Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
1. Назначение и принцип действия конденсатора и конъденсационной установки.
Для получения вакуума за турбиной к ее выпусконому патрубку присоединяют специальный теплообменник6 называемый конденсатором. В ПТУ применяются поверхностные конденсаторы водяного или воздушного типа. В современных стационарных паротурбинных установках применяются только водяные конденсаторы поверхностного типа. Основным их преимуществом является сохранение конденсата для питания котлов. Воздушные конденсаторы обладают более низкие коэффициенты теплопередачи. Область применнения этих конденсаторов очень ограничена. Они используются на энергопоездах и в районах, где нет источников водоснабжения.
Отработавший пар из турбины поступает в конденсатор, где соприкасаясь с холодными стенками конденсаторных трубок превращается в воду. Вакуум образуется за счет резкого уменьшения удельного объема пара при конденсации. Чем ниже температура трубок чем больше расход охлаждающей воды, тем более глубокое разрежение (вакуум) можно получить в конденсаторе. Конденсатор поверхностного типа представляет собой кмеру, внутри которой размещены конденсаторные трубки. Отработавший пар из турбины поступает в конденсатор через горловину 8. Пар, омывая внешние поверхности холодных конденсаторных трубок 3, отдает скрытую теплоту парообразования охлаждающей воде, протекающей по трубкам, и конденсируется. Конденсаторныетрубки закрепляются в трубных досках, уст-емых в корпусе конденсаторе. К трубным доскам примыкают водяные камеры. Со стороны впуска и выпуска воды водяные кмеры 5 разделены перегородкой. Таким образом, вода, поступивший в нижнюю камеру 5, проходит последовательно через нижний и верхний пучки трубок. Нагретая охлаждающая вода удаляется из конденсатора по сливной трубе. Конденсат отработавшего пара собирается в патрубке 9, раположенном в нижней части конденсатора, и отводится оттуда специальным насосом. Для поддержания в паровом пространстве конденсатора глубого вакуума предусмотрен отсос воздуха через патрубок 10.
|
|
|
1корпус конден. 2трубные доски. 3 конд, трубки. 4 и 5 водяные камеры. 7 отвод охл-щей воды. 8горловики конденсатора. 9конденсатосборник. 10патрубок отсоса воздуха.
Конденсатор, конденсатные и циркуляционные насосы, а также эжектор,предназначенный для ососа воздуха,образуют конденсационную установку. Охлаждающая вода забирается из подводящего канала 16 циркуляционным насосом 15 и падается в конденсатор. Конденсат отработавшего пара откачивается насосом 12. Двухступенчатый пароструйный эжектор21 отсасывает воздух из конденсатора. Пароструйный эжектор имеет холодильники поверхностного типа, в которых основным конденсатом турбины осуществляется конденсация рабочего пара эжекторов и пара, поступившего из конденсатора вместе с воздухом. Для стравливания отработавшего пара турбины в атмосферу при аварийных случаях предусматривается автоматически действующий атмосферный клапан, уст-мый на трубе 4 или непостредственно на корпусе конденсатора. Конденсатор должен быть герметически плотным сосудом. Наличие малейших неплотностей вакуумной системы кон-ной уст-ки приведет к подсосу воздуха из атмосферы и вызовет ухудшение вакуума.
|
|
|
2. Типичная конструкция паровой турбины. Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в механическую работу вращающегося ротора.Любая турбина состоит из неподвижных и вращающихся частей. Совокупность всех неподвижных частей принято называть статором турбины, а вращающихся – ротором.Рассмотрим типичную конструкцию одноцилиндровой конденсационной турбины мощностью 50 МВт с начальными параметрами пара 8,8 МПа, 535 °С (рис. 1.4.). В этой турбине применён комбинированный ротор. Первые 19 дисков, работающих в зоне высокой температуры, откованы как одно целое с валом турбины, последние три диска – насадные. Применение насадных дисков в зоне высокой температуры, как правило, не допускается во избежание ослабления натяга их на валу из-за ползучести. Выполнение же трёх последних дисков цельноковаными потребовало бы увеличения диаметра поковки ротора.
|
|
|
Совокупность неподвижной сопловой решётки, закреплённой в сопловых коробках или диафрагмах, со своей вращающейся рабочей решёткой, закреплённой на следующем по ходу пара диске, принято называть ступенью турбины. Проточная часть рассматриваемой одноцилиндровой турбины состоит из 22 ступеней, из которых первая называется регулирующей, вторая – первой нерегулируемой, а все остальные, кроме последней, – промежуточными.
|
В каждой сопловой решётке поток пара ускоряется в сопловых каналах специально выбранного профиля и приобретает необходимое направление для
|
|
|
безударного входа в каналы между рабочими лопатками. Усилия, развиваемые потоком пара на рабочих лопатках, вращают диски и связанный с ним вал.
