Турбины
- 13.05.2023
- 13.05.2023
- 08.05.2023
- 27.04.2023
- 19.04.2023
- 10.04.2023
- 26.03.2023
- 14.03.2023
- 07.03.2023
- 03.03.2023
- 01.03.2023
- 25.12.2022
- 14.12.2022
- 20.11.2022
- 18.11.2022
- 28.06.2022
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- >
- >>
Чертежи в программе Компас:
- Сборочный чертеж турбины Р-100-12.8/1.5 реконструкции Красноярской ТЭЦ-1 в масштабе 1:15, с проставлением размерности (формат А1)
Турбина — двигатель с вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу.
Турбины имеют общий принцип работы, струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение. Турбины часто применяется в генераторах на электростанциях, в приводах на автомобильном, воздушном и морском транспорте.
- Сопутствующие товары (5)
- Отзывов (0)
Зарегистрируйтесь, чтобы создать отзыв.
Поиск
База графических конструкторских документов, изображений и объектов
- Помощь
- Режим работы:
Пн-Вс c 7:00 -16:00 по Москве
- Телефон: +7 (343) 777-00-42
Справочное меню
Конструкция паровой турбины
Формат файлов: cdw, Компас, pdf
Кол-во 3D моделей: –
Кол-во чертежей: 1
Категории: Категория с бесплатными чертежами, проектами и 3D
Тип проекта | Учебный | Кол-во листов (чертежей) |
Формат | cdw, Компас, pdf | 1 |
Конструкция паровой турбины
При беглом взгляде на чертёж увидел, что он выполнен достаточно схематично. Поэтому размещаю без Вип доступа.
Может кому сгодится как заготовка или для иллюстрации.
В комплекте один чертеж со спецификацией прямо на нём.
В спецификации указаны следующие позиции:
Ротор турбины
Фланец отбора мощности
Кормовой опорный подшипник
Кормовое уплотнение
Выхлопной патрубок
Ступени полного хода
Ступени малого хода
Внутренний обвод пара
Привод байпасного клапана
Привод сопловых клапанов
Сопловой клапан
Двухвенечная регулировочная ступень
Носовое уплотнение
Сервопривод управления клапанами
Носовой опорный подшипник
Упорный подшипник
Носовая опора
Корпус турбины
Обойма диафрагм
Кормовая опора
Трубопровод продувания корпуса
Тип проекта | Учебный | Кол-во листов (чертежей) |
Формат | cdw, Компас, pdf | 1 |
Похожие материалы
Проектирование привода ленточного конвейера pdf
МЧ00.76.00.01 – корпус клапана предохранительного
Насос масляный 35 вариант по инженерной графике
Детский сад новый
Чертежи рамок А4, А3, А2, А1, А0, штампов, форматок и спецификаций в Автокад
Спецификация в формате Word и Exel
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Конструкция основных элементов паровых турбин
Содержание
- Проточные части паровых турбин
- Роторы паровых турбин
- Корпус паровой турбины
- Уплотнения паровых турбин
- Подшипники паровых турбин
- Валоповоротные устройства
Паровая турбина (рис. 52, 53) состоит из двух основных элементов: ротора – совокупности всех вращающихся частей; и статора – совокупности неподвижных частей. В силу схожести термодинамических и физических процессов, протекающих в газовых и паровых турбинах (двойное преобразование энергии газа (пара) в механическую энергию вращения
ротора), эти типы двигателей имеют схожие конструктивные узлы. Но условия работы газовых и паровых турбин и физические свойства рабочих тел значительно отличаются, что приводит к различию конструктивного исполнения проточных частей и отдельных узлов этих типов двигателей. Конструктивные узлы паровых турбин более разнообразны, чем у газотурбинных двигателей.
Концы ротора турбины опираются на подшипники и уплотняются лабиринтовыми уплотнениями. Подшипники (опорные и упорный) обеспечивают вращение ротора турбины, фиксируют его в радиальном и осевом направлениях, а также воспринимают вес ротора и силы, действующие на ротор при работе паровой турбины. Часто упорный подшипник совмещается с одним из опорных, образуя единую конструкцию – опорно-упорный подшипник.
Корпус турбины изготавливается литым из стали и должен выдерживать давления и темепратуры пара, работающего в проточной части турбины. Для обеспечения сборки турбины, корпус обычно имеет горизонтальный разъем. Снаружи корпус турбины покрывают слоем тепловой изоляции.
Для обеспечения подвода пара к сопловому аппарату на корпусе турбины располагают блок регулирования, состоящий из сопловых, байпасных клапанов (клапана заднего хода – для однокорпусной турбины) и их сервоприводов. Корпус опирается на судовой фундамент через опоры – носовую и кормовую.
Проточные части паровых турбин
Рабочий процесс двойного преобразования энергии пара (потенциальной энергии в кинетическую, и далее – в механическую работу) происходит в проточной части паровой турбины. В состав проточной части входят сопловые (направляющие) и рабочие лопатки. Направляющие лопатки закреплены неподвижно в корпусе (статоре) турбины. В них происходит разгон потока пара и направление его на рабочие лопатки турбины под оптимальным углом. Рабочие лопатки турбины закреплены на роторе. В каналах, образованных рабочими лопатками, происходит преобразование
кинетической энергии струи пара в механическую энергию вращения ротора.
Проточные части и детали паровых турбин работают в следующих условиях:
- большие частоты вращения ротора (от 3000 до 7000 об/мин у главных турбин, до 12000 об/мин у турбин вспомогательных механизмов);
- большие массы вращающихся частей и значительные напряжения, возникающие в металле ротора;
- значительные давления и температуры, переменные по длине проточной части;
- высокие скорости потока пара (зачастую больше сверхзвуковых);
- воздействие на лопатки турбин капель влаги (особенно в последних ступенях) и механических частиц, вызывающих эрозионные разрушения деталей проточной части;
- воздействие на лопатки сил, переменных по величине и направлению.
Исходя их условий работы, к проточным частям турбин предъявляются следующие требования:
- высокая точность изготовления и высокое качество обработки деталей;
- высокая точность установки направляющих и рабочих лопаток;
- жесткость крепления рабочих лопаток на роторе;
- отстройка деталей проточной части от резонансных колебаний;
- применение материалов, обеспечивающих механическую прочность, пластичность, коррозионную и эрозионную стойкость деталей проточной части.
В состав проточной части паровой турбины входят следующие элементы:
Сопловый аппарат (рис. 54, 55) – предназначен для подвода пара к рабочим лопаткам первой активной ступени турбины. Часто сопловым аппаратом называют также каналы, образованные направляющими лопатками последующих активных ступеней, закрепленными в диафрагмах.
Для дозвуковых и околозвуковых скоростей потока пара в ступенях главных турбин переднего хода как правило применяют сопла с уменьшением проходного сечения по ходу движения пара; для
сверхзвуковых скоростей потока пара (обычно в турбинах заднего хода и турбинах вспомогательных механизмов), сопла имеют сужающуюся часть, горло и расширяющуюся часть (сопла Лаваля). В сужающейся части сверхзвукового сопла происходит разгон потока пара до звуковой скорости, в расширяющейся – свыше звуковой. В некоторых случаях разгон потока пара
до сверхзвуковой скорости может быть обеспечен в сужающихся соплах за счет расширительной способности «косого среза» в выходном сечении соплового аппарата (рис. 54.а).
Конструктивно сопловые аппараты могут выполняться: литыми, с соплами круглого сечения; такие сопла обычно применяются в турбинах заднего хода и турбоприводах вспомогательных механизмов небольшой мощности (рис. 54.б); сборными – состоящими из цельнофрезерованых сопловых лопаток, закрепленных в сопловых сегментах (рис. 54.а); и
сварными.
Сопловые сегменты первой ступени турбины устанавливаются в сопловых парораспределительных коробках. Обычно в конструкциях паровых турбин применяется от одного до шести сопловых сегментов с подводом пара к ним через сопловые клапаны. Привод сопловых клапанов может быть как индивидуальным – для каждого соплового клапана, так и общим для всех сопловых клапанов. В сопловых аппаратах турбин заднего хода и вспомогательных механизмов, имеющих более простую систему регулирования мощности, обычно применяют один сопловый сегмент,
выполненный по всей окружности турбинной ступени или на ее части.
Сопла промежуточных ступеней активных турбин размещаются в диафрагмах (рис. 56), основным назначением которых является отделение одной ступени турбины от другой. Диафрагма представляет собой диск с центральным отверстием для вала турбины, на котором закреплены сопловые (направляющие) лопатки. Обычно диск состоит из двух половин и имеет
горизонтальный разъем для удобства монтажа его в корпусе турбины.
Диафрагмы устанавливаются непосредственно в корпусе турбины в специальных проточках, или собираются в обоймы, которые в свою очередь
крепятся к корпусу (рис. 52). Сборка нескольких диафрагм в одну обойму позволяет упростить конфигурацию корпуса, улучшает маневренные характеристики турбины за счет более быстрого прогрева корпуса, но несколько увеличивает диаметр и радиальные размеры турбины.
Рабочие и направляющие лопатки
Конструктивное исполнение рабочих и направляющих лопаток паровой турбины зависит от типа турбинной ступени, в которой они устанавливаются. Ступени можно разделить на активные и реактивные; регулировочные и нерегулируемые; с короткими и длинными лопатками.
Все турбинные лопатки состоят из трех частей (рис. 57): корня (хвостовика), для закрепления лопатки в роторе или в корпусе турбины; рабочей части (пера), образующей криволинейные каналы, в которых происходит преобразование энергии пара; и вершины.
Активные турбинные лопатки имеют значительную толщину и профиль, близкий к симметричному; реактивные лопатки относительно тонки и имеют профиль, напоминающий профиль крыла самолета.
У коротких турбинных лопаток вершина имеет форму шипа, на который одевается бандажная лента, скрепляющая по 6 ÷ 12 лопаток между собой в пакет. Сборка лопаток в пакет позволяет предотвратить колебания и вибрации отдельных лопаток от воздействия струи пара. У длинных лопаток вершина представляет собой утоненную часть. Длинные лопатки соединяются между собой в пакет с помощью связующей проволоки, проходящей через специальные отверстия в теле лопатки. Короткие турбинные лопатки имеют, как правило, постоянное сечение (профиль) по всей высоте. Длинные лопатки обычно выполняются с переменным по высоте профилем вследствие различных условий работы (окружной скорости, углов входа и выхода пара и т.д.) корневой и периферийной части. При этом корневая часть длинной лопатки обычно имеет симметричный активный профиль, а периферийная часть – реактивный профиль.
Крепление лопаток на диске (барабане) ротора осуществляется хвостовиком. В зависимости от конструкции хвостовика возможны следующие варианты крепления:
- крепления погруженного типа, когда хвостовики лопаток заводят в специальные выточки в ободе диска или барабана (рис. 57.г-и);
- крепления верхнего типа, когда хвостовики лопаток надевают верхом и закрепляют на гребне диска (рис. 57.к-л).
Рабочие лопатки являются самым напряженным элементом паровой турбины. Они испытывают напряжения от растяжения, изгиба, кручения, воздействия высоких температур и скоростей движения пара. Кроме того, приложение нестационарных аэродинамических сил вызывает вибрацию лопаток. Влага, содержащаяся в паре, вызывает эрозионные и коррозионные разрушения тел лопаток. Учитывая тяжелые условия работы турбинных лопаток, к ним предъявляются очень высокие требования в части точности изготовления, чистоте и качеству обработки рабочей поверхности.
