Классификация паровых турбин

Паровые турбины оказались столь эффективными двигателями, что трудно назвать область техники и отрасль народного хозяйства, в которой они не используются. Разнообразие условий применения породило разнообразие конструкций как турбины в целом, так и отдельных ее элементов.

Прежде всего, паровые турбины модно разделить на две больших категории: стационарные и транспортные.

В качестве транспортного двигателя паровая турбина в основном используется для привода гребного винта крупных судов. Основное специфическое требование к транспортным турбинам заключается в том, что они должны иметь малую массу и малые габариты, в то время как для стационарных турбин соблюдение этих требований имеет меньшее значение. Также отличием является работа с переменной частотой вращения.

Стационарные паровые турбины классифицируются:

1. По цели использования (энергетические, промышленные и вспомогательные).

Энергетические турбины служат для привода электрогенератора, включенного в энергосистему, и отпуска теплоты. Для турбин, установленных на ГРЭС, основной задачей является выработка электроэнергии; для турбин, установленных на ТЭЦ, выработка и теплоты, и электроэнергии. Характерной особенностью работы таких турбин является постоянная частота вращения.

Промышленные турбины служат, в первую очередь, для обеспечения паром различных видов технологических процессов: в химической промышленности, производстве бумаги и т.д. Производство электроэнергии для таких турбин не является основной задачей.

Вспомогательные турбины служат для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии (например, для привода питательных насосов, воздуходувок котла и т.д.).

2. По характеру теплового процесса (конденсационные и теплофикационные).

Конденсационные турбины, в первую очередь, служат для выработки электроэнергии и являются основным оборудованием крупных ГРЭС и АЭС. Весь отработавший пар в конденсационных турбинах сбрасывается в конденсатор, в котором поддерживается глубокий вакуум. Современные энергетические конденсационные турбины имеют отборы теплоты на регенеративный подогрев «собственной» питательной воды и все шире используются для снабжения теплотой внешних потребителей.

Теплофикационные турбины служат для выработки электроэнергии и теплоты. В свою очередь они делятся на турбины с противодавлением и турбины с регулируемыми отборами.

В турбинах с противодавлением отработавший пар используется для технологических целей. Требованиями потребителей определяется уровень параметров пара на выходе из турбины (0,4-4,0 МПа). Электрическая нагрузка турбин с противодавлением зависит от производства теплоты.

Турбины с регулируемыми отборами пара имеют один или несколько отборов пара из проточной части. Отбор, осуществляемый при давлении 0,07-0,24 МПа, называют теплофикационным, т.к. с его помощью нагревают сетевую воду для целей отопления и горячего водоснабжения. Отборы более высоких давлений называют промышленными. Турбины с промышленным отбором изготавливаются как для работы на конденсатор, так и для работы с противодавлением. Характерной особенностью турбин с регулируемыми отборами является возможность раздельного регулирования выработки электроэнергии и теплоты. При отсутствии потребления теплоты турбины с регулируемыми отборами могут работать как конденсационные.

3. По числу использования в году (базовые, полупиковые и пиковые).

Базовые турбины – наиболее экономичные, работающие более 5000 ч/год. Обычно это самые мощные и современные турбины.

Полупиковые турбины останавливают на ночь, на выходные и праздничные дни, когда уменьшается потребление электроэнергии. Поэтому они работают не более 5000 ч/год и часто выполняются менее экономичными, но зато более дешевыми и более маневренными, чем базовые турбины.

Пиковые турбины работают менее 2000 ч/год и предназначены для покрытия утренних и вечерних пиков нагрузки.

4. По конструктивным особенностям:

а) по числу цилиндров (одноцилиндровые и многоцилиндровые). В одноцилиндровых турбинах все ступени размещены в одном цилиндре, а в многоцилиндровых – в нескольких. Многоцилиндровая конструкция позволяет получить большую мощность и более высокий КПД, но одновременно она оказывается более дорогой и сложной;

б) по числу валов (одно- и двухвальные). У одновальных турбин роторы всех цилиндров соединены между собой муфтами и имеют один генератор. Двухвальные турбины состоят из двух параллельно расположенных одновальных турбин, связанных только по пару и имеющих два генератора. Двухвальные турбины строят сравнительно редко. В нашей стране имеется единственная двухвальная турбина мощностью 800 МВт.

в) по типу применяемых ступеней (активные и реактивные).

Для обозначения типов турбин применяется специальная маркировка, указывающая тип и назначение турбины. Маркировка состоит из буквенной и цифровой части. Первая буква обозначения характеризует тип турбины: К – конденсационная, Т – конденсационная с отопительным (теплофикационным) отбором пара, ПТ – конденсационная с двумя регулирующими отборами рапа, Р – с противодавлением, ПР - с производственным отбором и противодавлением. После буквы в обозначении указывается мощность турбины в МВт (если указана дробь, то в числителе номинальная, а в знаменателе - максимальная мощность) и начальное давление пара перед стопорным клапаном турбины в МПа. Под чертой для турбин типов П, ПТ, Р и ПР отмечается номинальное давление производственного отбора или противодавление турбины, т.е. давление пара в отборном патрубке турбины перед запорной задвижкой в МПа, (например: К-200-12,7; Р-12-3,5/0,5; П-6-3,5/0,5; ПР-12/15-8,8/1,5/0,7; Т-250/300-23,7; ПТ-60/75-12,7/1,27).

Определенному начальному давлению пара соответствует начальная температура:

Начальное давление пара, МПа (кгс/см²) 3,44(35) 8,83(90) 12,75(130) 23,7(240)

Начальная температура пара, ⁰С 435 535 565 и 540 565 и 540

Конденсационные турбины мощностью 160 МВт и выше проектируются для работы с промежуточным перегревом пара до температуры на входе в приемный патрубок турбины, равной 540, 560 и 565 ⁰С.

Расчетная температура охлаждающей воды для конденсационных турбин большой мощности (50 МВт и выше) принимается 10 и 12 ⁰С.

Для турбин с отбором пара, а также для турбин малой мощности расчетная температура охлаждающей воды принимается 20 ⁰С ввиду того, что такие турбины в большинстве случаев устанавливаются на ТЭЦ, расположенных в городской черте или на площадках промышленного предприятия, где применяется оборотное водоснабжение (градирни), которое дает более высокие значения температур воды.

Под номинальной мощностью турбины понимается наибольшая мощность, которую турбина должна развивать длительно на зажимах генератора при номинальных значениях всех других основных параметров. При этом номинальная нагрузка для турбин К и Р обеспечивается при использовании нерегулируемых отборов пара для внешних потребителей тепла, предусмотренных техническими требованиями. Для турбин с регулируемыми отборами пара (П, Т, ПТ и ПР) номинальная мощность обеспечивается при номинальных значениях всех других основных параметров, а также при отклонениях отдельных, допускаемых ГОСТ.

Максимальная мощность для конденсационных турбин – наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на зажимах генератора при номинальных значениях всех других основных параметров, чистой проточной части и при отсутствии отбора пара для внешних потребителей тепла. Для других типов турбин (П, Т, Р и ПР) максимальная мощность, которую турбина должна длительно развивать на зажимах генератора при соответствующих изменениях количества отбираемого пара, а также при отклонениях от номинальных значений давлений пара в отборах или противодавления в пределах, допускаемых ГОСТ, и при номинальных значениях всех других параметров.

Давление отбираемого пара для отопительных целей, как правило, установлено в пределах 0,12-0,25 МПа.