По мере понижения давления пара при прохождении от первой к последней ступени удельный объём пара сильно растёт, что требует увеличения проходных сечений сопловых и рабочих решёток, и соответственно высоты лопаток и среднего диаметра ступеней.
К переднему торцу ротора прикреплён приставной конец вала, на котором установлены бойки предохранительных выключателей (датчики автомата безопасности), воздействующие на стопорный и регулирующие клапаны и прекращающие доступ пара в турбину при повышении частоты вращения ротора на 10–12 % по сравнению с расчётной.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2
1. Конструктивное выполнение ступени. Процесс преобразования энергии в турбинной ступени.Турбиной ступенью называется совокупность неподвижной (рабочей) решеток. В ступени происходит преобразование части общего теплоперепада турбины в работу. Назначение сопловой решетки-преобразовать с минимальными потерями внутреннюю энергию потока в кинетическую энергию кольцевых струй пара. Назначение рабочей решетки-преобразовать кинетическую энергию в работу. Ступень турбины :
Сопловая решетка установлена в диафрагме, представлящий собой разъемное по горизонтальному диаметру кольцо. Между вращающимся валом и неподвижной диафрагмой установлено уплотнение, допускающее лишь очень малую протечку пара мимо сопловой решетки. Рабочие лопатки, профили которых образуют рабочую решетку, закреплены на диске. На периферии рабочих лопаток имеется ленточный бандаж с надбандажным уплотнением, препятсвующим протечке пара миом рабочей решетки. Качественно преобразование энергии в турбинной ступени можно объяснить следующим образом. Пар в сопловой решетке расширяется от параметров р0, һ0 до параметров р1, һ1, в результате чего из сопловых каналов под малым углом к плоскости выходных кромок выходит кольцевая струя пара большой скорости. Эта струя обтекает профили рабочей решетки, образуя на их поверхностих распределение давление. Результирующая окружных проекций давления на вогнутой стороне профиля больше, чем на спинке, в результате чего возникает окружная сила , вращающия диск, закрепленный на валу.
2. Системы маслоснабжения энергии в турбинной ступени. С валом трбоагрегата, состоящего из ЦВД, ЦСД, ЦНД и электрического генератора, с помощью муфты связано колесо главного масляного насоса 1. Масло поступающее во всасывающий патрубок насоса из масляного бака 2, под давлением подается в системы смазки и регулирования, а его небольшая часть используетсся для работы струйных насосов – инжекторов 3,4. Расположение насоса на одном валу с турбиной требует вполне определенного размещения оборудования в машинном зале электростанции. Дело в том, что для надежной работы центробежного насоса необходимо иметь избыточное давление во всасывающем патрубке, так как возникновение в нем даже на короткое время разрежения может привести к попаданию в рабочее колесо воздуха и «срыву» насоса: разрыв масляного потока на всасывающей стороне делает невозможным подсасывание масла из масляного бака и дальнейшую работу насоса без останова, заполнения его маслом и повторного пуска. Для создания подпора на всасывающей стороне насоса принципиально можно было бы расположить масляный бак выше его оси, то есть над турбиной; однако это не допустимо, так как нарушение плотности бака или маслопроводов приведет к попаданию масла на горячую турбину и возникновению пожара. Поэтому масляный бак распологает ниже отметки обслуживания турбины со стороны, противоположной генератору. При этом для создания гарантированного подпора на всасывающей стороне главного масляного насоса в масляный бак уст. И инжектор-струйный насос. К рабочему соплу инжектора подается масло под давлением 1-1,5 МПа; в сопле оно разгоняется и поступает в диффузор. Двигаясь с большой скоростью, рабочее масло увлекает масло из масляного бака, в результате чего на выходе из инжектора образуется поток масла с давлением 0,12 -0,15 МПа. Масло для рабочего сопла отбирается из линии нагнетания главного масляного насоса, а масло под давлением из инжектора 3 первой ступени подается на вход главного масляного насоса. Часть масла из линии нагнетания первой ступени инжектора направляется в камеру смешения инжектора 4 второй ступени, установленного также в масляном баке. К соплу этого инжектора подводится масло также тз линии нагнетания главного масляного насоса. В результате в инжекторе второй ступени давление масла поднимается до 0,25-0,3 Мпа, при котором оно и поступает кмаслоохладителям 5. Здесь циркулирующая вода охлаждает масло, и оно поступает на смазку подшипников 6 турбины и генератора. Нагреевшая в подшипниках масло стекает самотеком в масляный бак. Для обеспечения систем смазки и регулирования при пуске турбины,когда давление, развиваемое главным масляным насосом, недостаточно из-за малой частоты вращения, Уст. Пусковой масляный насос 7, приводимый электродвигателем переменного тока или небольшой паровой турбинкой. После достижения достаточной частоты вращения валом турбины пусковой масляный насос останавливают.
