Паровые турбины: Паровые турбины

alexxlab

Содержание

Паровые турбины. Том 1. Моторин А.В. 2004 г

Министерство образования и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет им.И.И. Ползунова

Кафедра котло- и реакторостроения

А.В. Моторин, И.В. Распопов, И.Д. Фурсов

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Том I

Учебное пособие

Изд-во АлтГТУ Барнаул 2004

УДК 621.165 (075.8)

Моторин А.В. Паровые турбины: Учебное пособие: в 2-х т. Т.1/ Моторин А.В., Распопов И.В., Фурсов И.Д.; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004.- 127 с.

Пособие содержит основные понятия и определения, описание процессов, происходящих в паровой турбине, краткое описание конструкций паровых турбин и возможные неполадки в работе.

Предназначено для студентов энергомашиностроительных и теплоэнергетических специальностей вузов.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры котло- и реакторостроения.

Протокол № 2 от 28.09.04 г.

Рецензенты:

Г.Н. Лихачева – к.

т.н., доц.АлтГТУ; В.И. Симанов – гл.конструктор ЗАО «Сибтепломонтаж»

ISBN 5-7568-0417-Х

© Моторин А.В., Распопов И.В., Фурсов И.Д. 2004 г.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Том I

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 Этапы развития турбостроения . . . . . . . . . . . 5

1.1История создания паровой турбины . . . . 5

1.2Одноступенчатые активные турбины . . . 5

1.3Реактивные турбины . . . . . . . . . . . . . 8

1.4Многоступенчатые активные турбины . . . 10

1.5Радиальные турбины . . . . . . . . . . . . .16

1.6Краткие сведения о развитии

турбостроения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.7Классификация паровых турбин . . . . . . 20

1.8Маркировка паровых турбин . . . . . . . . 25

1.9Понятие о паротурбинной установке . . . . 28 2 Рабочий процесс в паровой турбине . . . . . . . . 31

2.1Изменение состояния водяного пара . . . 31

2.2Тепловой процесс в ступени паровой турбины . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . 35

2.3Классификация потерь в турбинах . . . . 48

2.4Тепловой процесс в паровой турбине

на h-s диаграмме . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.5Коэффициент полезного действия паровой турбины . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3 Устройство паровой турбины . . . . . . . . . . . 71

3.1Требования к устройству паровой турбины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.2Материалы деталей турбин . . . . . . . . 71

3.3Основные элементы (детали) паровой турбины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.4Конденсационные устройства паровых

турбин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

121

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

126

3

ВВЕДЕНИЕ

Паровая турбина (ПТ) – это машина-двигатель, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя, в свою очередь, преобразуется в механическую энергию вращения вала.

Вал турбины непосредственно или посредством зубчатой передачи соединяется с рабочей машиной.

В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина может быть применена в самых различных областях промышленности – на электростанциях, для привода воздуходувок в металлургии, компрессоров, насосов, на водном и железнодорожном транспорте.

Устанавливаемые на электрических станциях генераторы электрического тока в подавляющем большинстве имеют привод от турбин.

Паровая турбина является основным типом двигателя на современных тепловых и атомных электростанциях, на которых вырабатывается 85-90 % электроэнергии, производимой в мире.

Обладая большой быстроходностью (как правило, 3000 об/мин), сравнительно малыми размерами и массой, паровая турбина может быть изготовлена на очень большую мощность – свыше миллиона киловатт в одном агрегате при достаточно высокой экономичности.

4

1ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТУРБОСТРОЕНИЯ

1.1История создания паровой турбины

Создание паровой турбины, как и всякое крупное изобретение, нельзя приписать творчеству отдельного лица. Идея паровой турбины имеет давнее происхождение. Известно, что около 120 лет до н.э. Герон – старший из Александрии описал прототип реактивной паровой турбины. В 1629 г. итальянский инженер Бранка дал описание активной турбины.

В1806 – 1813 гг. на Сузунском заводе Алтая русский изобретатель Поликарп Залесов сооружал модели паровых турбин. В 30-х годах XIX в. нижнетагильские механики строили паровые турбины, не получившие, однако, промышленного применения.

Втечение XIX в. различными изобретателями, в т.ч. и Ползуновым И.И., было выдвинуто много предложений для преобразования тепловой энергии в механическую с использованием скоростного напора струи пара.