Направляющие лопатки обычно имеют реактивную форму профиля и в реактивных турбинах крепятся непосредственно к корпусу, а в активных – размещаются в диафрагмах, образуя сопловые сужающиеся каналы.
Лопатки последовательно набирают в пазы дисков активных турбин, барабана ротора реактивных турбин или в пазы корпуса. Последняя лопатка в набранном ряде называется замковой и крепится различными способами: клиньями, замковыми вставками, расклепыванием или винтами.
По способу изготовления турбинные лопатки могут быть цельнакотанными, полуфрезерованными, цельнофрезерованными и штампованными.
Роторы паровых турбин
Ротором называется совокупность вращающихся деталей паровой турбины. Ротор преобразует усилия, воздействующие на лопатки турбины, во вращательное движение вала и передает крутящий момент на потребитель мощности (линию вала судна, электрогенератор и т.д.).
Ротор турбины состоит из вала с дисками (активные турбины) или барабана (реактивные турбины), рабочих лопаток, элементов концевых и промежуточных уплотнений, паро- и маслоотбойных колец, шеек опорных подшипников, упорного гребня и полумуфты, соединяющей ротор с редуктором. Иногда на концы ротора навешиваются рабочие органы масляных и питательных насосов, насосов-регуляторов и элементы зацепления валоповоротных устройств.
Конструктивное исполнение ротора зависит от типа паровой турбины и количества используемых ступеней. Все роторы судовых и корабельных паровых турбин можно классифицировать по следующим признакам:
- по типу используемых ступеней: на роторы активных, реактивных турбин и комбинированные;
- по конструкции: на дисковые, барабанные и комбинированные;
- по рабочей частоте вращения: на гибкие, рабочая частота вращения которых превышает собственную частоту колебаний; и жесткие, рабочая частота вращения которых ниже частоты собственных колебаний. Гибкий ротор в процессе пуска турбины переходит через критическую частоту вращения, при этом возможно возникновение явления резонанса, сопровождающееся усилением вибрации ротора и приводящее к выходу из строя турбоагрегата. В судовых и корабельных турбинах используются исключительно жесткие роторы;
- по способу изготовления: цельнокованые, сварные, с насадными дисками, наборные и комбинированные.
Роторы активных турбин (рис. 58.а) имеют дисковое конструктивное исполнение и представляют собой вал с насаженными на него или выточенными заодно с ним дисками. Диск является основной частью ротора, участвующей в передаче крутящего момента от рабочих лопаток. В дисках с целью выравнивания давления по обеим его сторонам, и уменьшения осевой
силы, воздействующей на ротор, выполняются разгрузочные отверстия. Между дисками на валу растачиваются проточки под лабиринтовые уплотнения диафрагм. С обоих концов ротора размещаются проточки под наружные (концевые) уплотнения турбины. Ротор опирается на подшипники турбины шейками опорных подшипников. Полости концевых уплотнений и
опорных подшипников отделяются друг от друга паро-маслоотбойными гребнями. В носовой части ротора (со стороны подвода пара) размещается гребень упорного подшипника, воспринимающего осевые усилия, действующие на ротор турбины, и фиксирующего положение ротора в осевом направлении. Ротор турбины обычно выполняют с центральным сверлением, облегчающим его массу. Сверление используется для контроля качества металла при изготовлении ротора. В носовой части ротора располагают: импеллер (импульсный насос системы РУЗ ГТЗА); механический узел защиты турбины по превышению частоты вращения ротора выше допустимой; приспособления для осевого сдвига ротора и замера его положения (микрометры). Балансировка ротора осуществляется с помощью балансировочных грузиков, раскрепляющихся в специальных проточках.
Дисковые роторы по сравнению с барабанными имеют меньшую массу при том же числе ступеней, более высокую маневренность, меньшие напряжения от действия центробежных сил, допускают более качественный контроль состояния металла при изготовлении. Роторы судовых и корабельных турбин обычно выполняются цельноковаными.
Роторы реактивных турбин (рис. 58.б) всегда имеют барабанное конструктивное исполнение. Использование дисковой конструкции ротора в реактивной турбине привело бы к значительным перепадам давления на дисках и недопустимому увеличению осевых сил, воздействующих на ротор и упорный подшипник. Цельнокованые барабанные роторы применяют у быстроходных турбин небольшого размера. Барабаны роторов большого размера выполняют полыми. Как правило, перед барабаном ротора насаживается или вытачивается заодно с ним диск регулировочной активной
ступени. Перед диском регулировочной ступени на ротор насаживается или растачивается заодно с ним думмис – специальный поршень, предназначенный для компенсации осевых усилий, воздействующих на ротор реактивной турбины. Полость думмиса соединяется с выхлопным патрубком турбины или с полостью одной из промежуточных ступеней. Площадь думмиса расчитывается таким образом, чтобы давление в полости думмиса полностью компенсировало осевую силу, действующую на ротор реактивной турбины. На боковой поверхности думмиса растачиваются
проточки для лабиринтовых уплотнений. В остальном конструкции барабанного и дискового роторов имеют сходное строение. Барабанные роторы имеют более жесткую конструкцию, чем дисковые, и поэтому меньше подвержены тепловым прогибам при неравномерном прогреве.
Комбинированные роторы могут использоваться в судовых турбинных установках большой мощности. Встречаются роторы, у которых вал в части высокого давления откован заодно с дисками, а в части низкого давления диски насажены на вал. В некоторых конструкциях роторов часть высокого давления выполняется дисковой, часть низкого давления – барабанной.
Корпус паровой турбины
Конструкция корпуса паровой турбины определяется следующими условиями:
- назначением и типом паровой турбины;
- условиями работы проточной части и деталей турбины;
- начальными параметрами пара;
- размерами проточной части.
Корпус турбины представляет собой полый цилиндр или усеченный конус, часто с ребрами жесткости, форма которого согласуется с формой ротора. Условно корпус можно разбить на три части: носовую, в которой располагаются входной патрубок и сопловые коробки; среднюю, с креплениями обойм диафрагм или самих диафрагм; и кормовую – выхлопной патрубок.
В корпусе турбины размещается большое количество патрубков, фланцев, штуцеров для подвода и отвода пара и других сред. Поэтому корпуса турбин имеют довольно сложную конфигурацию. Корпуса горизонтально расположенных турбин всегда имеют горизонтальный разъем для удобства выемки и установки ротора. Разъем делит корпус на две половины – собственно корпус и крышку. Между собой они стягиваются горизонтальными фланцами и шпильками. Чем под большим внутренним давлением работает корпус турбины, тем больше диаметры шпилек и размеры крепежа, и тем чаще их расположение.
Вместе с нижней половиной корпуса отливаются корпуса опорных и упорного подшипников, и лапы крепления турбины к фундаменту. Корпус турбины крепится к фундаменту судна через опоры. Одна из опор выполняется гибкой, обеспечивая тепловые расширения турбины при ее работе.
Уплотнения паровых турбин
По своему назначению уплотнения, применяемые в паровых турбинах, делятся на два типа: наружные (концевые) и внутренние.
Наружные уплотнения устанавливаются в местах выхода вала из корпуса турбины и предназначены для предотвращения протечек пара из корпуса турбины наружу при давлении в корпусе выше атмосферного, и подсоса воздуха внутрь корпуса турбины из машинного отделения при давлении в нем ниже атмосферного.
Внутренние уплотнения предотвращают перетечки пара между ступенями турбины помимо рабочих лопаток и направляющего аппарата. Внутренние уплотнения устанавливаются на диафрагмах в месте прохода ротора через диафрагму, и на думмисах барабанных роторов. К внутренним уплотнениям относятся также уплотнительные элементы рабочих и направляющих лопаток: усики уплотнений на бандажных лентах, уплотнительные ножи со стороны корпуса над бандажной лентой, а также уплотнительные усики у корня рабочей лопатки.
В паровых турбинах могут применяться следующие типы уплотнений:
Угольные уплотнения (рис. 49.а) обычно используют в качестве наружных уплотнений турбоприводов маломощных вспомогательных механизмов, работающих на невысоких параметрах пара. Этот вид уплотнений надежно работает только при перепаде давлений между разделяемыми полостями не более 0,5 МПа и окружных скоростях вала не
более 50 м/сек. Угольные уплотнения состоят из ряда колец (от 3 до 8), изготовленных из специального прессованного обогащенного графитом угля. Каждое кольцо разделено на 2 ÷ 6 сегментов, стянутых между собой пружиной, и установленных в уплотнительную коробку. Уплотняющий эффект достигается за счет контакта угольных колец с валом турбины. Этот
вид уплотнений компактен, но при контакте угольного кольца с вращающимся валом выделяется значительное количество теплоты, что вызывает относительно быстрый износ угольных колец.
Гидравлические уплотнения применяются в качестве концевых уплотнений вала турбины при использовании в качестве рабочего тела агрессивной среды. Этот тип уплотнений обеспечивает полную герметичность вала. Конструктивно уплотнение представляет собой лопастное колесо, насаженное на вал турбины. При вращении вала колесо увлекает воду к периферии кольцевой камеры, образуя вращающееся водяное кольцо. Гидравлические уплотнения компактны, полностью герметичны, но в режимах пуска турбины при невращающемся роторе необходимо применение других типов уплотнений. Главный недостаток гидравлического уплотнения состоит в значительной мощности, отбираемой от турбины на работу лопастного колеса.
Лабиринтовые уплотнения (рис. 49.б-е) являются наиболее распространенным типом уплотнений в паровых турбинах. Принцип работы
лабиринтового уплотнения основан на чередовании узких щелей, в которых происходит дросселирование потока пара (воздуха), и камер, в которых происходит потеря энергии потока. В результате прохождения пара через ряд щелей и камер, его давление уменьшается до давления воздуха в машинном отделении. Практически можно рассчитать необходимое количество камер и
щелей, обеспечивающих нулевой расход среды через уплотнение, но в этом случае уплотнение становится достаточно протяженным и занимает значительную часть длины ротора (особенно со стороны впуска пара). Фактически уплотнение делается более коротким, а предотвращение протечек среды через него дополнительно обеспечивается специальной системой уплотнения турбины.
Уплотнения диафрагм, вследствие небольшого перепада давления на ступени турбины, имеют небольшое количество лабиринтов (как правило от 3 до 5). В концевых уплотнениях, количество гребней которых может достигать нескольких десятков, уплотнительные элементы собираются в уплотнительные коробки.
По конструкции лабиринтовые уплотнения могут быть гребенчатого и елочного типов. По способу крепления – жесткими и эластичными. В жестких уплотнениях все элементы (уплотнительные ножи и проточки) закреплены неподвижно или выполнены заодно с валом турбины. В эластичных уплотнениях уплотнительные элементы подпружинены и при касании вала не вызывают его нагрева и износа.
Паромаслоотбойные устройства паровой турбины (рис. 60) предназначены для разделения паровой полости концевых уплотнений от
масляной полости подшипников турбины, и предотвращают взаимное проникновение разнородных сред друг в друга. Попадание воды в систему смазки приводит к обводнению масла, вследствие чего в масляной цистерне скапливается конденсат, который периодически приходится удалять. Попадание масла в конденсатно-питательную систему может привести к более серьезным последствиям. Масляная пленка имеет большое термическое сопротивление, и при попадании в трубные системы котла может вызвать перегрев металла котельных труб и выход котла из строя.
