Паровые турбины

1. Паровые турбины

2.

Паровая турбина – это тепловой двигатель, в котором потенциальная
энергия пара сначала превращается в кинетическую, а затем кинетическая
энергия – в механическую энергию и работу на валу турбины.
Турбинная установка – совокупность турбины, конденсационной
установки, арматуры и трубопроводов в пределах турбинной установки.

3. Классификация паровых турбин

По числу ступеней:
а) одноступенчатые турбины
Эти турбины выполняются обычно небольшой
мощности и применяются главным образом для
привода центробежных насосов, вентиляторов и
других аналогичных механизмов;
б) многоступенчатые турбины активного и
реактивного - типов; изготовляются малой, средней и
большой мощностей.
Под турбинной ступенью понимается
совокупность неподвижного ряда сопловых лопаток,
в каналах которых ускоряется поток пара или газа, и
подвижного ряда рабочих лопаток, в которых энергия
движущегося пара или газа преобразуется в
механическую работу на вращающемся роторе

4. Многоступенчатые турбины

В этих турбинах пар расширяется в последовательно включенных ступенях,
причем теплоперепады таких ступеней составляют небольшую часть
располагаемого теплоперепада всей турбины.
Окружные скорости лопаток в ступенях многоступенчатой турбины
составляют 120— 250 м/с для большинства ступеней ЧВД и ЧСД турбины и
достигают 350—450 м/с для последних ступеней конденсационных турбин при
стальных лопатках и 600 м/с при титановых лопатках.

5. Преимущества многоступенчатых турбин

ПРЕИМУЩЕСТВА МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ТУРБИН
Возможность применения в многоступенчатых турбинах ступеней
скорости и ступеней давлений.
1.
2. В многоступенчатой турбине за счет уменьшения теплоперепада,
приходящегося на одну ступень, легко получить оптимальное отношение
скоростей и/сф, а следовательно, высокий КПД.
3. В турбинах небольшой мощности с парциальным подводом пара с
увеличением числа ступеней и уменьшением их диаметров появляется
возможность увеличить степень парциальности и соответственно уменьшить
потери от парциального подвода пара.
4. В многоступенчатой турбине энергия выходной скорости предыдущей
ступени используется в сопловых лопатках последующей. Эта энергия
выходной скорости повышает располагаемую энергию последующей ступени.
Таким образом, в промежуточных ступенях многоступенчатой турбины потери
энергии с выходной скоростью равны нулю. Энергия выходной скорости
теряется только в последней ступени турбины и в ступенях, предшествующих
объемной камере в проточной части турбины, например в регулирующей
ступени, в ступени перед камерой отбора пара.

6. Преимущества многоступенчатых турбин

из курса термодинамики,
5 КакВизвестно
многоступенчатой
турбине тепловая энергия потерь
изобары в диаграмме i — s расходятся при
предыдущих ступеней частично используется для выработки
увеличении энтропии, поэтому сумма
полезной энергии в последующих ступенях за счет явления возврата
изоэнтропийных теплоперепадов отдельных
теплотымногоступенчатой
в турбине.
ступеней
турбины будет
больше изоэнтропийного перепада энтальпий
Конструкция многоступенчатой турбины позволяет осуществить
Н6
а всей турбины,
для
т.отборы
е. hai >пара
Ha, где
hai регенеративного
— изоэнтропийныйподогрева питательной воды и
перепад
энтальпий.перегрев пара, которые существенно повышают
промежуточный
Разность
hai - КПД
Ha называется
абсолютный
паротурбинной установки и уменьшает влажность
возвращенной
теплотой ступенях.
ΔНа, а отношение
пара на последующих
hai / Ha — коэффициентом R
возвращенной теплоты многоступенчатой
турбины давления. В паровых турбинах R
колеблется в пределах 1,02—1,08. Большие
значения относятся к вспомогательным
турбинам малой мощности.

7. Классификация паровых турбин

По принципу действия пара:
а) активные турбины, в которых потенциальная
энергия пара превращается в кинетическую в каналах
между неподвижными лопатками или в соплах, а на
рабочих лопатках кинетическая энергия пара
превращается в механическую работу.
Активный принцип воздействия потока пара на
рабочие лопатки происходит в результате
изменения направления движения потока в рабочих
каналах, в результате чего на рабочие лопатки
действует активная сила, которая раскладывается
на окружную и осевую.
Окружная сила заставляет ротор
вращаться.
Осевая передается на ротор и
компенсируется специальными устройствами, и
частично воспринимается упорным
подшипником.

