МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ.

Паровые турбины для энергетики выполняют многоступенчатыми. Пар расширяется в последовательно включенных ступенях, перепады энтальпий в которых составляют часть перепада энтальпий всей турбины. Окружные скорости лопаток в многоступен чатой турбины составляют 120—250 м/с для большинства ступеней ЧВД и ЧСД турбины и достигают 350—450 м/с для последних ступеней конденсационных турбин. Числа М в потоке для большинства ступеней меньше единицы.

Рассмотрим схематический чертеж проточной части многоступенчатой турбины со сравнительно высоким давлением за турбиной (рис.1).

Рис.1. Схема проточной части турбины и распределение вдоль оси турбины давления и крутящего момента : Δр_I -Δр_IV - перепад давлений в I- IV ступенях турбины; р_о - давление свежего пара перед турбиной; р₂ - давление на выходе из турбины.

Совокупность одного ряда сопловых и одного ряда рабочих лопаток образует ступень турбины. Турбинная ступень выполнена камерной, т. е. между диафрагмами образована камера, в которой располагается диск ротора с рабочими лопатками. В камерных ступенях на рабочих лопатках допускается небольшое расширение пара, т. е. камерная ступень выполняется со сравнительно небольшой степенью реактивности, а в основном расширение пара осуществляется в сопловой решетке.

На входе в турбину свежий пар поступает к соплам первой ступени, установленным в сопловой коробке. Рабочие лопатки первой и последующих ступеней расположены на дисках, откованных заодно с валом. После рабочих лопаток первой ступени пар поступает к соплам второй ступени, расположенным в диафрагме. Диафрагмы второй, третьей и четвертой ступеней установлены в пазах корпуса турбины. Для уменьшения протечек пара через зазор между валом и диафрагмой в паз расточки диафрагмы устанавливается диафрагменное уплотнение. На рис. 1 показано также распределение вдоль оси турбины давления р и крутящего момента М на валу. Давление пара уменьшается в каждой ступени немного. В активных ступенях это снижение давления осуществляется в сопловых лопатках. Крутящий момент на валу от ступени к ступени увеличивается за счет суммирования крутящих моментов, создаваемых паровым потоком в каждой ступени. Через правый конец вала от турбины к приводимой машине передается мощность, определяемая моментом Мна валу и частотой вращения ротора ω.

N = М ω.

Через левый конец вала передается небольшой крутящий момент для привода маслянного насоса, расположенного в корпусе переднего подшипника, и на преодоление момента трения в этом подшипнике.

Рис.2. Процесс в h,S - диаграмме для многоступенчатой турбины.

Процесс расширения пара в h,S -диаграмме для турбины, состоящей из четырех активных ступеней, представлен на рис.2. По мере расширения пара от ступени к ступени давление пара уменьшается, а удельный объем увеличивается. В результате этого длина сопловых и рабочих лопаток вдоль проточной части также увеличивается. Интенсивность возрастания высоты лопаток определяется значениями соответствующих чисел Маха для ступени. С увеличением числа Маха интенсивность возрастания высот лопаток повышается. При числах Маха, близких к нулю (приближение к условиям течения несжимаемой жидкости), высоты лопаток практически не изменяются вдоль проточной части.

Если многоступенчатая турбина составляется из реактивных ступеней, то сопловые лопатки располагаются непосредственно в корпусе турбины (рис.4.3). Применение в этом случае диафрагменной конструкции привело бы к большим осевым усилиям на диски ротора и затрудняло бы уравновешивание этих усилий на роторе, в особенности, в условиях переменного режима работы турбины и износа диафрагменных уплотнений и уплотнений рабочих лопаток

Второй отличительной особенностью турбин реактивного типа является увеличение числа ступеней по сравнению с турбинами активного типа при одинаковом располагаемом теплоперепаде Но.

При большом числе ступеней в турбине конструктивно не удается разместить их в одном корпусе. Поэтому современные конденсационные турбины большой мощности выполняют в нескольких корпусах.