Пароотбойником является гребень 1, выточенный заодно с валом турбины. При вращении ротора пар, в случае его протечек через концевые
уплотнения, конденсируется на гребне, и либо стекает вниз по валу, либо разбрызгивается центробежной силой по периферии, чем предотвращается попадание конденсата в масляную систему.
Маслоотбойное устройство состоит из двух частей: маслоотбойного щитка вкладыша опорного подшипника 3, и маслоотбойника с маслоудерживающими полукольцами. Масло, протекающее из подшипника через маслоотбойный щиток, разбрызгивается при вращении ротора центробежной силой и собирается в сливной полости 2. Дополнительной преградой, предтвращающей попадание масла в конденсат, являются уплотнительные маслоудерживающие ножи 4 и проточки, выполненные на роторе.
Подшипники паровых турбин
Опорные подшипники турбины воспринимают массу ротора и добавочные силы, возникающие при частичном впуске пара, качке судна, а также обеспечивают центровку ротора относительно корпуса турбины.
В качестве опорных подшипников паровых турбин используются подшипники скольжения. Подшипники скольжения состоят из вкладышей, залитых антифрикционным сплавом – графитобаббитом. Вкладыши устанавливаются в обойму, которая крепится к корпусу подшипника.
Состояние подшипников характеризует работу всего турбоагрегата. Так как радиальные зазоры между элементами ротора и корпусом в проточной части турбин очень малы, то повышенный износ подшипников может вызвать задевание ротора о статор и выход из строя всего турбоагрегата. Подшипники паровых турбин работают в условиях высоких скоростей скольжения и больших нагрузок на единицу площади, поэтому даже кратковременный перерыв в подаче масла выводит ГТЗА из строя.
Упорный подшипник – предназначен для восприятия осевых сил, действующих на ротор турбины, и фиксации ротора относительно корпуса в осевом направлении.
В современных судовых паровых турбинах используют одногребенчатые двусторонние упорные подшипники. По одну или обе стороны гребня располагаются от 6 до 12 упорных самоустанавливающихся подушек (сегментов), залитых с рабочей поверхности антифрикционным материалом. При пуске турбины и вращении ротора упорный гребень затягивает масло в зазор между подушкой и гребнем, при этом создается масляный клин, воспринимающий силы давления упорного гребня, и фиксирующий вал ротора за счет возникающих в нем гидродинамических
сил.
Упорный подшипник всегда располагается со стороны впуска пара и обычно устанавливается в едином корпусе с передним опорным подшипником. Такая конструкция упрощает схему подвода масла к подшипникам, уменьшает габариты конструкции и облегчает условия работы турбинного вала.
Подшипники турбин имеют, как правило, горизонтальный разъем, облегчающий изготовление деталей и монтаж как подшипника, так и ротора турбины. Длинные роторы, имеющие большие стрелки прогиба, размещают в самоустанавливающихся подшипниках со сферическими опорами.
Валоповоротные устройства
Валоповоротное устройство предназначено для медленного вращения ротора турбины с целью равномерного его прогрева при вводе установки в действие, и равномерного остывания после вывода турбины из действия. Кроме того в функции валоповоротного устройства входят:
- периодические медленные проворачивания холодных турбин, валопровода и зубчатой передачи для проверки состояния частей ГТЗА и их прослушивания;
- периодическое изменение положения шеек ротора турбины, зацеплений зубчатой передачи и валопровода во избежание развития процесса коррозии;
После вывода турбины из действия происходит постепенное остывание ротора и остальных частей паровой турбины. Остывание происходит неравномерно: нижняя часть ротора и корпуса турбины остывает более быстро, чем верхняя. Неравномерность остывания ротора приводит к деформации вала и его прогибу, что может послужить причиной возникновения аварии (задевания частей ротора о статор) при очередном пуске турбины. При выводе турбины из действия ее вал проворачивают с помощью ВПУ с одновременной прокачкой подшипников маслом до полного остывания корпуса и ротора. Аналогичные условия возникают при вводе турбины в действие, когда пар предварительно подается в корпус для прогрева ротора перед пуском. Если ротор при прогреве турбины не проворачивать, возникнет тепловой прогиб, который может привести к задеванию ротора о статор.
В конструкциях судовых турбин обычно применяется два типа валоповоротных устройств:
- ВПУ с приводом от электродвигателя и червячной передачей. Вращение вала двигателя ВПУ через муфту и червячную передачу передается на одну из шестерен редуктора, приводит во вращение зубчатое зацепление редуктора, и через него – ротор турбины;
- ВПУ с зубчатым колесом и гидравлическим толкателем. В этой конструкции ВПУ на валу турбины (рядом с фланцем отбора мощности) устанавливается колесо с зубьями. Шток гидравлического толкателя входит в зацепление с одним из зубьев ВПУ и при продольном перемещении проворачивает вал турбины на некоторый угол. При обратном движении шток выходит из зацепления и перемещается на следующий зуб колеса.
Во избежание поломки ВПУ при пуске турбины предусматривается система блокировки, исключающая пуск турбины при работающем ВПУ и выдающая сигнализацию о включенном состоянии ВПУ на пульт оператора управления паротурбинной установкой.
Литература
Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]
Совместными
усилиями
к_общему_успеху…
с_1997_года
“ИНТЕХ_ГмбХ”
Турбины. Паровые турбины
Производитель Shin Nippon Machinery (SNM), Япония
Изготовление, сборка, тестирование и испытание конденсационных паровых турбин
производится на заводах в Японии
- О производителе турбин. Производственные мощности завода
- Общая информация о турбинах
- Принцип работы (действия)
- Конструкция и чертеж паровой турбины
- Основные детали/узлы
- Производственная линейка паровых турбин Shin Nippon Machinery
- Турбины производителя SNM для комплектации инсинераторов
- Ступени скорости и давления в турбинах
- Классификация паровых турбин
- Преимущества и недостатки
- Применение турбин
- Антикоррозионная защита паровой турбины
- Основы расчета и подбора турбин. Примеры решения
- Данные о нагрузке паровой турбины
- Примеры конденсационных паровых турбин
- История создания турбин
- Примеры наших паровых турбин
- Паровая турбина
- Паровая турбина насоса смазочного масла (турбина привода насоса уплотняющего масла) по стандарту API 611
- Паровая турбина SNM
- Гидравлическая турбина поз. 107JBHT
О производителе турбин. Производственные мощности завода
Компания Shin Nippon Machinery основана в 1951 году, является широко известным производителем турбин. Разработка, проектирование и изготовление паровых турбин происходит на заводах в Японии.
Головной офис компании Shin Nippon Machinery (SNM)
Завод Амагасаки
Завод Куре
Завод Ниигата
Общая информация о турбинах
Турбина – разновидность двигателя, рабочим органом которого является ротор с закрепленными на нем лопатками, на которые оказывает давление скоростной поток рабочей среды. На лопатках происходит переход кинетической энергии движущегося потока в механическую энергию вращения вала, на котором установлен ротор. Полученная механическая энергия впоследствии может быть использована в качестве энергии привода других машин или для выработки электроэнергии в электрическом генераторе.
В зависимости от типа рабочего вещества, которое создает направленный поток, турбины делятся на: гидравлические, паровые и газовые. Что следует из названий, эти турбины используют, соответственно, жидкость, пар и газ. Паровые и газовые турбины во многом схожи по своему строению, они имеют сопловой аппарат, в котором происходит расширение газа или пара, сопровождающееся падением давления и увеличением его скорости. Другими словами происходит частичный переход потенциальной энергии в кинетическую.
Принцип работы (действия)
В основе работы паровой турбины лежит процесс перехода кинетической энергии струи пара (активные турбины) или потенциальной энергии расширяющегося пара (реактивные турбины) в механическую энергию вращения ротора путем взаимодействия струи пара и лопаток ротора. Поскольку паровые турбины часто применяются на электростанциях и силовых установках, то получаемая механическая энергия в таких случаях далее переходит в электрическую благодаря подключенной к валу динамо-машине. Предварительные манипуляции происходят и с энергией пара. Поскольку парогенераторы выдают пар с высокой потенциальной энергией, а не кинетической, то в турбинах используются сопла, проходя через которые пар расширяется, вследствие чего его скорость возрастает, то есть происходит переход части потенциальной энергии в кинетическую.
Основное превращение энергии происходит при взаимодействии пара и лопаток ротора. Создавая давление на лопатки, пар заставляет ротор вращаться и теряет часть своей энергии, что выражается в падении давления. Практика показала, что одной ступени часто недостаточно, чтобы в достаточной мере осуществить передачу энергии от пара к ротору турбины. Для решения этой проблемы турбины изготавливают многоступенчатыми, благодаря чему съем лопатками энергии пара происходит в более полном объеме. Работает такой принцип, что чем меньше скорость пара, тем длиннее должны быть лопатки ротора. По этой причине корпуса цилиндров турбин часто имеют форму конуса из-за расположенного в них набора венцов лопаток возрастающей длины.
Общая величина переданной энергии может быть оценена по перепаду давления пара на входе и выходе из турбины. Этот способ применим и для оценки отдельной ступени или цилиндра. Однако необходимо учитывать неизбежно возникающие потери энергии, приводящие к неполному переходу кинетической энергии в механическую. Эффективность турбины характеризуется ее коэффициентом полезного действия. КПД различных типов турбин отличаются при работе с паром различного давления, поэтому для увеличения общей эффективности в одной турбине комбинируют активные и реактивные ступени, чем достигается максимизация КПД каждой ступени или цилиндра, а следовательно, и турбины в целом.
Конструкция и чертеж паровой турбины
Несмотря на большое разнообразие существующих паровых турбин, конструктивно они довольно схожи, а большая вариативность достигается за счет изменения основных конструктивных элементов. Рабочим органом паровой турбины является ротор, представляющий собой закрепленный в подшипниках вал с венцами лопаток. Именно через лопатки турбины происходит перевод кинетической энергии струи пара в механическую энергию вращения за счет восприятия лопатками давления движущегося потока. Обычно лопатки имеют изогнутую или наклонную форму, чтобы они могли воспринимать поток пара с осевым направлением (осевые турбины), однако существуют и радиальные турбины, в которых лопатки не имеют наклона и способны воспринимать поток пара, направленный перпендикулярно оси вала.
Ротор турбины заключен в статор – неподвижный корпус, который обычно изготавливают разъемным, а его крепление осуществляется к фундаменту или полу. Если на роторе происходит переход кинетической энергии в механическую, то на статоре осуществляется предшествующий ему процесс перехода потенциальной энергии пара в кинетическую энергию паровой струи. С этой целью на статоре устанавливаются сопла. Их также называют соплами первой ступени в случае, когда турбина имеет несколько ступеней. Последующие ступени также могут иметь свой набор сопел, обеспечивающих их работу. Роль сопел могут выполнять жестко закрепленные на корпусе венцы несимметричных лопаток, проходя через которые пар также подвергается расширению.
Основные детали/узлы
Производственная линейка паровых турбин производителя Shin Nippon Machinnery
Турбины серии Н
Являются стандартными одноступенчатыми, горизонтальными, малыми паровыми турбинами общего назначения.
Существует 5 типоразмеров, подходящих к любым конкретным условиям пара и выходной мощности. Данный ряд, от малых консольных типов, с диском и лопатками ротора, находящимися снаружи подшипников, до наибольших размеров с ротором P.C.D. 800 мм. Данные турбины подходят для всех типов применения.
Применение
Турбины серии Н в основном используются для привода насосов широкого диапазона применения в химической, сахарной, лесной, пищевой промышленности, и в производстве удобрений. Турбины серии Н также используются для привода вентиляторов, компрессоров и генераторов.