Наибольший сдвиг в конструктивном оформлении паровой турбины и ее развитии наметился в конце XIX в., когда в Швеции Густав Лаваль и в Англии Чарльз Парсонс независимо друг от друга стали работать над созданием и усовершенствованием паровой турбины.

1.2 Одноступенчатые активные турбины

В турбине Лаваля, созданной в 1883 г. , пар поступает в одно или несколько сопл, приобретатет в них значительную скорость и направляется на рабочие лопатки, расположенные на ободе диска, сидящего на валу турбины. Уси-

5

лия, вызванные поворотом струи пара в каналах рабочей решетки (пространстве между рабочими лопатками), вращают диск и связанный с ним вал турбины.

Схематический разрез одноступенчатой паровой турбины изображен на рисунке 1.1. Простейшая одноступен-

чатая активная паровая турбина состоит из корпуса 5, в котором расположены сопла 4 и ротор (вал 1 с дисками 2).

На ободе диска 2 расположены рабочие лопатки 3. Вал опирается на подшипники. Сопла, обеспечивающие направление пара на рабочие лопатки (с диском), образуют с ними ступень. Отличительной особенностью этой турбины

является то, что расширение пара от начального Р0 до ко-

нечного Р2 = Р1 происходит в одной ступени. Понижение давления пара в сопловых каналах сопро-

вождается уменьшением его энтальпии; в соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии паровой струи.

В процессе расширения скорость пара в соплах возрастает от С0 до С1 за соплами.

В каналах рабочих лопаток абсолютная скорость пара снижается от С1 до С2. От воздействия струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии превращается в механическую энергию вращения ротора.

Турбины, построенные по этому принципу, т.е. турбины, в которых весь процесс расширения и ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения струи пара, называют активными.

6

1 – вал; 2 – диск; 3 – рабочие лопатки; 4 – сопло; 5 – корпус; 6 – выпускной патрубок.

Рисунок 1.1 – Разрез одноступенчатой активной турбины.

При разработке активных одноступенчатых турбин был решен ряд сложных вопросов: разработаны и применены расширяющиеся сопла, позволившие достигнуть высоких скоростей истечения парового потока; применен

7

диск равного сопротивления, допускающий работу с большими окружными скоростями, порядка 350 м/с.

Кроме того, эксплуатация одноступенчатых турбин, имеющих скорость вращения до 30 — 40 тыс. об/мин, потребовала и привела к разработке и применению гибкого вала, частота свободных колебаний которого меньше частоты возмущающих усилий при работе турбины

(nкр < nраб).

Однако, экономичность этих турбин была невысока, мощность не превышала 500 – 800 кВт. К тому же, для снижения частоты вращения ведущего вала до уровня частоты вращения приводимой машины требовалась редукторная передача. Все это тормозило увеличение их мощности и развитие одноступенчатых турбин. Поэтому, получив широкое распространение в начальный период развития турбостроения, одноступенчатые активные паровые турбины уступили место другим турбинам, в частности, многоступенчатым.

1.3 Реактивные турбины

Паровая турбина, предложенная английским инженером Парсонсом, существенно отличается от турбины Лаваля. Расширение пара в ней происходит не в одной сопловой группе, а в ряде следующих друг за другом ступеней, каждая из которых состоит из неподвижных сопловых и вращающихся рабочих лопаток (рисунок 1.

2).

Сопловые лопатки закреплены в неподвижном корпусе турбины, рабочие лопатки располагаются на барабане ротора. Два смежных ряда лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане, образуют ступень.

8

1 – барабан ротора; 2 и 3 – рабочие лопатки; 4 и 5 – направляющие лопатки; 6 – корпус; 7 – кольцевая камера подвода свежего пара; 8 – разгрузочный

поршень; 9 – соединительный паропровод; 10 – выпускной патрубок.

Рисунок 1.2 – Схематический разрез реактивной турбины небольшой мощности.

Пар, покидающий последний ряд подвижных лопаток, называется отработавшим.

Кривая Ро – Р2 на рисунке 1.2 показывает изменение давления пара, а пунктирная ломаная линия характеризует изменение абсолютной скорости пара по ступеням турби-

9

ны. Верхняя кривая изображает изменение энтальпии пара по ступеням турбины.