8. Классификация паровых турбин

а) реактивные турбины, в которых расширение пара в каналах между
сопловым и рабочими лопатками каждой ступени происходит примерно в
одинаковой степени.
Отношение располагаемого теплоперепад а рабочей решетки к
теплоперепаду ступени, подсчитайному от параметров торможения,
называется реактивностью ступени:
Ступень, в которой реактивность близка к ρ = 0,5 и более, называется
реактивной
Разделение ступеней на активные и реактивные условно и справедливо
только для ступеней с малой веерностью l/d, т.е. для ступеней с короткими по
сравнению с диаметром решетки лопатками. При l/d < 10 параметры пара
изменяются по высоте, и в корневом сечении реактивность может быть
близка к нулю, а в периферийном достигать 0,7 и выше. Таким образом, в
общем случае правильнее говорить не о реактивности ступени, а о
реактивности участка ступени, относящегося к какому-либо радиусу.

9. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ОСЕВЫХ УСИЛИЙ В ТУРБИНЕ

В ступени активного типа, всегда выполняемой с большей или меньшей
реактивностью, возникает разность давлений на рабочем диске, создающая
осевое усилие. Осевые усилия складываются от диска к диску.
В результате, если не принять специальных мер, суммарное осевое
усилие окажется настолько большим, что его не сможет выдержать ни один
упорный подшипник.
В ЦВД и ЦСД рабочие диски выполняют с разгрузочными отверстиями,
уменьшающими разность давлений на диске.
Радикальным способом уменьшения осевого усилия является
использование симметричной (двухпоточной) конструкции цилиндров.
Для разгрузки ротора от осевого усилия чаще всего используют
разгрузочный «поршень» - думмис

10.

По числу корпусов (цилиндров):
а) однокорпусные (одноцилиндровые);
б) двухкорпусные (двухцилиндровые);
в) трехкорпусные (трехцилиндровые);
г)
четырехкорпусные (четырехцилиндровые).

11. Продольный разрез одноцилиндровой турбины К-50-90

1 — ротор турбины; 2 — корпус турбины; 3 — опорно-упорный подшипник; 4 — опорный
подшипник; 5 — регулирующий лапан; 6 — сопловая коробка; 7 — кулачковый вал;
8 — сервомотор;9 — главный масляный насос; 10 — регулятор скорости; 11 — следящий
золотник; 12 — картер переднего подшипника; 13 — валоповоротное устройство;
14 — соединительная муфта; 15 — выходной патрубок турбины; 16— насадные диски;
17— рабочие лопатки; 18 — диафрагмы; 19 — обоймы диафрагм; 20 — обойма переднего
концевого уплотнения; 21 — перепускная труба (от стопорного к регулирующему клапану);
22 — датчики автомата безопасности; 23 — фундаментная плита; 24 — патрубки отборов пара на
регенерацию

12.

Если общий теплоперепад турбины H0 достаточно
большой, то для его рационального использования
потребуется много ступеней. При этом, если выполнить
турбину в одном цилиндре, то потребуется очень длинный
ротор с большим расстоянием между опорными
подшипниками.
Ротор турбины будет гибким, и его вибрационные
характеристики будут неудовлетворительными. Поэтому
при большом теплоперепаде расширение пара
осуществляют в нескольких цилиндрах (корпусах), ротора
которых имеют умеренную длину и опираются на свои
подшипники.

13. Трехцилиндровая паровая турбина

Продольный разрез турбины Т-110/120-130-5

14. Трехцилиндровая турбина

Другим параметром, определяющим число цилиндров, является
объемный расход пара через последнюю ступень.
Чем больше мощность турбины Рэ и чем меньше давление рк в
конденсаторе, тем при выбранных начальных параметрах больше
объемный расход пара на выходе из турбины.
Для пропуска этого количества пара требуется большая кольцевая
площадь выхода и приводит к тому, что последние ступени надо
выполнять с большим диаметром и большой высотой лопаток. В
результате большие центробежные силы приведут к отрыву лопаток.
Поэтому по достижению паром при его расширении определенного
объема его разделяют на несколько потоков. В простейшем случае
таких потоков будет два и их конструктивно объединяют в отдельный
двухпоточный цилиндр низкого давления (ЦНД).