Билет 4
1Классификация ПТ. Преимущества многоступенной конструкции.
Паровая турбина — это машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии пара в механическую энергию вращения.
В общем можно сказать, что тип турбины зависит от того, сколько и полностью ли пар совершает работу в турбине и куда он ещё идёт «на сторону».
Конденсационные турбины
Вероятно, этот тип турбин самый распространённый (маркировка — К). В комплекте с самой такой турбинной обязательно есть ещё устройство для сбора отработавшего пара — конденсатор. Весь отработавший пар в такой турбине поступает в конденсатор.
Конденсационные паровые турбины предназначены для выработки электричества. Т.е. такие турбины ставят на ГРЭС. На ТЭЦ ставят, в основном, другого типа турбины. Весь пар с котла поступивший в такую турбину совершает работу для получения электроэнергии. Тепловую энергию с таких турбин не получают, за редкими исключениями.
в советское время производил завод ЛМЗ — Ленинградский металлический завод. В настоящее время он переименован в ОАО «Силовые машины».
Теплофикационные турбины
Турбины типа — Т. Этот вид турбин устанавливают на ТЭЦ, т.е. там, где помимо выработки электричества, ещё нужно получать тепловую энергию — отопление и горячее водоснабжение.
У теплофикационных турбин существуют регулируемые теплофикационные отборы пара. Регулировка осуществляется поворотной диафрагмой. Пар с такого отбора поступает в сетевые подогреватели — теплообменники, где пар передаёт своё тепло сетевой воде.
Теплофикационные турбины, как правило, могут работать и в конденсационном режиме, например, в летнее время. В таком случае пар на сетевые подогреватели не поступает, а весь используется для выработки электричества.
Теплофикационные турбины производятся на УТЗ — Уральском турбинном заводе.
Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара
Маркировка таких турбин — ПТ.
Промышленный отбор пара означает то, что часть пара с таких турбин уходит на какое-либо стороннее производство (завод, фабрику и т.д.). Пар может возвращаться обратно на электростанцию в виде конденсата, а может и полностью теряться.
Такие турбины в настоящее время практические не устанавливают. В советское время их устанавливали на ТЭЦ вблизи крупных промышленных предприятий — химических комбинатов, деревообрабатывающих заводах и т.д..
Противодавленческие турбины
Противодавленческие турбины имеют маркировку — Р. В составе таких турбин отсутствует конденсатор, а весь отработавший пар идёт с каким-либо небольшим давлением стороннему потребителю.
Этот тип турбин в настоящее время, как и турбины ПТ, не находит применение за редким исключением. После распада Советского Союза многие такие турбины «пылились» без дела, так как отсутствовал внешний потребитель отработавшего пара. Без потребителя пара невозможна и их эксплуатация, а значит и выработка электричества.
Но позже нашли оригинальное решение их модернизации. В пару к таким турбинам начали устанавливать небольшие турбины типа К (конденсационные), рассчитанные на работу с низким давлением пара. Т.е после того, как пар отработал в турбине Р, он не идёт стороннему потребителю, а поступает на вход дополнительно установленной турбины типа К, где завершает свою работу и конденсируется в конденсаторе.
многоступенчатая конструкция паровой турбины позволяет срабатывать в каждой ступенинебольшую часть общего теплоперепада турбины при одновременном обеспечении высокого
КПД ступеней и турбины в целом и ее механической прочности. Совокупность решеток последовательно установленных ступеней называется проточной частью турбины.