Типы турбин и их характеристики
Тип Н-124 – малый консольный роторный тип, используется в основном для насосов смазочного масла и насосов уплотняющего масла.
Тип Н-133, 142 и 163 – обработанные лопасти ротора установлены на диске ротора, который располагается между подшипниками.
Тип Н-183 – самый большой из Н серии, с максимальной выработкой 1500 кВт. Это эффективный, прочный и долговечный механизм. Обработанные лопатки установлены отдельно от диска ротора.
За исключением Н-124, существует высокая степень взаимозаменяемости компонентов между различными моделями данной серии, что ведет к снижению уровня запасов заказчика. Период поставки короток, главным образом вследствие достаточного уровня взаимозаменяемых деталей содержащихся на складе. Взаимозаменяемость деталей, надежность и эффективность данных турбин делает выбор наиболее экономически оправданным.
Турбины серии V
Отличаются от серии Н тем, что они имеют вертикальную конструкцию.
Эта серия в основном применяется для привода вертикальных насосов, но также отлично подходит для глубоких скважин, насосов для перекачки сжиженного природного газа. Многие детали взаимозаменяемы со стандартной серией H
Турбины серии НО
Турбины серии НО были разработаны на базе серии Н и имеют большую выходную мощность и более высокую частоту вращения. Как и все типы турбин SNM устройства этой серии легки в установке и имеют долгий срок службы. Эта серия применяется для комплектации оборудования на заводах, использующих малые турбогенераторы. Серия НО идеальна для привода генераторов.
Как и серия Н, эта серия также применяется для привода насосов на различных производствах, таких как аммиачное, этиленовое, производство минеральных удобрений, так же, турбины этого типа могут быть использованы для привода дутьевых вентиляторов и дымососов котельных установок и химической отрасли. Широкое применение этот тип турбин находит в сахарной промышленности.
Это одноступенчатая турбина с аксиальным входом пара. Также все главные детали взаимозаменяемы с серией Н.
Серия турбин НО имеет большие возможности и отвечает требованиям API-611
Турбины серии СС
Описание
Частота вращения центробежных компрессоров повышается на различных аммиачных, этиленовых, где они эксплуатируются.
Турбины серии СС высокоскоростной тип турбин – специально разработан для применения на таких компрессорах. Повышающий редуктор, который нужен, когда используется электропривод или привод двигателем внутреннего сгорания, для обеспечения требуемых 10000 об/мин и более, не требуется, при использовании турбины типа СС, которая может работать на скоростях до 15000 об/мин с максимальной выходной мощностью до 30000 кВт.
Применение:
Серия СС идеальна для высокоскоростных компрессоров, питательных насосов котельных агрегатов, дутьевых вентиляторов, высокоскоростных насосов, применяемых в технологических линиях химических предприятий, для питательных насосов котельных агрегатов высокого давления. Турбины типа СС широко применяются для различных производств по всему миру.
Различные типы и их характеристики
Тип СС предназначен для прямого соединения, а тип CCR для соединения через редуктор. Одноступенчатые Rateau и двухрядные Curtis импульсные роторы используются с высокоэффективными соплами, лопатками и стационарными лопатками для обеспечения восстановления давления и минимизации потерь. Большое количество вариантов позволяет нам предложить широкий выбор турбин для самых разных требований
Высокотехнологичные турбины производителя Shin Nippon Machinnery применяемые для комплектации инсинераторов
Промышленная паровая турбина С5
Многоступенчатая конденсационная турбина, с давлением вакуума на выхлопе турбины, является высокоэффективной, высокопроизводительной моделью, способной обеспечить полное преобразование тепловой энергии пара в скорость без каких-либо потерь. В зависимости от выбранного количества ступеней, сопло, лопатки, диски ротора, вал и корпус могут варьироваться, но все остальные основополагающие компоненты являются полностью унифицированными, и были разработаны с целью легкой установки и соответствия модели.
Промышленная паровая турбина С6
Многоступенчатая конденсационная турбина, с давлением вакуума на выхлопе турбины, является высокоэффективной, высокопроизводительной моделью, способной обеспечить полное преобразование тепловой энергии пара в скорость без каких-либо потерь. В зависимости от выбранного количества ступеней, сопло, лопатки, диски ротора, вал и корпус могут варьироваться, но все остальные основополагающие компоненты являются полностью унифицированными, и были разработаны с целью легкой установки и соответствия модели.
Промышленная паровая турбина С8
Многоступенчатая конденсационная турбина, с давлением вакуума на выхлопе турбины, является высокоэффективной, высокопроизводительной моделью, способной обеспечить полное преобразование тепловой энергии пара в скорость без каких-либо потерь.
В зависимости от выбранного количества ступеней, сопло, лопатки, диски ротора, вал и корпус могут варьироваться, но все остальные основополагающие компоненты являются полностью унифицированными, и были разработаны с целью легкой установки и соответствия модели.
Промышленная паровая турбина С9
Многоступенчатая конденсационная турбина, с давлением вакуума на выхлопе турбины, является высокоэффективной, высокопроизводительной моделью, способной обеспечить полное преобразование тепловой энергии пара в скорость без каких-либо потерь. В зависимости от выбранного количества ступеней, сопло, лопатки, диски ротора, вал и корпус могут варьироваться, но все остальные основополагающие компоненты являются полностью унифицированными, и были разработаны с целью легкой установки и соответствия модели.
Промышленная паровая турбина С10
Многоступенчатая конденсационная турбина, с давлением вакуума на выхлопе турбины, является высокоэффективной, высокопроизводительной моделью, способной обеспечить полное преобразование тепловой энергии пара в скорость без каких-либо потерь. В зависимости от выбранного количества ступеней, сопло, лопатки, диски ротора, вал и корпус могут варьироваться, но все остальные основополагающие компоненты являются полностью унифицированными, и были разработаны с целью легкой установки и соответствия модели.
Промышленная паровая турбина С6Х
Турбина с осевым выхлопом была разработана как усовершенствованная модель конденсационной паровой турбины. Для того чтобы вернуть выхлоп в конденсатор, стандартная конденсационная паровая турбина обычно выбрасывает выхлоп вверх или вниз, под прямым углом к валу. Однако это означает, что при расположении узлов необходимо обеспечить достаточно пространства в верхнем или нижнем направлении. Турбина с осевым выхлопом была разработана компанией SNM для удаления выхлопа в направлении вала, к которому конденсатор может быть подсоединен напрямую. Простая схема расположения значительно уменьшила конструкционные затраты и в значительной мере способствовала сокращению времени и расходов на проверку и техническое обслуживание.
Турбина с осевым выхлопом была разработана как усовершенствованная модель конденсационной паровой турбины. Для того чтобы вернуть выхлоп в конденсатор, стандартная конденсационная паровая турбина обычно выбрасывает выхлоп вверх или вниз, под прямым углом к валу. Однако это означает, что при расположении узлов необходимо обеспечить достаточно пространства в верхнем или нижнем направлении. Турбина с осевым выхлопом была разработана компанией SNM для удаления выхлопа в направлении вала, к которому конденсатор может быть подсоединен напрямую. Простая схема расположения значительно уменьшила конструкционные затраты и в значительной мере способствовала сокращению времени и расходов на проверку и техническое обслуживание.
Промышленная паровая турбина С9Х
Турбина с осевым выхлопом была разработана как усовершенствованная модель конденсационной паровой турбины. Для того чтобы вернуть выхлоп в конденсатор, стандартная конденсационная паровая турбина обычно выбрасывает выхлоп вверх или вниз, под прямым углом к валу. Однако это означает, что при расположении узлов необходимо обеспечить достаточно пространства в верхнем или нижнем направлении.
Турбина с осевым выхлопом была разработана компанией SNM для удаления выхлопа в направлении вала, к которому конденсатор может быть подсоединен напрямую. Простая схема расположения значительно уменьшила конструкционные затраты и в значительной мере способствовала сокращению времени и расходов на проверку и техническое обслуживание.
Промышленная паровая турбина С10Х
Турбина с осевым выхлопом была разработана как усовершенствованная модель конденсационной паровой турбины. Для того чтобы вернуть выхлоп в конденсатор, стандартная конденсационная паровая турбина обычно выбрасывает выхлоп вверх или вниз, под прямым углом к валу. Однако это означает, что при расположении узлов необходимо обеспечить достаточно пространства в верхнем или нижнем направлении. Турбина с осевым выхлопом была разработана компанией SNM для удаления выхлопа в направлении вала, к которому конденсатор может быть подсоединен напрямую. Простая схема расположения значительно уменьшила конструкционные затраты и в значительной мере способствовала сокращению времени и расходов на проверку и техническое обслуживание.
Промышленная паровая турбина С11Х
Турбина с осевым выхлопом была разработана как усовершенствованная модель конденсационной паровой турбины. Для того чтобы вернуть выхлоп в конденсатор, стандартная конденсационная паровая турбина обычно выбрасывает выхлоп вверх или вниз, под прямым углом к валу. Однако это означает, что при расположении узлов необходимо обеспечить достаточно пространства в верхнем или нижнем направлении. Турбина с осевым выхлопом была разработана компанией SNM для удаления выхлопа в направлении вала, к которому конденсатор может быть подсоединен напрямую. Простая схема расположения значительно уменьшила конструкционные затраты и в значительной мере способствовала сокращению времени и расходов на проверку и техническое обслуживание.
Ступени скорости и давления в паровых турбинах
Как следует из названий, на каждой из ступеней своего типа происходит либо изменение скорости, либо давления. Активные турбины со ступенями давления представляют собой, фактически, несколько одноступенчатых турбин, расположенных последовательно на общем валу и заключенных в единый корпус. Каждая ступень отделяется от остальных разделительными диафрагмами, оснащенными соплами, обеспечивающими работу соответствующей ступени. Тем самым достигается большая мощность и эффективность всей активной турбины, но ее конструкция усложняется и как следствие удорожается.
Ступени давления в реактивных турбинах создаются тем же способом, что и в активных турбинах. Отличительной же особенностью является то, что пар претерпевает расширение, как рабочих лопатках, так и на сопловых.
Турбины со ступенями по скорости сегментируются за счет установки между венцами рабочих лопаток венцами неподвижных направляющих лопаток, закрепленных на корпусе. Неподвижные лопатки имеют симметричную форму, вследствие чего падения давления с последующим возрастанием скорости на них не происходит, то есть на направляющих лопатках не совершается работа. Для уточнения стоит заметить, что незначительное изменение скорости потока пара на направляющих лопатках все же происходит, но это связано с сопутствующими потерями на трение о лопатки и потерями, вызванными изменением направления потока. В итоге получается, что падение скорости потока пара, а значит и переход кинетической энергии в механическую, происходит в несколько этапов, благодаря чему возможно снижение частоты вращения вала и увеличение мощности, но это приводит к определенному снижению эффективности турбины.
Классификация
Классификация паровых турбин может быть проведена по разным признакам, но наиболее общая классификация идет по принципу действия и по характеру теплового процесса. Рассмотрим их более подробно.
По принципу действия:
- активные
- реактивные
- смешанные
Активными называют турбины, в которых лопаткам ротора передается только кинетическая энергия потока пара, попадающего на них. Изначальный переход потенциальной энергии пара в кинетическую происходит во входных неподвижных соплах, и далее поток движется без расширения. После взаимодействия пара с лопатками, при котором доля кинетической энергии переходит в механическую, поток теряет часть скорости и продолжает движение по ходу турбины.