15. Двухпоточные ЦНД

1 — подшипник; 2 — вход пара;
3 — выходной патрубок;
4 — ротор; 5 — выход пара в конденсатор

16. Понятие о режимах работы турбины

Мощность, при которой турбина работает с наименьшим удельным
расходом тепла, т.е. с наибольшим абсолютным КПД называется
экономической.
Длительная предельно допустимая мощность турбины называется
номинальной.
Изменение мощности турбины может осуществляться в
основном за счет:
изменения расхода пара;
теплоперепадов Н0;
начальных параметров P0, t0.
Способы изменения мощности:
дроссельное;
сопловое;
обводное;
способом скользящего давления.

17.

Способы парораспределения:
а)
турбины с дроссельным парораспределением, у
которых свежий пар поступает через один или несколько
одновременно (в зависимости от развиваемой мощности)
открывающихся клапанов;
б)
турбины с сопловым парораспределением, у которых
свежий пар поступает через два или несколько
последовательно открывающихся регулирующих клапанов;
в)
турбины с обводным парораспределением, у которых,
кроме подвода свежего пара к соплам первой ступени, имеется
подвод свежего пара к одной, двум или даже трем
промежуточным ступеням турбины.
г)
скользящими параметрами пара.

18. Регулирование мощности турбины способом скользящего давления

С появлением блочной компоновки теплосиловой установки пуск
турбины стали осуществлять одновременно с разводкой котла, т.е. на
скользящих параметрах пара.
Таким образом осуществляется:
повышение частоты вращения и включение генератора в сеть;
повышение нагрузки турбины вплоть до полной, осуществляется
постепенно при постепенно нарастающих давлении и температуры
свежего пара при полностью открытых регулирующих клапанах;
мощность турбины можно изменять путем изменения параметров
перед ней за счет изменения паропроизводительности котла, например,
изменением подачи топлива и воды.

19.

По характеру теплового процесса:
а) конденсационные турбины с регенерацией,
в этих турбинах основной поток пара при давлении ниже
атмосферного направляется в конденсатор; кроме того, из
промежуточных ступеней турбины осуществляется частичный,
нерегулируемый по давлению отбор пара для подогрева питательной
воды; количество таких отборов бывает от 2—3 до 8—9; скрытая
теплота парообразования, выделяющаяся при конденсации
отработавшего пара, у данного типа турбин полностью теряется;
б) турбины с противодавлением,
отработавший пар которых направляется к тепловым потребителям,
использующим теплоту для отопительных или производственных целей;

20.

По характеру теплового процесса:
в) конденсационные турбины с регулируемым отбором пара,
в которых часть пара отбирается из промежуточной ступени и
отводится к тепловому потребителю при автоматически
поддерживаемом постоянном давлении, а остальное количество пара
продолжает работать в последующих ступенях и направляется в
конденсатор.
г) турбины с регулируемым отбором пара и
противодавлением,
в которых часть пара отбирается при постоянном давлении из
промежуточной ступени, а остальная часть проходит через последующие
ступени изводится к тепловому потребителю при более низком
давлении.
е) турбины мятого пара,
использующие для выработки электроэнергии отработавший пар
молотов, прессов и паровых поршневых машин;

21. По использованию в промышленности:

а) турбины стационарного типа с постоянным числом
оборотов, предназначенные для привода электрических
генераторов;
б) турбины стационарного типа с переменным числом
оборотов, предназначенные для привода воздуходувок,
вентиляторов, насосов и т. д.;
в) турбины нестационарного типа с переменным
числом оборотов; турбины этого типа находят применение
на судах (судовые турбины).

22. Обозначения турбин

Первая буква характеризует тип турбины;
К — конденсационная;
Т — теплофикационная с отопительным отбором пара;
П — теплофикационная с производственным отбором пара для
промышленного потребителя;
ПТ — теплофикационная с производственным и отопительным
регулируемыми отборами пара;
Р — с противодавлением;
ПР — теплофикационная с производственным отбором и
противодавлением;
ТР — теплофикационная с отопительным отбором и противодавлением;
ТК — теплофикационная с отопительным отбором и большой
конденсационной мощностью
КТ — теплофикационная с отопительными отборами нерегулируемого
давления.
После буквы в обозначении указываются мощность турбины, МВт (если
дробь, то в числителе номинальная, а в знаменателе максимальная мощность),
а затем начальное давление пара перед стопорным клапаном турбины, МПа
(кгс/см2 в старых обозначениях). Под чертой для турбин типов П, ПТ, Р и ПР
указывается номинальное давление производственного отбора или
противодавление, МПа (кгс/см2 ).

