Здравствуйте! Паротурбинная установка состоит из паровой турбины и различных вспомогательных устройств (конденсатора, насосов, подогревателей, маслоохладителей и др.). Паровые турбины выполняются многоступенчатыми. Основные преимущества многоступенчатых турбин заключаются в следующем:
1) Ступени турбины работают при оптимальных значениях u/c1, что повышает к.п.д. турбины;
2) экономичность турбины повышается также за счет частичного использования кинетической энергии отработавшего пара в последующих ступенях турбины;
3) в многоступенчатых турбинах можно производить промежуточные отборы пара для регенеративного подогрева питательной воды и теплофикационные отборы, что значительно повышает экономичность теплового цикла.
Одноступенчатые турбины или турбины с малым числом ступеней имеют низкую экономичность и большое число оборотов (до 200—300 об/с). Для снижения числа оборотов используется редукторная передача, применение которой неэкономично и не всегда целесообразно.
В зависимости от характера теплового процесса различают следующие типы паровых турбин:
1. Конденсационные турбины, в которых весь пар после расширения в турбине направляется в конденсатор, где происходит его конденсация. Конденсационные турбины имеют только нерегулируемые регенеративные отборы пара.
2. Турбины с промежуточным регулируемым отбором пара. В этих турбинах, которые устанавливаются на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), часть пара отбирается после промежуточной ступени и направляется тепловому потребителю, а остальной пар расширяется в последующих ступенях и затем направляется в конденсатор.
3. Турбины с противодавлением, отработавший пар которых имеет более высокие давление и температуру, чем у конденсационных. Этот пар после турбины направляется тепловым потребителям, использующим его для технологических или отопительных целей. Турбины с противодавлением широкого распространения не получили, так как количество электроэнергии, которую может выработать турбогенератор, зависит от тепловой нагрузки.
В зависимости от назначения паровые турбины классифицируются следующим образом:
1. Турбины для привода электрических генераторов, работающие с постоянным числом оборотов. При частоте переменного тока 50 Гц они имеют число оборотов n = 3000 об/мин.
2. Турбины для привода различных механизмов (турбовоздуходувок, компрессоров, насосных установок), работающие с переменным числом оборотов.
3. Турбины для транспорта, применяемые в основном в качестве судовых двигателей. Они работают с переменным числом оборотов и, как правило, имеют редуктор для снижения числа оборотов.
По начальному давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15—22,5 МПа), сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления.
Рассмотрим основные детали и узлы паровых турбин.
Ротор активной паровой турбины имеет дисковую конструкцию, а реактивной — барабанную конструкцию, так как с увеличением степени реакции растет перепад давлений по обе стороны дисков, что приводит к появлению больших осевых усилий. К дискам или барабану крепятся рабочие лопатки, профиль и размеры которых изменяются в зависимости от номера ступени турбины, степени реакции и других факторов (рис. 1.).
Сопловые решетки в ступенях турбины образованы направляющими лопатками 1, которые в активных турбинах расположены в неподвижных диафрагмах 2 (рис. 2.). Для возможности сборки и разборки диафрагмы, как и корпус турбины, состоят из двух половин. Диафрагмы делят пространство внутри корпуса турбины на отдельные камеры.
Турбины имеют систему регулирования, которая изменяет количество подаваемого в турбину пара в соответствии с изменением мощности. Эта система автоматически поддерживает постоянное число оборотов турбины и заданную мощность, причем для турбин, работающих с переменным числом оборотов, предусматривается возможность изменения числа оборотов в широких пределах (в зависимости от нагрузки).
Наибольшее распространение получили система с центробежным регулятором и гидродинамическое регулирование.
В центробежном регуляторе (рис. 3.), вал 1 которого приводится во вращение от вала турбины, при изменении числа оборотов изменяется также величина центробежной силы, перемещающей грузы 2. При увеличении числа оборотов грузы расходятся, а при уменьшении — сходятся, что приводит к перемещению золотника 3, который открывает доступ масла в верхнюю или нижнюю полости цилиндра 4. Под действием давления масла поршень 5 перемещается и, воздействуя на клапаны турбины, изменяет количество подаваемого пара. Пар, поступающий в турбину, может подвергаться дросселированию, в результате которого изменяются его давление и расход (дроссельное регулирование). Более экономичным и распространенным является сопловое парораспределение, когда поочередно закрывается несколько клапанов, каждый из которых подает пар лишь к определенной группе сопел первой ступени турбины.