Многоступенчатые турбины имеют ряд преимуществ перед одноступенчатыми:

1. В многоступенчатой турбине за счет уменьшения теплоперепада, приходящегося на одну ступень, легко получить оптимальное отношение скоростей и/С_ф, а следовательно, высокий КПД. Чем больше ступеней в турбине, тем меньше теплоперепад на каждую ступень, меньше и скорости С_ф и и. Очевидно, что с увеличением числа ступеней уменьшаются безразмерные скорости потока в решетках степени.

2. В многоступенчатой турбине с увеличением числа ступеней высота сопловых и рабочих лопаток во всех ступенях турбины увеличивается. Действительно, из формулы для высоты сопловых лопаток 1₁, = F₁/(πεdsinα_1э) следует, что увеличение 1₁связано с уменьшением среднего диаметра степени d и увеличением площади сопловой решетки F_1. Средний диаметр ступени уменьшается, так как с возрастанием числа ступеней уменьшается теплоперепад ступени и, следовательно, уменьшается окружная скорость лопаток и. Площадь F₁увеличивается, так как уменьшается скорость пара в сопловых лопатках. Увеличение высоты сопловых и рабочих лопаток при этом приводит к снижению концевых потерь в решетках ступени и к снижению протечек пара в зазоры по бандажу и по корню рабочих лопаток.

Рис.4.3. Схема проточной части реактивной многоступенчатой турбины

В турбинах небольшой мощности с парциальным подводом пара с увеличением числа ступеней и уменьшением их диаметров появляется возможность увеличить степень парци-альности и соответственно уменьшить потери от парциального подвода пара.

3. В многоступенчатой турбине энергия выходной скорости предыдущей ступени используется в сопловых лопатках последующей ступени. Эта энергия выходной скорости повышает располагаемую энергию последующей ступени. КПД промежуточной ступени определяется по формуле η_ол=1—ξ_с—ξ_р. Таким образом, в промежуточных ступенях многоступенчатой турбины потери энергии с выходной скоростью равны нулю. Энергия выходной скорости теряется только в последней ступени турбины и в ступенях, предшествующих емкой камере в проточной части турбины, например в регулирующей ступени, в ступени перед камерой отбора пара и т. п. В этих ступенях χ_вс=0.

4. В многоступенчатой турбине тепловая энергия потерь предыдущих ступеней частично используется для выработки полезной энергии в последующих ступенях за счет явления возврата теплоты в турбине.

5. Конструкция многоступенчатой турбины позволяет осуществить отборы пара для регенеративного подогрева питательной воды и промежуточный перегрев пара, которые существенно повышают абсолютный КПД паротурбинной установки.

Из недостатков многоступенчатой турбины следует отметить два основных.

1. С увеличением числа ступеней возрастает сложность конструкции и стоимость изготовления турбины. Однако для энергетических турбин усложнение конструкции и повышение стоимости их изготовления оправдывается за счет повышения КПД турбины и турбинной установки.

2. В многоступенчатой турбине возникают повышенные потери от утечек пара как в переднем концевом, так и в диафрагменных уплотнениях. Перед передним концевым плотнением давление пара тем выше, чем больше ступеней в турбине. В одноступенчатой турбине утечки через диафрагменные уплотнения отсутствуют.

Следует иметь в виду, что в состав турбины входят стопорные и регулирующие клапаны, устанавливаемые перед турбиной, а также перед частью среднего давления в турбинах с промежуточным перегревом пара. В этих клапанах течение пара сопровождается гидравлическими потерями энергии, которые приводят к снижению КПД турбины. В состав турбины входят также перепускные паропроводы между корпусами турбины (ресиверы), выхлопной патрубок турбины. Процесс течения пара в них также сопровождается потерями энергии, которые снижают общий КПД турбины.

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
Статор турбины низкого давления	\|	ОСНОВЫ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ТУРБИН

Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 3397;