Кинетическая энергия пара d/2, с которой пар покидает ступень, не вырабатывает энергии в рассматриваемой ступени, но может быть использована в значительной степени в последующей ступени. В этом случае потери с выходной скоростью будут только в тех ступенях, в которых выходная скорость не используется. В частности, это относится к последней ступени, теплоперепад которой при многоступенчатой конструкции составляет лишь небольшую часть общего теплоперепада турбины.
2.Расчет турбинной ступени. Треугольник скоростей.
При расчете турбиниойстуиени требуется выбрать ее размеры, форму профилей сопловых и рабочих решеток, высоты решеток, углы их установки, конструкцию бандажей рабочих лопаток и зазоры, так чтобы ступень удовлетворяла требованиям экономичности и обеспечивала надежную работу. .Одновременно с определением всех основных размеров ступени необходимо с большой точностью оцеиить ее КПД.
При проектировании новых турбин, как говорилось, рекомендуется в максимальной степени использовать приведенные в атласах и нормалях профили, что позволяет наиболее уверенно рассчитать ступени, а также разумно ограничить число турбинных профилей и тем самым улучшить организацию производства турбинных лопаток.
В отдельных случаях приходится прибегать к построению совершенно новых профилей.Расчет ступеней по среднему диаметру выполняется или как первое приближение для любых ступеней, или как окончательный для ступеней с лопатками постоянного по высоте профиля и малой веериости (обычно с <///>10-Н5).
. ТРЕУГОЛЬНИКИ СКОРОСТЕЙ
Наглядное представление о режиме работы ступени и ее экономичности дают диаграммы векторов скоростей потока пара, называемые треугольниками скоростей.
На рис. 2.11, а справа схематически показано, как за счет расширения пара уменьшается его давление в сопловой решетке от р0 до р\. При этом если на входе в решетку скорость пара с0 была мала, то на выходе она существенно возрастает до значения С\и направлена под углом oti, определяемым соотношением
sinaitta\/t\. (2.19)
Скорость выхода пара из сопловой решетки наглядно изображается вектором с\. Однако на профили движущейся решетки пар будет поступать не под углом ai, а под другим углом, так как решетка вращается с окружной скоростью, изображаемой вектором иу величина которого равна
w = cod/2, (2.20)
где со — угловая скорость вращения; d — диаметр ступени. В результате пар натекает на рабочие лопатки под углом Pi с относительной скоростью w\y равной разности векторов с\ и й. Профили рабочих лопаток должны быть выбраны и установлены так, чтобы обеспечить безударный вход пара на рабочую решетку. В этом случае в ней не будет больших потерь.
Построенные таким образом векторы образуют треугольник, часто называемый входным треугольником скоростей.
Пар, поступив в каналы рабочей решетки, взаимодействует с ее профилями, создавая окружную силу Ru, вращающую диск. Покидает пар рабочую решетку с относительной скоростью w2, значение которой подсчитывается по соотношению (2.15), а угол выхода в относительном движении определяется по формуле
sin Р2~а2//2, (2.21)
где a<i — ширина канала рабочей решетки на выходе.
Абсолютная скорость выхода пара ?2 представляет собой сумму векторов w2 и и. Она будет составлять угол 0&2 с плоскостью вращения. Полученный треугольник векторов скоростей называют выходным треугольником скоростей.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5
1. Относительный внутренний КПД ступени. Парциальные ступени.
Относительный внутренний КПД турбинной ступени Ранее рассмотренный относительный лопаточный КПД ол турбинной ступени характеризует эффективность ее решеток и потери энергии с выходной скоростью. Совершенство и экономичность турбинной ступени с учетом дополнительный потерь в ней определяет относительный внутренний КПД оi=Ni/N0=GHi/(GE0)=Hi/E0.
В том случае, когда степень использования энергии с выходной скоростью вс=0 располагаемая энергия ступени Е0=. Обычно относительный внутренний КПД оi определяют по значению ол за вычетом суммы дополнительных потерь, оцениваемых следующими коэффициентами потерь: от трения диска и лопаточного бандажа трд; связанных с парциальным подводом водяного пара парц; от протечек в диафрагменных и надбандажных уплотнениях у=уд+уб; от влажности рабочей среды вл. оi=ол-(трд+парц+у+вл)
Парциальные ступени используются для повышения КПД ступени за счет увеличения высоты сопловых и рабочих лопаток, которое при прочих равных условиях растут с уменьшением степени впуска. Заметим что при одних и тех де размерах лопаток КПД парциальной ступени всегда ниже КПД ступени с полным подводом рабочего тела. Парциальные ступени, кроме того применяются как регулировочные. Наличие групп сопл, которое можно поочередно вводит в работу, позволяет менять расход рабочего тела на турбину, осуществляя так называемое сопловое регулирование.