23. Обозначения турбин

Например:
• К-50-90
• Т-50-130
• ПТ-135/165-130/15
• Р-6-35/10

24. Конструкции паровых турбин

1 — ротор турбины; 2 — корпус турбины; 3 — опорно-упорный подшипник; 4 — опорный
подшипник; 5 — регулирующий клапан; 6 — сопловая коробка; 7 — кулачковый вал;
8 — сервомотор;9 — главный масляный насос; 10 — регулятор скорости; 11 — следящий
золотник; 12 — картер переднего подшипника; 13 — валоповоротное устройство;
14 — соединительная муфта; 15 — выходной патрубок турбины; 16— насадные диски;
17— рабочие лопатки; 18 — диафрагмы; 19 — обоймы диафрагм; 20 — обойма переднего
концевого уплотнения; 21 — перепускная труба (от стопорного к регулирующему клапану);
22 — датчики автомата безопасности; 23 — фундаментная плита; 24 — патрубки отборов пара на
регенерацию

25. Конструкции паровых турбин

Фрагмент проточной части турбины с
выходным патрубком:
1 — сопловые лопатки кольцевой решетки
первой ступени;
2 — рабочие лопатки первой ступени;
3 — корпус цилиндра турбины;
4 — обойма диафрагм;
5 — лопатки сопловой кольцевой решетки
последней ступени;
б — рабочие лопатки последней ступени;
7 — сборная камера пара, выходящего из
последней ступени и идущего к выходным
патрубкам;
8 — концевые уплотнения цилиндра;
9 — патрубки отбора пара на
регенерацию;
10 — диафрагменное уплотнение;
11 — диафрагма ступени;
12 — диск для закрепления рабочих
лопаток на роторе;
13 — вал ротора

26. Конструкции паровых турбин

Диафрагма, помещенная в
обойму (пар протекает слева
направо):
1 — сопловые лопатки; 2 —
диафрагма; 3 — лапки для подвески
диафрагмы в корпусе; 4, 5 — шпонки,
служащие для фиксации положения
верхней половины диафрагмы по
отношению к нижней; 6 — лапки для
установки обоймы диафрагм в корпусе
турбины; 7 — кольцевые пазы для
установки соседних диафрагм; 8 —
отверстия под рымболты (болты с
кольцевой головкой) для стропления
нижней половины обоймы и переноски
ее краном; 9, 10 — отверстия
соответственно под шпильки и болты,
скрепляющие верхнюю и нижнюю
половину диафрагмы; 11 — кольцевая
расточка в диафрагме для установки
сегментов диафрагменного
уплотнения; 12 — обойма

27. Конструкции паровых турбин

Рабочая лопатка ЦВД и ЦСД:
а — общий вид пакета лопаток;
б — хвостовик и элемент профильной
части;
1 — профильная часть (перо)
2 — хвостовик;
3 — фигурный паз в диске для заводки
хвостовиков;
4 — пластинка для фиксации лопатки в
пазе;
5 — шип (в расклепанном состоянии);
6 — шип перед расклепкой;
7 — бандажная лента;
8 — передняя (входная) кромка
профиля;
9 — задняя (выходная) кромка
профиля;
10, 12, 13 — уплотнительные гребни;
11 — замок, препятствующий разгибу
обода диска под действием
центробежной силы, приложенной к
лопатке

28. Турбинные лопатки

29. Конструкции паровых турбин

Лабиринтовое уплотнение
для валов турбин:
1 — расточка в обойме
уплотнения;
2 — плоская пружина для
отжатия сегмента уплотнения к
валу;
3 — сегмент уплотнения;
4 — уплотнительные гребни;
5 — концевая часть ротора;
6 — кольцевые выступы на
валу;
7 — обойма концевого
уплотнения, помещенного в
корпусе турбины