В гидродинамической системе регулирования центробежный регулятор заменен центробежным масляным насосом, колесо которого насажено на вал турбины. При изменении числа оборотов изменяется создаваемое насосом давление масла, которое перемещает золотник, подающий масло для привода регулирующих клапанов турбины.
Для повышения экономичности паротурбинных установок предусматривается максимально возможное снижение давления отработавшего пара (до 2,5—5 кПа). Низкое давление (вакуум) в выхлопном патрубке турбины поддерживается с помощью конденсатора, в котором конденсируется отработавший пар турбины.
Наибольшее распространение получили конденсаторы поверхностного типа с водяным охлаждением (рис.4.).
Отработавший пар поступает в конденсатор через горловину 5 и, соприкасаясь с наружной поверхностью трубок 6, по которым подается охлаждающая вода, конденсируется. Конденсат пара стекает вниз и затем откачивается насосом. Для увеличения скорости воды в конденсаторных трубках перегородка 2 делит водяную камеру 4 на две части. Охлаждающая вода по трубопроводу 1 поступает в нижнюю половину камеры 4, проходит по нижним конденсаторным трубкам в камеру 7, затем поворачивает в верхние конденсаторные трубки и выходит в трубопровод 3. Такой конденсатор называется двухходовым.
Поступающий в конденсатор пар всегда содержит некоторое количество воздуха, который, накапливаясь у поверхности трубок, ухудшает процесс теплообмена между паром и трубками, что приводит к снижению вакуума. Для удаления воздуха конденсационные устройства имеют воздушные насосы. Наиболее распространенными являются пароструйные насосы (паровые эжекторы), которые отличаются простотой конструкции и высокой надежностью (рис. 5.).
Подаваемый к эжектору пар после расширения в сопле 1 поступает в камеру смешения 2, соединенную с воздушным патрубком конденсатора 8 (рис.4.), из которого в эту камеру засасывается паровоздушная смесь с большим содержанием воздуха. После смешивания пара с воздухом поток сжимается в диффузоре 3 до давления, превышающего атмосферное. Затем смесь поступает в специальный охладитель, в котором пар конденсируется, а воздух выбрасывается в атмосферу.
Для конденсации отработавшего в турбине пара требуется большое количество охлаждающей воды. Работа конденсатора характеризуется кратностью охлаждения, равной отношению расхода охлаждающей воды Wв к расходу пара D: m = Wв/D и показывающей, сколько воды требуется для конденсации 1 кг пара. Кратность охлаждения зависит от температуры поступающей воды и составляет 40—80 кг/кг.
Для снабжения паротурбинных установок охлаждающей водой мощные тепловые электростанции обычно строят вблизи рек и больших водоемов. При отсутствии достаточных естественных источников воды применяют оборотную систему водоснабжения с охлаждением циркулирующей в конденсаторах воды в специальных башенных охладителях (градирнях) и реже в охлаждающих бассейнах. Схема градирни показана на рис.6.
Циркуляционная вода подается в верхнюю часть градирни и по желобам 1 поступает на деревянную насадку 2, набранную из большого числа горизонтальных реек или вертикальных щитов. Вода в насадке разбивается на тонкие струйки и капли. Навстречу стекающей воде движется воздух. При этом вода охлаждается за счет конвективного теплообмена, сопровождающегося испарением. Охлажденная вода собирается в бассейне 4, откуда насосами она снова подается в конденсаторы турбин.
Для интенсивного движения воздуха через насадку 2 сооружается вытяжная башня 3, которая вследствие меньшей плотности влажного воздуха и более высокой его температуры создает естественную тягу. При небольшой мощности установки иногда применяют градирни с принудительной циркуляцией воздуха. В таких градирнях вытяжная башня отсутствует, а воздух через насадку продувается с помощью вентиляторов. Исп. литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П.Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Добавить комментарий