В случае реактивных турбин передача энергии от пара к лопаткам турбины происходит не только за счет передачи кинетической энергии потока (активная сила), но и за счет энергии давления расширяющегося пара (реактивная сила). Такие турбины часто изготавливаются многоступенчатыми, причем неподвижные направляющие лопатки каждой ступени, в отличие от активных турбин, имеют сложную форму. Каналы между направляющими лопатками постепенно сужаются по ходу движения, благодаря чему на выходе также происходит расширение пара, как и на входных соплах. Реактивные турбины работают с относительно малыми скоростями пара, что позволяет снизить потери и достичь большей эффективности. Минусом реактивных турбин являются возникающие в работе утечки пара сквозь радиальные зазоры лопаток, что может привести к значительному снижению КПД при больших рабочих давлениях пара.
Объединение в одной турбине цилиндров с разным принципом действия позволяет более эффективно организовать процесс работы турбины, которая будет называться смешанной. Первыми располагают блоки активного действия, а далее – реактивного. Благодаря этому пар поступает на реактивные ступени с меньшим давлением, что позволяет увеличить КПД всей установки.
По характеру теплового процесса:
- конденсационные
- теплофикационные
- специального назначения
Данный вид классификации основывается на входных и выходных параметрах используемого турбиной пара. Турбины каждой из групп конструируются и рассчитываются таким образом, чтобы наиболее эффективно работать с тем или иным типом пара, а также давать на выходе тепловую и механическую энергии в нужных пропорциях. Такой вариант классификации позволяет оптимально подобрать оборудование под выполнение конкретной задачи, характерной для какой-либо отрасли.
Задача конденсационных турбин – использование максимально возможной энергии пара для превращения ее в механическую энергию вращения вала, которая в большинстве случаев далее используется для выработки электроэнергии. Отработанный пар конденсационных турбин уже не обладает достаточной энергией для дальнейшего эффективного использования, а давление его ниже атмосферного, поэтому он направляется в конденсационную установку, где происходит снятие оставшегося тепла и переход в жидкую фазу. Поскольку отработанный пар, проходя через турбину, расширяется до давления меньше атмосферного, в конденсаторе поддерживается вакуум для поддержания тока пара и выведения его из турбины. Конденсационные турбины чаще всего применяют для выработки электроэнергии, поэтому в них и стараются добиться максимальной возможной конвертации энергии пара в кинетическую энергию вала.
Простейшая схема конденсационной турбины работает следующим образом. Образующийся в котельной установке перегретый пар по паропроводу подается на турбину, где происходит его расширение, сопровождаемое переходом части потенциальной энергии пара в кинетическую. Дальнейшее превращение кинетической энергии парового потока в механическую энергию вращения вала ротора протекает на лопатках. Вал турбины соединен с валом генератора электрического тока, что позволяет вырабатывать электроэнергию, используя полученную в турбине механическую энергию вращения ротора. Отработанный пар с давлением ниже атмосферного выходит из турбины и направляется в конденсатор, где при помощи охлаждающей воды пар конденсируется и переходит в жидкую фазу. После этого конденсат с помощью насоса вновь подается на котельную установку. Для восполнения потерь циркулирующей воды ее необходимое количество восстанавливают путем добавления свежей, предварительно прошедшей блок водоподготовки, в котором удаляются растворенные соли и газы. Дегазации также может подвергаться и циркулирующая вода, при этом из нее удаляют растворенные кислород и углекислый газ, что снижает коррозионное воздействие на оборудование.
В свою очередь теплофикационные паровые турбины направлены как на выработку тепла, так и на получение электроэнергии, причем соотношение отбираемого пара к общей величине может быть как фиксированным, так и изменяемым. Станции, оснащенные теплофикационными турбинами, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Необходимость отбора пара обусловлена различными условиями, предъявляемыми к пару разными потребителями. Так для промышленных нужд требуется пар с давлением порядка 1,3 – 1,5 МПа, тогда как отопительные сети должны снабжаться паром с давлением гораздо ниже 0,05 – 0,25 МПа. В первом случае отбор называют промышленным, а во втором – теплофикационным. В большинстве случаев выходной пар теплофикационных турбин имеет давление выше атмосферного, поэтому их также называют турбинами с противодавлением.
Принципиальная схема работы теплофикационной турбины несколько отличается от конденсационной. В данном случае представлена турбина и одним промежуточным отбором пара для сторонних нужд. Отобранный пар направляется в тепловой узел. Под тепловым узлом понимается некий потребитель пара, будь то бойлер для подогрева сетевой воды отопительной системы или химический реактор. Отработанный пар после теплового узла при необходимости так же подвергается конденсации и сливается с потоком, выходящим из конденсатора теплофикационной турбины. Объединенный поток воды затем направляется в котельную установку для последующего перехода в фазу перегретого пара и повторной подачи на лопатки турбины.
Турбины специального назначения, как правило, имеют каждая свою узкую сферу применения и изготовляются специально под конкретный случай. Обычно такие турбины работают на пару, образующемся в процессе работы технологического процесса на предприятии. Его параметры являются отправной точкой для подбора и расчета турбины.
Выделяют следующие подвиды специальных турбин:
- Турбины мятого пара
Работают на отработанном пару паровых прессов или молотов, а также поршневых машин. Пар имеет давление ниже атмосферного, что является отличительной чертой этих турбин. - Турбины двух давлений
Работают на нескольких потоках пара: свежем и отработанном с паровых механизмов. Отработанный пар подводится к турбине в одну из промежуточных ступеней. - Предвключенные турбины
Работают с паром высокого давления, который на выходе с уже меньшим давлением подается на другие турбины. Применяются в случае, когда возникает необходимость использовать пар с давлением выше, чем рабочее давление у уже имеющихся турбин. - Приводные турбины
Работают в качестве привода насосов и компрессоров. Способны развивать значительную мощность.Пар для потребителей может отбираться из теплофикационных турбин различными способами, в зависимости от чего выделяют следующие виды турбин:
- с противодавлением
- с нерегулируемым отбором пара
- с регулируемым отбором пара
Турбины с противодавлением выдают на выходе пар, давление которого выше атмосферного. Полученный пар поступает не в конденсатор (как в конденсационных турбинах), а в полном объеме направляется на технологические нужды. Паровые турбины с противодавлением получили распространение в различных областях промышленности, где требуется получение технологического пара для различных нужд. Количество электроэнергии, вырабатываемое такой турбиной, напрямую зависит от текущего потребления пара. По этой причине часто паровая турбина с противодавлением работает параллельно с конденсационной турбиной, за счет которой покрывается недостаток электроэнергии в случае повышенного потребления пара от турбины с противодавлением.
Нерегулируемый отбор, как следует из названия, производится не по предварительно установленным показателям, а по мере необходимости, и величина отбора может меняться. Обычно нерегулируемый отбор используется на конденсационных турбинах, где отводимый на промежуточных ступенях пар направляется на предварительный подогрев воды перед парогенератором.
Если отбор пара регулируемый, то его величина и давление поддерживаются постоянными. Это необходимо в случае, когда для конечного потребителя важно получать пар с заданными параметрами. На приведенной выше схеме показан распространенный случай, при котором из турбины производится промышленный (давление пара 1,3 – 1,5 МПа) и теплофикацонный (давление пара 0,05 – 0,25 МПа) отборы.
По числу корпусов (цилиндров):
- одноцилиндровые
- двухцилиндровые
- многоцилиндровые
Каждый цилиндр представляет собой отдельную турбину активного или реактивного действия, соединенную с остальными цилиндрами (в случае многокорпусной турбины) паропроводом. Причем роторы отдельных цилиндров могут иметь как общий вал, так и отдельный вал на каждый из цилиндров. В первом случае многоцилиндровые турбины называют одновальными, а во втором случае – многовальными.
Примеры одновальных и двухвальной турбин
Однокорпусные турбины, как правило, маломощны, в то время как многокорпусные позволяют развивать значительно большую мощность, за счет чего происходит удешевление турбины, а, следовательно, и всей установки (к примеру, электростанции), на которой эта турбина используется. Большинство современных турбин стараются делать многокорпусными.
Преимущества и недостатки паровых турбин
Паровые турбины по праву заслужили свое место в современной промышленности. Их высокая эффективность определяется рядом существенных преимуществ, благодаря которым паровые турбины остаются конкурентоспособными по сей день.
К таким преимуществам относят:
- возможность использования различных видов топлив
- доступность теплоносителя
- высокий ресурс работы
- быстроходность и способность развивать большие мощности
- экономичность и высокая эффективность
- компактность
Как уже говорилось, “всеядность” паровых турбин в отношении используемых топлив является одним из определяющих преимуществ. Они не зависят от поставок конкретного вида топлива и не требуют конструктивных или технологических изменений при переходе с одного вида топлива на другой. Главное – бесперебойная подача пара с заданными параметрами. Точнее, для перехода на новый вид первичного топлива изменений требует только парогенератор, если рассматривать его как составную часть агрегата. Такая гибкость позволила паровым турбинам получить широкое распространение, как в отраслевом, так и географическом смыслах.
Использование водяного пара в качестве рабочего тела также имеет ряд преимуществ, сказывающихся на эксплуатационных качествах турбин. Перегретый водяной пар, использующийся в качестве рабочего тела, не несет с собой твердых частиц, которые могут стать причиной сильного абразивного износа лопаток. Кроме того, в отличие от паровых машин, отсутствие возвратно-поступательных движений в механизме турбины также положительно сказывается на сроке службы, потому как постоянно меняющиеся с высокой периодичностью нагрузки способствуют быстрому износу подвижных деталей и могут вызвать из повреждения и разрушение.
Паровые турбины снискали большую популярность в энергетике не в малой степени из-за своей высокой эффективности, особенно развитой в многоцилиндровых турбинах, а также возможностью создавать значительные мощности и скорости вращения. При всем этом, несмотря на огромные размеры промышленных паровых турбин, они достаточно компактны. Близкое расположение лопаток, занимающих собой большую долю проточной части, позволяет рационально использовать занимаемое турбиной пространство. Эта отличительная особенность становится особенно востребованной как раз при создании паровых турбин большой мощности, которые могут достигать в длину более 50 м.
Помимо неоспоримых достоинств, паровые турбины наделены также и рядом недостатков, учет которых необходим при подборе и проектировании турбины.
- Инертность установки
- Высокие требования к условиям эксплуатации и уровню обслуживания
- Относительно малая доля производимой электрической энергии в сравнении с тепловой энергией
Пуск в работу паровой турбины – ответственный и не быстрый процесс, так как предварительно требуется запуск в работу котельной установки для создания потока перегретого пара и приведение в работу циркуляционного контура теплоносителя (воды, переходящей в паровую фазу и далее вновь конденсирующейся). Это не позволяет в короткие сроки запускать и останавливать турбину. Кроме того, сложность конструкции требует особо тщательного подхода к вопросам выбора и проектирования. В противном случае эксплуатация паровой турбины в ненадлежащих условиях может повлечь за собой значительное сокращение срока службы, что перечеркнет одно из важных преимуществ этого типа двигателей – высокий ресурс работы.
Антикоррозионная защита паровой турбины
Далее описаны методы окраски и антикоррозионной защиты во время транспортировки и хранения паровой турбины, включая вспомогательное оборудование, в течение 6 месяцев с момента отгрузки.