При рассмотрении процесса расширения рабочего тела в ступени мы ранее учитывали потери, связанные с протеканием рабочего тела в решетках и потери с выходной скоростью. Коэффициент полезного действия, который учитывает эти потери называется относительным лопаточным КПД ступени.
Парциальный подвод рабочего тела
Ступени, у которых подвод рабочего тела осуществляется по части окружности, называются ступенями с частичным (парциальным) подводом.
Отношение дуги подвода рабочего тела (активной дуги) к общей длине окружности называется степенью парциальности:
,где -- число сопловых лопаток; -- шаг сопловых лопаток на диаметре D.
В парциальных ступенях возникают дополнительные потери:
- на вентиляцию;
- сегментные (или на выколачивание).
Потери на вентиляцию возникают из-за перемещения рабочего тела вне дуги подвода. Для снижения этого вида потерь могут применяться кожухи, ограничивающие объем вентилируемого рабочего тела. Например, такое мероприятие осуществлялось на паровых турбинах малой мощности, где при малом расходе рабочего тела требовалось ввести высокую степень парциальности (до 0,5) с целью увеличения высот рабочих лопаток.
Сегментные потери обусловлены тем, что при переходе от неактивной дуги к активной необходимо вытеснить застойное рабочее тело (которое потеряло скорость и направление при нахождении в неактивной зоне), на что затрачивается часть энергии рабочего тела. Данные потери пропорциональны числу зон перехода от неактивной зоны к активной.
Стоит отметить, что в газовых турбинах парциальные ступени не применяются из-за чрезвычайно высокой нагруженности таких ступеней газодинамическими силами.
Парциальная ступень работает следующим образом.
Пар, прошедший через сопловые сегменты 2, попадает на рабочие лопатки
7 рабочего колеса б, где происходит преобразование его кинетической энергии в механическую работу, Однако часть пара на границе соплового сегмента 2, дальней по ходу вращения рабочего колеса 6, через осевой зазор 8, разделяющий входные кромки
8 рабочих лопаток 7 и торцовые поверхности 10 вставок 1, проникает со стороны сопловых сегментов 2 в зону вставок 1, снижая тем самь.м количество пара, отдавшего свою энергию рабочему колесу 6 . При уменьшении зазора и снижается количество пара, проходящего через него, тем самым повьппается расход пара., отдающего свою энергию рабочему колесу б.
На границе соплового сегмента 2,ближней по вращении рабочего колеса б, через зазор 0 эжектируется пар иэ зоны вставок 1 в зону сопловых сегментов 2, На его разгон тратится часть энергии пара, прошедшего через сопловые сегменты 2. Количество эжектированного пара тем меньше,чем меньше зазор g соответственно больше работа рабочего колеса 6, Снжкение потерь энергии на парциапьной ступени в среднем на 0,2-0,5 повьппает ее мощность.
2. Автоматическая система защиты турбины. Чем опасен осевой сдвиг ротора относительно статора.
Вращающийся ротор имеет некоторую свободу продольного перемещения относительно статора (±1,2мм) и ограничивается упорным подшибником турбогенератора. Чрезмерный сдвиг ротора вызывает повреждение концевых уплотнений или лопаточного аппарата турбины.
Кольцевой выступ 1 на валу ротора располагается в магнитном поле Ш-образного трансформатора 2. На укороченном среднем стержне трансформатора 2 расположена обмотка питания, подключенная к источнику переменного тока 3, наводящая магнитные потоки и При равенстве зазоров «а» и «б» потоки и равны, а, следовательно, равны и наводимые в их обмотках ЭДС. В этом положении фиксируется нулевой сдвиг ротора. При продольном сдвиге ротора изменяются Ы\ и Мг , а следовательно и наводимые ЭДС. Результирующее напряжение вторичной обмотки выпрямляется выпрямителем 4, питающем цепь сигнального реле 2РОС и обмотку первичного реле осевого сдвига , 1РОС действие которого через пром. реле приводит к включению электромагнитного привода, управляющего механизмом мгновенного закрытия стопорного клапана турбины. Стрелочный прибор МА измеряет величину смещения ротора в обе стороны.
Билет жок
Билет
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 543; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!