д
1,03 МПа
ОД4
П1
ЭУ
КН2
БОУ
ОД2
на уплотнения
ПЭН
ПЭН
Принципиальная тепловая схема турбоустановки К-1200-6,8/25 ОАО «Турбоатом»
(Украина, г. Харьков)

12.

утечки пара 0,6%
С
СРК
6485,76 т/ч
ПП2
ПП1
270,4°С
1,043 МПа
1
2
ЦНД-1
ЦСД
ЦВД
ПГ
ЦНД-2
G
3~
4
5
3
6
7
6 7
8
8
у = 9,6%
ЦН 20°С
4,5 кПа
5,63 кПа
КН1
П6
П5
Д
230°С
П4
П3
П2
П1
КПУ
1 МПа
КО
КН2
ПН
8,5 МПа
утечки
конденсата 0,4%
на уплотнения
ПЭН
Принципиальная тепловая схема турбоустановки фирмы «ALSTOM»
Доб.вода

13.

утечки пара 0,6%
6655,84 т/ч
1,058 МПа
СРК
С
ПП2
ПП1
270,3°С
ЦНД
ЦВД
ПГ
1
2
G
3~
3
4
5 6
7
у = 9,6%
5,53 кПа
Доб.вода
ЦН 20°С
КН1
П6
П5
Д
228,5°С
П4
П3
П2
П1
КО
КПУ
1 МПа
КН2
ПН
8,5 МПа
утечки
конденсата 0,4%
на уплотнения
ПЭН
Информационная тепловая схема турбоустановки фирмы «SIEMENS AG»

14.

ут_пар
158,65°С
6,8 МПа
ЦНД-1
ЦВД
3
2
1
ЦНД-2
G
3~
269,87°С
1797,944 кг/с
СРК
4
5
6
6 7
7
ПП2
ПП1
ЦН
4,22 кПа
П6
227,51°С
П5
На уплотнения
влага 3 отбора
С
влага 7 отбора
КН1
НС
П4
П3
П2
П1
Д
См
Доб.вода
5,59 кПа
КПУ
1,0258 МПа
Размещение в
горловине конденсатора
КН2
ПЭН
ут_ок

15.

Продольный разрез турбины К-1200-6,8/25 ОАО “Силовые машины”
lпосл.ст = 1740 мм

16. 1. Паротурбинная установка и ее КПД

NЭ
MТ
n
ППУ
Т
MГ
К
пн

17.

1.1. Цикл простейшей паротурбинной установки
T
T0
d
d
qТУ
ППУ
Т
K
b
T0s
e qК
c
К
пн
a
Tпв
Tкs
ds
a
f
1
q
T
f
к
q Tds
н
Количество теплоты, подведенное к турбинной
установке:
e
2
ha→hпв – энтальпия питательной воды [=f(pпв, tпв)];
hd→h0 – энтальпия острого пара [=f(p0, t0)];
he→hкt – энтальпия пара в конце теоретического
процесса расширения в турбине[=f(s0, pк)];
s
qТУ пл.1abcd 21 h0 hпв
Количество теплоты, отведенное от турбинной
установки:
qК пл.1 fe21 hкt hк
hf→ hк – энтальпия насыщенной воды на выходе из конденсатора [=f(pк, x=1)];
qТУ> qК ?

18.

Изменение параметров обусловлено воздействием на рабочее вещество извне, в частности:
начальные параметры создаются: р0 – питательным насосом за счет затраты работы на сжатие;
t0 - паропроизводящей установкой за счет подвода теплоты;
конечное давление: рк – конденсатором за счет отвода теплоты.
• Работа, которая может быть получена в цикле от 1 кг
пара:
L qТУ qК
h0 hпв hкt hк
L h0 hкt hпв hк LТt LН
где
LТt h0 hкt - работа, которую может совершить 1 кг пара
в идеальной турбине, называемая
т. d
т. e
располагаемой работой;
LН hпв hк - работа, затрачиваемая в насосе.
т. d
т. e

19. 1.2. Абсолютные и относительные КПД

Эффективность преобразования энергии в технических устройствах оценивается
коэффициентом полезного действия (КПД)
• КПД идеального цикла.
qТУ qK h0 hкt hпв hк
L
t
h0 hпв hк hк
qТУ
qТУ
L h0 hкt hпв hк
t
qТУ h0 hк hпв hк
L
h0 hкt
t
qТУ h0 hк
t
абсолютный, или термический, КПД идеального цикла

20.

• Мощности и относительные КПД турбогенератора
h0
t0
p0
d
p0,t0
G
N0
qвнут
Hi=h0-hк=H0ηoi
LTt=H0=h0-hкt
h
pк
Ni
pк
k
hк
qвнеш 0
?
hкt
e
s
N 0 GH 0
Относительный внутренний КПД турбины.
oi
Ni H i
N0 H 0
- располагаемая мощность
(мощность идеальной турбины)
Ni GH i

21.

Nэ
N0
МН
подш1
Nтр
qвнут
подш 2
N тр
Ni
Ne
N мн
N эг
Механические потери в турбине:
подш
N м N мн N тр
Эффективная мощность турбины
N e Ni N м
Механический КПД турбины
Ni → Ne
м
Ne
N м
1
Ni
Ni
Замечание: ΔNм при n = const не зависит от мощности турбины (определяется весом ротора,
подшипниками, системой смазки…). Поэтому