В каждой ступени такой турбины срабатывается перепад давления, составляющий лишь небольшую долю полного перепада между начальным давлением и давлением пара, покидающего турбину.

Таким образом, оказалось возможным работать с небольшими скоростями парового потока в каждой ступени и с меньшими, чем в турбине Лаваля, окружными скоростями рабочих лопаток.

Расширение пара в ступенях турбины Парсонса происходит как в сопловой, так и рабочей решетке. Поэтому на рабочие лопатки передаются усилия не только вследствие изменения направления потока пара, но и благодаря ускорению пара в пределах рабочей решетки, вызывающему реактивное усилие.

Ступени турбины, в которых расширение пара и связанное с ним ускорение парового потока происходят примерно одинаково в каналах сопловых и рабочих лопаток, получили название реактивных ступеней, а состоящая из них турбина является типичным представителем многоступенчатых реактивных паровых турбин.

1.4 Многоступенчатые активные турбины

Принцип последовательного включения ступеней, в каждой из которых используется часть располагаемого теплового перепада оказался плодотворным для последующего развития паровых турбин и позволил достигнуть высокой экономичности их при умеренной частоте вращения ротора, допускающей непосредственное соединение вала турбины с ротором электрического генератора посредством соединительной муфты. Этот принцип дал возмож-

10

Паровые турбины — «УГК-Энергетика»

Паровые турбины от ООО «УГК-Энергетика» – машины для преобразования энергии пара во вращение рабочего колеса устройства. Турбины работают следующим образом: котел вырабатывает пар, который под давлением поступает к рабочему колесу; выходя через сопла, пар воздействует на его лопатки и заставляет вращаться.

Выделяют активные и реактивные турбины. В первых пар расширяется в соплах. Его давление за и перед направляющими лопатками одинаково. В реактивных турбинах расширение рабочего тела происходит между лопатками. Давление перед ними больше, чем за лопатками.

По виду энергии паровые турбины бывают:

  1. Теплофикационные. Машины такого типа предназначены для выработки тепловой и механической энергии. Теплофикационные паровые турбины разделяют на машины с противодавлением, отбором пара.
  2. Конденсационные паровые турбины. Эти машины используют только для получения механической энергии. Паровые турбины этого типа изготавливают стационарными и транспортными. Стационарные машины изготавливают на одном валу с другим оборудованием. Это могут быть генераторы электрического тока, электростанции и другие установки. Транспортные применяются в качестве двигателей.
  3. Турбины специального назначения. Такие турбины используют тепло, которое образуется при технологических процессах на металлургических предприятиях, химических производствах и пр. К паровым турбинам этого типа относятся: машины мятого пара, которые используют отработанный пар другого оборудования; паровые турбины двух давлений, предназначенные для работы на первичном и отработанном паре; предвключенные паровые турбины; приводные машины и т. д. Турбины с противодавлением предназначены для работы в паре с агрегатом конденсационного типа. Отработанный пар отводится и используется в сетях отопления и других целях. В многоступенчатых турбинах с регулируемым отбором пар отводится из промежуточных ступеней. Остальной пар направляется в конденсатор. Также существуют турбоагрегаты с противодавлением и отбором пара, совмещающие обе функции.

Кроме того, паровые турбины разделяют по давлению рабочего тела, числу ступеней, цилиндров, числу приводов и другим характеристикам.

  1. Такие установки могут работать практически на всех видах топлива.
  2. Высокая мощность.
  3. Возможность изготовления этих агрегатов по индивидуальному заказу под требуемые характеристики.
  4. Возможность использования для привода различного оборудования.
  5. Долгий срок службы, высокий рабочий ресурс.
  6. Возможность автоматизации работы турбин.
  7. Широкий диапазон рабочих мощностей.
  8. Возможность параллельной и автономной работы паровых турбин.

По вопросам покупки паровых турбин от ООО «УГК-Энергетика» свяжитесь с нашим сотрудником по указанному телефону. Также вы можете получить любую дополнительную информацию, консультацию и рекомендации по выбору паровой турбины.

ЕкатеринбургРоссия, СНГE-mail
+7 (343) 272-31-808 (800) 201-71-60ka@urgk. ru
+7 (343) 272-31-82 [email protected]

Финкантьери | Турбина и техническое обслуживание