Работы по антикоррозионной защите
Предотвращение коррозии внутренних поверхностей и наружных обработанных поверхностей, которые не будут окрашены, осуществляется при помощи следующей антикоррозионной защиты:
- Работы по антикоррозионной защите будут проводиться после того, как все испытания и инспекция оборудования будут удовлетворительно завершены.
- Инородные материалы, такие как ржавчина, окалина и брызги металла удаляются механическими или химическими способами.
- Масло, консистентная смазка, маркировочная краска и другие инородные материалы удаляются путем погружения в растворитель или нанесения растворителя, и производится сушка очищенных поверхностей с использованием сжатого воздуха или горячего воздуха.
- После завершения подготовки поверхностей должна быть произведена антикоррозионная обработка
- После завершения антикоррозионной обработки оборудования должна быть обеспечена следующая защита:
- Все фланцевые отверстия должны быть снабжены металлическими крышками толщиной мин. 1,6 мм с бесасбестовыми или резиновыми листовыми набивками и по меньшей мере четырьмя болтами полного диаметра.
- Все резьбовые отверстия должны быть снабжены стальными заглушками или стальными крышками.
- Эквивалентными антикоррозионными материалами для Rust Veto Mеdium являются следующие:
SHELL: Shell Ensis Engin Oil 30
MOBIL: Mobil Coat 503
ESSO: Esso Anti-Rust P1030 - У SHELL, MOBIL и ESSO может не быть антикоррозионных материалов, эквивалентных Nox-rust 366 и DIANA.
Перечень по антикоррозионной защите
Применение паровых турбин
- Механические приводы машин и агрегатов
- Приводы гребных винтов
- Приводы насосов и компрессоров
- Выработка электроэнергии
- Утилизация тепловой энергии отработанного пара
- Теплоснабжение и использование в отопительных сетях
Получаемая на роторе механическая энергия позволяет использовать турбины в качестве приводов различных механизмов, таких как насосы, компрессоры, центрифуги, вентиляторы и центробежные нагнетатели. Все эти машины, как правило, быстроходны и работают при большом числе оборотов, что делает паровые турбины особо подходящими. В то же время они могут служить приводами и тихоходных механизмов, но для этого между турбиной и механизмом включают понижающий редуктор. Такой вариант реализован в приводах гребных винтов судов, скорость которых обычно составляет величину на порядок меньше. Использование паровых турбин на судах обуславливается рядом уже рассмотренных выше преимуществ, таких как компактность, что особо актуально в ограниченном доступном месте на кораблях, и использование водяного пара в качестве рабочего тела. С помощью установок деминерализации, получение пригодной для использования в парогенераторе воды возможно в любой момент при возникновении в том необходимости.
Выработка электроэнергии – одно из самых важных применений паровых турбин. В этом случае турбина выполняет функции привода генератора переменного электрического тока. Поскольку частота тока в сетях электроснабжения строго определена и равна 50 Гц, то и скорость вращения турбины подстраивают под соответствующий генератор, чтобы на выходе тот выдавал нужное количество оборотов. Так для двухполюсного генератора подбирается скорость 3000 об/мин, а для четырехполюсного генератора – 1500 об/мин. Частота получаемого тока определяет качество работы все установки. Современные технологии позволяют контролировать выдаваемую турбиной скорость вращения вала с точностью до нескольких оборотов в минуту. Несомненным и одним из определяющих преимуществ паровых турбин в процессах получения электроэнергии является почти полная “всеядность” подобной установки в отношении первоначального топлива, расходуемого в парогенераторе. Это может быть уголь, природный газ, биогаз и т.д.
Существует целый ряд паровых турбин, для работы которых используется не специально полученный пар, а пар, образовавшийся вследствие работы других технологических процессов и установок. Такие турбины называют турбинами специального назначения. Так же возможны случаи, когда турбина работает как на свежем, так и на отработанном паре. Подобный вариант применения позволяет увеличить энергоэффективность исходного производства, где применяется турбина специального назначения, за счет рационального использования оставшейся энергии отработанного пара.
Кроме выработки электроэнергии паровые турбины также играют значительную роль в системе теплоснабжения. В этом случае используются теплофикационные турбины с одним или двумя точками отбора пара, которые называют промышленный и теплофикационный отбор. Количество отводимого пара регулируется, а конкретная величина отбора зависит от текущих потребностей теплосетей. Несмотря на то, что пар является основным продуктом теплофикационных турбин, она также вырабатывают и электроэнергию, которая может расходоваться на нужды самой теплоэлектростанции.
Основы расчета и подбора паровых турбин. Примеры решения
Одним из важнейших этапов в проектировании объектов промышленности является детальный расчет оборудования. Данный процесс отличается высокой трудоемкостью и требует проведения значительного количества вычислений. Также для проведения правильного расчета необходимо использовать справочные данные и данные, которые были получены опытным путем при проведении экспериментов. В ходе расчета выясняются и уточняются все параметры, необходимые для осуществления технологического процесса.
Задача расчета состоит в правильном определении оптимального варианта турбинного агрегата, который соответствует технологическим параметрам процесса и обладает наибольшей экономичностью. Расчет турбины ведется на основании заданных условий пара на входе и выходе из нее.
При расчете турбин наиболее важную позицию занимает тепловой расчет, в ходе которого определяются такие параметры как: общий теплоперепад, расход пара, КПД, мощность установки и т.д. Тепловой расчет начинают с построения процесса расширения пара на I-S диаграмме (диаграмма состояния воды и водяного пара) для определения начальных и конечных параметров процесса. С помощью полученных графическим методом данных производят вычисление эффективности, экономичности и конструктивных показателей турбины.
Для понимания принципов расчета паровых турбин ниже будут приведены основные расчетные зависимости для наиболее простого варианта турбины – одноступенчатой активного действия. В турбине данного типа пар единожды будет подвержен адиабатическому расширению. Зная теплосодержание (энтальпию) пара на входе в турбину и теплосодержание пара после прохождения сопел, найдем общий теплоперепад:
Hоб = i0 – iр
где:
Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг
i0 – энтальпия пара на входе в турбину, кДж/кг
iр – энтальпия пара посте адиабатического расширения в соплах, кДж/кг
Далее, если известен расход этого пара, то становится возможным нахождение мощности турбины. Однако важно отметить, что это полная мощность, в которой не учитываются потери:
Nт = (G·Hоб)/3600
где:
Nт – общая мощность турбины, кВт
Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг
G – расход пара, кг/час
Поскольку процесс совершения работы на лопатках совершается не в полном объеме, как и не происходит полной передачи энергии к вращающемуся валу, то эффективная мощность турбины оказывается меньше её полного значения:
Nэф = (G·Hоб)/3600·ηот
где:
Nэф – эффективная мощность турбины, кВт
Hоб – общий теплоперепад, кДж/кг
G – расход пара, кг/час
ηот – относительный эффективный КПД турбины
Если паровая турбина используется для выработки электрической энергии, то вводится характеристика – электрическая мощность, отражающая количество работы, идущей непосредственно на выработку электроэнергии. Она связана с эффективной мощностью через следующее уравнение:
Nэл = Nэф·ηэг·ηр
Где:
Nэл – электрическая мощность на клеммах генератора, кВт
Nэф – эффективная мощность турбины, кВт
ηэг –КПД электрогенератора
ηр –КПД понижающего редуктора (ηрберется равным 1 если вал турбины напрямую соединен с валом генератора)
Если из уравнения для эффективной мощности турбины Nэф выразить переменную расхода пара G, то получится расчетная формула для рассмотренной величины. С помощью данной формулы можно оценивать необходимый расчет пара для обеспечения выработки предварительно заданной мощности.
G = (Nэф·3600)/(ηт·Hоб)
Если проделать операцию, аналогичную описанной выше, то получится уравнение, с помощью которого становится возможной оценка необходимого количества пара уже для создания предварительно заданной мощности на клеммах электрогенератора:
G = (Nэф·3600)/(Hоб·ηот·ηэг·ηр)
Важным параметром в турбине является угол наклона лопатки к плоскости вращения диска, несущего эти лопатки. Эта величина находится в зависимости от окружной скорости лопаток и скорости потока пара, падающего на лопатки, и выражается следующим уравнением:
u/c = cos(α)/2
где:
u – окружная скорость лопаток, м/с
c – скорость потока пара, м/с
α – угол наклона лопаток а оси несущего их диска
Максимальное использование энергии пара было бы при угле α=0, но добиться такого значения практически невозможно, поэтому данный параметр обычно берут из промежутка от 12 до 220, что соответствует значениям скоростей u/c из промежутка от 0,465 до 0,49.
В одноступенчатой турбине скорость потока пара, падающего на лопатки, совпадает со скоростью истечения пара из входных сопел, которая может быть рассчитана по формуле:
Сис = 44,75·φ·√[(H0 + (с²вх)/2003)]
где:
Cис – скорость истечения пара из сопла, м/с
φ – скоростной коэффициент, учитывающий потери (берется из промежутка от 0,93 до 0,98 в зависимости от степени обработки сопел)
H0 – адиабатический теплоперепад на сопле, кДж/кг
Свх – скорость входа пара в сопло, м/с
Зная окружную скорость лопаток, можно определить число оборотов ротора турбины:
n = (60·u) / (π·d)
где:
n – скорость вращения ротора, об/мин
u – окружная скорость лопаток, м/с
d – средний диаметр венца лопаток, м
Для наглядности приведем решения несложных задач:
Задача 1
Одноступенчатая турбина активного действия соединена с электрогенератором через понижающий редуктор. В турбину продается пар с температурой t0=280°C под давлением P0=1,6 МПа. Противодавление турбины составляет Pпр=0,12 МПа. Электрогенератор развивает на клеммах мощность Nэ=90 кВт. Необходимо рассчитать требуемый расход пара. КПД турбины принять равным ηт=0,7, КПД редуктора – ηр=0,95, КПД генератора – ηг=0,94.
Решение:
Воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара и определим энтальпию пара на входе в турбину. Энтальпия пара при t0=280°C0 и P0=1,6 МПа приблизительно равна:
i0 = 2990 кДж/кг
Поскольку пар подвергается адиабатическому расширению только в сопле, а на лопатках активной турбины изменения давления не происходит, то противодавление турбины можно принять равным давлению пара после прохождения сопел. Исходя из этого, вновь воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара и определим его теплосодержание после адиабатического расширения:
i1 = 2420 кДж/кг
Далее мы можем найти общий теплоперепад на турбине:
H0 = i0 – i1 = 2990 – 2420 = 570 кДж/кг
Теперь можно воспользоваться формулой связи расхода пара и мощности на клеммах электрогенератора и найти искомую величину:
G = (Nэ·3600) / (H0·ηт·ηр·ηг) = (90·3600) / (570·0,7·0,95·0,94) = 909,33 кг/час
Также можно определить удельный расход пара на выработку одного кВт мощности:
Gу = G / Nэ = 909,33 / 90 = 10,1 кг/(кВт·час)
Задача 2
Основываясь на данных предыдущей задачи, определить скорость вращения вала турбины и необходимое передаточное отношение редуктора, связывающего турбину и двухполюсной электрогенератор. Средний диаметр венца лопаток составляет d=0,7 м. Угол наклона сопла α=200. Скоростной коэффициент принять равным φ=0,96.
Решение:
Определим оптимальное соотношение окружной скорости лопаток и скорости потока пара по формуле:
u/c = cos(α)/2 = cos(20)/2 = 0,47
Перед тем как найти окружную скорость лопаток, необходимо рассчитать действительную скорость пара на выходе из сопел. Для этого воспользуемся формулой (входной скоростью пара на сопла пренебрегаем и полагаем ее равной 0), взяв из прошлой задачи значение H0=570 кДж/кг:
с = 44,75·φ·√(H0) = 44,75·0,96·√570 = 1025,66 м/сек
Теперь, используя полученное значение скорости потока пара, определим окружную скорость лопаток турбины:
u = [(cos(α))/2]*c = 0,47*1025,66 = 482,06 м/сек
Далее становится возможным определение числа оборотов вала турбины:
n = (60*u)/(π*d) = (60*482,06)/(3,14*0,7) = 13159 об/мин
В нашем случае электрогенератор двухполюсной, поэтому его число оборотов ротора должно равняться 3000 в минуту. Исходя из этого, найдем необходимое передаточное число редуктора:
i = 3000/13159 ≈ 1/4,4
Далее рассмотрим тепловой расчет простого турбинного агрегата (вычисление основных параметров) путем решения несложных задач.
Задача 1.
На турбину подается пар с давлением P0 = 4 МПа и температурой T0 = 380 °C. После прохождения турбины пар расширяется и его давление снижается до P1 = 0,7 МПа. Необходимо определить общий теплоперепад турбины Hоб.
Решение:
Для решения данной задачи воспользуемся диаграммой состояния воды и водяного пара (I-S диаграммой). Отметив на диаграмме точки с начальными и конечными значениями пара, мы определим энтальпии пара i0 и i1 , которые соответствуют следующим показателям:
i0 = 3185 кДж/кг
i1 = 2835 кДж/кг
Зная значения энтальпии, определим общий теплоперепад в турбине следующим образом:
Hоб = i0-i1 = 3185-2835 = 350 кДж/кг
Задача 2.
Необходимо установить мощность Nэ одноступенчатой конденсационной турбины, рассчитанной на следующие параметры свежего пара: расход G = 1675 кг/час, давление P0 = 1,5 МПа, температура T0 = 210 °C, давление в конденсаторе Pk = 0,3 МПа. КПД турбины ŋоt = 0,8.
Решение:
Первоначально построим процесс расширения пара на диаграмме I-S и определим общий теплоперепад на турбине.
Hоб = i0-ik = 2823-2196 = 627 кДж/кг
Затем найдем мощность турбины, преобразовав формулу для нахождения расхода пара:
Nэ = (G·Hоб)/(3600·ŋоt) = (1675·627)/(3600·0,8) = 365 кВт.
Задача 3.
Необходимо определить относительный эффективный КПД (ŋоt) и расход пара турбины, зная следующие параметры ее работы: давление и температура на входе P0 = 8 МПа, T0 = 450 °C; конечное давление пара Pk = 1,6 МПа. Мощность турбины принять Nэ = 2200 кВт. Механический КПД турбины принять равным ŋм = 0,98, а относительный внутренний КПД ŋвн = 0,8.
Решение:
Обратившись к диаграмме состояния воды и водяного пара, мы сможем построить процесс расширения пара в турбине и определить параметры на входе и выходе из нее. Значения энтальпии пара на входе и выходе равны соответственно:
i0 = 3275 кДж/кг
ik = 2859 кДж/кг
Искомую величину КПД можно определить согласно следующему соотношению:
ŋоt = ŋт·ŋвн·ŋм = 0,86·0,8·0,98 = 0,67
Где:
ŋт – теоретический КПД, определяемый следующим образом:
ŋт = (i0-ik)/(i0-i’k) = (3275-2859)/(3275-2791,7) = 0,86·100 = 86 %
где:
i’k – энтальпия пара при давлении Pk =1,6 МПа (определяется по таблице), кДж/кг.
Для расчета расхода пара необходимо найти общий теплоперепад на турбине:
Hоб = i0-i1 = 3275-2859 = 416 кДж/кг
Теперь найдем расход пара на турбине, используя формулу:
G = Nэ/(Hоб·ŋоt) = 2200/(416·0,67) = 7,9 кг/с
Задача 4.
Для получения одновременно тепловой и электрической энергии на теплоэлектростанции эксплуатируются два типа паровых турбин: с противодавлением и конденсационная, общей производимой электрической мощностью Nэ = 7500 кВт. На турбины подается пар с давлением P0 = 4,5 МПа и температурой Т0 = 400 °C. Расход пара на турбину с противодавлением составляет Gп = 8,3 кг/с, а давление на выходе из турбины Pп = 0,16 МПа. На выходе из конденсационной турбины значение давления пара имеет следующее значение Pk = 0,07 МПа. Необходимо определить мощность каждой турбины и расход пара на конденсационной турбине. Относительный эффективный КПД турбины принять ŋоt = 0,75.
Решение:
По диаграмме состояния воды и водяного пара найдем общий теплоперепад на каждой из турбин, аналогично приведенным выше задачам.
Hоб п = i0-iп = 3210-2512 = 698 кДж/кг
Hоб к = i0-iк = 3210-2388 = 822 кДж/кг
Определим электрическую мощность турбины с противодавлением, выразив ее из формулы расхода пара:
Nэп = Gп·Hоб·ŋоt = 8,3·698·0,75 = 4345 кВт.
Теперь вычислим мощность конденсационной паровой турбины вычтя из общей электрической мощности электрическую мощность турбины с противодавлением:
Nэк = Nэоб-Nэп = 7500-4345= 3155 кВт
Также определим расход пара на конденсационной турбине:
Gк = Nэк/(Hобк·ŋоt) = 3155/(822·0,75) = 5,12 кг/с.
Задача 5.
Известно, что отдельная ступень турбины имеет относительный КПД ηoi = 0.85, а теплоперепад на ней составляет H0ст =100 кДж/кг. Нужно определить необходимое количество таких ступеней для турбины, работающей в области перегретого пара, общий теплоперепад которой составляет H0=1000 кДж/кг. Принять, что все ступени идентичны и обладают идентичными параметрами.
Решение:
Проведем ориентировочный расчет коэффициента возврата теплоты qt. Учитывая, что число ступеней нас не известно, предварительно примем их число z равное 10:
qt = kt · (1-ηoi) · H0 · [(z-1)/z]
Где kt –расчетный коэффициент, для турбины, работающей на перегретом пару, равный 5,8·10-4. После преобразований получим:
qt = 5,8 · 10-4 · (1-0,85) · 1000 · [(10-1)/10] = 0,0783
Теперь, зная предварительное значение коэффициента возврата теплоты, можно определить уточненное значение числа ступеней по формуле:
z = [H0 · (1+qt)] / H0ср = [1000·(1+0,0783)] / 100 = 10,783
Полученное значение z округляем в большую сторону и получаем искомую величину z равную 11.
Задача 6.
Диафрагма промежуточной ступени турбины оснащена лабиринтным уплотнением со следующими характеристиками: диаметр уплотнения dу=0,2 м, зазор уплотнения составляет δу=0,4 мм, а количество гребней Z=7. Пар перед ступенью имеет температуру Т1=400°C и давление P1=1,6 МПа, которое после ступени падает до P2=1,4 МПа. Необходимо рассчитать величину потерь G через уплотнение, при этом коэффициент расхода μу принять равным 0,91.
Решение:
Достаточно больше число гребешков z=7 позволяет использовать упрощенную формулу расчета величины потерь:
G = μy · Fy · √(1-ϵy²)/z · √p1/v1
Где:
Fу – площадь зазора уплотнения, м2
εу – отношение давлений по разные стороны от уплотнения p2/p1 = 1,4/1,6 = 0,875;
v1 – удельный объем, м3/кг.
Площадь зазора уплотнения можно определить исходя из имеющихся геометрических параметров уплотнения, указанных в условии задачи, по формуле:
Fy = π · dy · δy = 3,14·0,2·0,4· 10-3 = 0,2512·10-3 [м²]
Величину удельного объема можно определить по i-s диаграмме, и для P1=1,6 МПа и T1=400°C удельный объем составит v1=0,19 м3/кг.
Рассчитаем искомую величину потерь:
G = 0,91 · 0,2512· 10-3 · √(1-0,875²)/7 · √(1,6·106)/0,19 = 0,121 кг/с
Задача 7.
Дана турбина, номинальному режиму работы которой соответствуют следующие параметры: температура на входе Tн0=800 °C, давление на входе Pн0=1 МПа, расход пара G0=200 кг/сек, а давление пара на выходе Pк0=0,1 МПа. Вследствие реорганизации производства были изменены рабочие параметры турбины, так расход увеличился до G1=210 кг/сек., а температура упала до Тн1=750°C. Какое давление пара на входе Pн1 необходимо обеспечить при изменившихся условиях, чтобы обеспечить неизменное давление пара выходе, то есть Pк1=Pк0.
Решение:
Искомую величину можно определить, воспользовавшись следующим соотношением:
G1/G0 = √(Pн1²-Pк1²)/(Pн0²-Pк0²) · √Tн0/Tн1
Выразим из данного выражения давление на входе Pн1 и рассчитаем его:
Pн1 = √(G1/G0)² · (Pн0²-Pк0²) · Tн1/Tн0 + Pк1² = √(210/200)²·(1²-0,1²) · (750+273)/(800+273) + 0,1² = 1,025 МПа
Данные о нагрузке паровой турбины
Примечание:
1. Вертикальная динамическая нагрузка включает статическую нагрузку
Примеры конденсационных паровых турбин
Конденсационные паровые турбины
Вариант-1
Редуктор
Вариант-2
Редуктор
Объем поставки для каждой турбины:
- турбина
- редуктор
- система контроля
- рама основания с масляной системой
- система измерения и регулировки
- оборудование контроля (предохранительный и регулирующий клапаны)
- регулируемая система смазки
- изоляция
- трубная обвязка
Опция:
- конденсатор
- всасывающая труба
- строительные работы
- шеф-монтаж и сборка
Вариант-3. Конденсационная турбина с генератором мощностью 12 МВт, охлаждающаяся пресной водой
Техническое описание
Турбина
Температура охлаждающей воды
Система нагрева:
Генератор
Объем поставки турбины
- От главной паровой задвижки с фильтром (включая фланцы и соединительные болты) до выпускного фланца паровой турбины.
- Муфта между турбиной и генератором
- Регулирующая система, гидравлический электронный регулятор оборотов.
- Конденсационная система: конденсатор, пароструйный питательный насос, перепускной клапан цилиндра, конденсационный насос.
- Вытяжная труба между турбиной и конденсатором, включая, компенсационный шов.
- Система подачи масла, включающая резервуар для масла, выполненный из материала Duplex маслоохладитель, выполненный из материала Duplex масляный фильтр смазочного масла и масла контура управления, вспомогательный смазочный насос с мотором, аварийный смазочный насос с мотором.
- Местный датчик, местная панель приборов, управляющее устройство.
- Впускной и сливной трубопровод для турбины.
- Обшивка турбины
- Анкерные болты и опорная плита
- Необходимые запчасти на два года эксплуатации
- Специальные инструменты
Объем поставки генератора:
- Генератор в сборе
- Воздухоохладитель генератора
- Возбудитель генератора
- Необходимые запчасти на два года эксплуатации
Вариант-4 Конденсационная турбина с генератором мощностью 6 МВт, охлаждающаяся пресной водой
Техническое описание.
Турбина
Температура охлаждающей воды
Система нагрева:
Генератор
Объем поставки турбины
- От главной паровой задвижки с фильтром (включая фланцы и соединительные болты) до выпускного фланца паровой турбины.
- Муфта между турбиной и генератором
- Регулирующая система, гидравлический электронный регулятор оборотов.
- Конденсационная система: конденсатор, пароструйный питательный насос, перепускной клапан цилиндра, конденсационный насос.
- Вытяжная труба между турбиной и конденсатором, включая, компенсационный шов.
- Система подачи масла, включающая резервуар для масла, выполненный из материала Duplex маслоохладитель, выполненный из материала Duplex масляный фильтр для смазочного масла и для масла контура управления, вспомогательный смазочный насос с мотором, аварийный смазочный насос с мотором.
- Местный датчик, местная панель приборов, управляющее устройство.
- Впускной и сливной трубопровод для турбины.
- Обшивка турбины
- Анкерные болты и опорная плита
- Необходимые запчасти на два года эксплуатации
- Специальные инструменты
Объем поставки генератора:
- Генератор в сборе
- Воздухоохладитель генератора
- Возбудитель генератора
- Необходимые запчасти на два года эксплуатации
История развития паровых турбин
Со времени, когда ручной труд перестал удовлетворять возрастающим потребностям человека, начался активный поиск альтернативных источников механической силы, которую можно было бы использовать. Было создано ветряное и водяное колесо, которое позволило использовать энергию ветра и воды. Уже это позволило автоматизировать некоторые виды работ, ранее выполняемых вручную. Но все эти изобретения не позволяли развивать больших механических усилий.
Эпоха индустриализации поставила перед человечеством ультиматум: новый источник энергии или стагнация. Настоящим прорывом стала возможность использовать энергию водяного пара. Потенциал пара был очевиден, ведь его легко получить, используя лишь воду и огонь, с ним легко работать, в отличие от той же молнии, а сокрытая в нем энергия явно превышает энергию той же текущей воды. Для подчинения силы пара необходимо было только придумать способ, как перевести заключенную в нем потенциальную энергию в полезную механическую работу. Два изобретения определили вектор развития науки и техники того времени на несколько десятилетий вперед. Это были паровая машина и паровая турбина.
Первой была создана паровая машина, которая во второй половине 18 века стала основным двигателем промышленности, как в прямом, так и в переносном смысле. Но новые возможности породили новые желания, удовлетворить которые паровым машинам стало не под силу уже к концу 19 века. Требовались большие мощности и большие скорости. Паровые машины нашли свою нишу применения, а в авангарде двигателей больших мощностей их заменили паровые турбины.
Сам принцип, по которому осуществляется работа паровой турбины, был известен еще как минимум 2000 лет назад, когда на примере того же шара Герона (полый металлический шар, внутрь которого подается пар, который далее истекает наружу через изогнутые трубки, чем приводит шар во вращательное движение) была показана принципиальная возможность получения механического движения с использованием энергии пара. Создание даже простейшей рабочей паровой турбины потребовало от человечества обширных знаний, как и передовых технологий. Без продвинутой металлургии невозможно создать вращающуюся с огромной скоростью (более 4000 об/мин) конструкцию, на которой должны быть установлены в строго определенном положении тонкие лопатки одинаковой формы. Также требуются глубокие знания по теории течения газов и жидкостей и так далее. Но, несмотря на все трудности, технология паровых турбин была разработана и позволила значительно продвинуть многие другие области науки и техники.
В первую очередь паровые турбины применялись в тех случаях, где не справлялись паровые машины, а также заменяли их в случаях, когда паровые машины оказывались слишком неэффективными. Можно было бы предположить, что наступит закат и эры паровых турбин, однако открытие и начало использования другого, гораздо более перспективного источника энергии – электрического тока – дало перовым турбинам второе дыхание. Для выработки электроэнергии в больших масштабах паровые турбины подходят как нельзя кстати. С их помощью возможно превращение энергии, выделяющейся при сгорании простых и доступных видов топлив, сперва в потенциальную энергию пара, затем в механическую энергию вращения вала турбины, а под конец уже в энергию электрического тока путем подсоединения вала турбины к динамо-машине.
Но, несмотря на все преимущества от использования пара, со времен шара Герона и до 19 века все изобретения, использующие кинетическую и потенциальную энергию пара, воспринимались не более как забавные технические игрушки, непригодные для использования в промышленности. Одной из первых ласточек новой эры стали простейшие паровые турбины, применявшиеся на лесопилках в США в 1883-1885 годах. Они служили в качестве приводов дисковых пил. Пар подавался к турбине через ось, после чего расширялся и поступал в радиально расположенные трубы, заканчивающиеся изогнутым наконечником. Эффективность таких машин была невысокой, но, что примечательно, для их работы использовались отходы лесопильного производства, которых было в достатке, что позволяло экономить на топливе, пуская в работу малопригодный материал. Тем не менее, эти турбины не получили широкого распространения в силу ряда недостатков, что не позволило им значительно повлиять на развитие паровых турбин в целом.
Сдвиг с мертвой точки же во многом произошел благодаря шведскому инженеру Карлу Густаву Патрику де Лавалю. Он вложил немалые средства в разработку турбин активного типа и уже в 1893 году на выставке в Чикаго представил рабочую турбину мощностью в 5 л.с. со скоростью вращения 30000 об./мин. С приемлемыми рабочими параметрами, эта турбина являлась наглядным примером того, что подобный вид паровых машин может и должен быть использован в промышленности. Однако нашелся один недостаток, серьезно ограничивший ее распространение. Такая турбина подразумевала использование понижающего редуктора из-за огромной рабочей скорости вращения, но на тот момент как раз ввиду отсутствия машин с подобными скоростями, редукторы выпускались в основном одноступенчатыми, не рассчитанными на подобные входные скорости. Не редко выходило так, что диаметр шестерни редуктора значительно превышал размеры самой турбины. Пусть детище де Лаваля и не смогло стать флагманом нового турбинного оборудования, но в ходе его разработки шведским инженером были выявлены и устранены многие технические проблемы, был заложен фундамент для дальнейшего совершенствования.
Другим человеком, внесшим весомый вклад, был англичанин Чарльз Алджерон Парсонс. Будучи талантливым инженером и изобретателем, а также сыном лорда по совместительству, Чарльз имел все возможности, как для изобретательской деятельности, так и для создания реальных машин по своим проектам. В 1884 году создается первая многоступенчатая реактивная турбина, предназначающаяся для совместной работы с электрическим генератором. Несмотря на небольшую мощность всего в 6 л.с., она показала всю перспективность использования паровых турбин для получения электрического тока. Парсонс продолжил работать над улучшениями, и уже к 1889 году общее число произведенных турбин достигло 300 штук при мощности до 100 л.с.
К началу двадцатого века Англия, не в последнюю очередь благодаря Чарльзу Парсонсу, занимала первое место в мире по производству и применению паровых турбин. В то же время передовые инженеры других стран осознали всю важность и необходимость этого изобретения для стремительно развивающейся энергетики. В дальнейшем внедрение и развитие паровых турбин только ширилось и ускорялось, но основа концепции практического получения механической энергии при помощи паровой турбины была заложена именно на рубеже девятнадцатого и двадцатого веков.
Примеры наших паровых турбин
Паровая турбина
Технические характеристики
Паровая турбина насоса смазочного масла (турбина привода насоса уплотняющего масла) по стандарту API 611
Технические данные:
Расположение турбины: горизонтальная
Число ступеней: одна ступень, двухрядная
Диаметр рабочего колеса: 600 мм
Мощность нормальная: 135 кВт
Мощность расчетная: 160 кВт
Скорость: 1450 об/мин
Частота вращения отключения: 1751 об/мин
Максимально допустимая продолжительная частота вращения: 1523 об/мин
Минимально допустимая продолжительная частота вращения: 1233 об/мин
Направление вращения – по часовой стрелке, если смотреть со стороны регулятора
Давление пара на входе: макс. 47,5 кг/см², норм. 39,5 кг/см²
Температура пара на входе: макс. 440 °C, норм. 371 °C
Расход пара: макс. 43,79 кг/кВт-ч, норм. 42,00 кг/кВт-ч
Давление пара на выходе: 3,86 кг/см²
Давление гидроиспытания: вход 75,2 кг/см², выхлоп 7,5 кг/см²
Охлаждающая вода: давление 3 кг/см², расход 1,5 м3/ч
Регулятор скорости: Woodward TG-13 (диапазон скоростей 85-105%)
Температура окр. среды: от 0 до +40 °C
Примерный вес турбины: 1200 кг
Упаковка: экспортная (деревянный ящик), для хранения на улице более 6 мес.
Гарантийный срок: 12 месяцев с даты ввода в эксплуатацию, но не более 18 месяцев с даты поставки.
Объем поставки:
– собственно паровая турбина
– аварийный стопорный клапан со стрейнером
– регулирующий клапан
– регулятор в сборе
– устройство выключения при превышении скорости с ручным рычагом
– защитный кожух
– дренажный вентиль для турбины
– приборы
– запасные части для пуска
– специальный инструмент
Состав запасных частей для пуска:
уплотнительная набивка для аварийного стопорного клапана, уплотнительная набивка для регулирующего клапана, уплотнительная набивка для ручного дроссельного клапана
Специальный инструмент:
инструмент для регулировки устройства выключения при превышении скорости
Материалы:
Материалы полностью соответствуют применявшимся ранее материалам для изготовления для изготовления турбины. В связи с изменениями и дополнениями стандартов JIS (по сравнению с 1977 годом), материалы могут быть заменены на более современные аналоги. Конкретный перечень материалов будет доступен при заказе. При изготовлении паровой турбины, клапанов, приборов и комплектующих применение материалов из КНР не допускается.
Документация:
- сертификат качества,
- сертификаты на материалы,
- тестовые сертификаты,
- сертификат о балансировке,
- сертификат соответствия ТР ТС 010/2011
- чертежи
- инструкция по эксплуатации
Паровая турбина SNM
Тип турбины: одноступенчатая, одноклапанная, осевая, противодавленческая турбина с понижающим редуктором.
Основное оборудование: только турбина со свободным валом + понижающий редуктор.
Система смазочного масла: автоматическая система смазочного масла (масляная ванна).
Не входят в объем поставки: рама основания выходного вала, приборная панель.
Характеристики турбины:
Сальниковое уплотнение: carbon набивка
Выходная мощность: макс. 171.5кВт, норм. 163кВт
Частота вращения: 3600 об/мин
Давление пара на входе: 4.3 МПа абс.
Температура пара на входе: 340 гр. С
Расход пара на входе: макс. 3.22 т/ч, норм. 3.12 т/ч
Давление пара на выходе: 0.5 МПа абс.
Гидравлическая турбина поз. 107JBHT
Исполнение
- Тип: HTKHC
- Размер: 10X13
- Тип по API: BB1
- Кол-во ступеней: 1
- Направление вращения: (взгляд со стороны муфты) — против часовой стрелки
- Рабочее колесо – закрытое
Характеристики
- Частота вращения вала – 2975 об/мин
- Объёмная подача норм. – 950 м³/ч
- Объёмная подача ном. – 1091 м³/ч
- Давление раствора на входе – 28,2 кгс/см²;
- Давление раствора на выходе – 5,62 кгс/см²;
- Общий напор – 188 м.;
- Мощность на валу – 510 кВт;
- Расчётная температура корпуса – 117 °C;
- Расчётное давление корпуса – 34 кгс/см²
- Пробное гидростатическое давление корпуса – 51 кгс/см²;
Перечень объема поставки
Спецификация
Рабочие условия
Конструкция
Корпус
Вспомогательная трубная обвязка
Характеристики
Материалы