Предельные мощности турбоагрегатов

С увеличением мощности блока котел—турбина улучшаются все экономические показатели электростанций: снижаются удель­ные капиталовложения и металловложения, удельная кубатура главного корпуса, уменьшаются удельная численность персонала, удельный расход топлива и себестоимость производства электро­энергии и теплоэнергии.

Однако при проектировании электростанции нельзя произ­вольно выбрать мощность турбоагрегатов. Этот выбор основы­вается на технико-экономических сравнениях возможных и целесо­образных вариантов. Учитывается, что чем больше мощность турбо­агрегата, то тем больший резерв мощности нужно иметь в системе в случае его аварийного отключения. Считается, что мощность самого крупного турбоагрегата не должна превышать 8—10% общей мощности системы, так как при большей мощности трудно обеспечить устойчивость работы электрической сети при аварий­ном отключении турбоагрегата. Турбоагрегаты мощностью 500 МВт могут устанавливаться в энергосистеме мощностью 5 млн. кВт и мощностью 1000 МВт — при мощности в энергосистемах 10 млн. кВт.

В настоящее время созданы энергосистемы и их объединения, позволяю­щие устанавливать турбоагрегаты мощностью до 1000 МВт иболее.

Предельная мощность турбоагрегата лимитируется также и кон­структивными возможностями. Максимальная мощность одновальной турбины в первую очередь зависит от возможной длины лопатки последней ступени и от целесообразного числа выхлопов (цилиндров низкого давления), определяющего приемлемую по техническим и экономическим соображениям общую длину турбо­агрегата.

Частота вращения вала турбины определяется частотой ращения вала электрогенератора – в большинстве случаев это 3000 об / мин.

Вал турбины соединён с валом генератора упругой муфтой. На полумуфте генератора Расположено зубчатое колесо, соединенное с вало-поворотным устройством для медленного проворачивания ротора турбины. Такое проворачивание способ­ствует охлаждению ротора после остановки и не допускает его про­гиба. При неравномерном охлаждении повторный пуск турбины при наличии указанных прогибов становится опасным вследствие силь­ных вибраций агрегата и даже возможного задевания ротора о неподвижные элементы турбины. Корпус турбины имеет горизон­тальную плоскость разъема, необходимую для сборки турбины, и две вертикальные плоскости разъема для упрощения изготовления. Вторая и последняя выхлопная части корпуса сварные. Часть кор­пуса в области высоких параметров пара изготовлена из специальной легированной стали с присадками. Ротор турбины лежит на двух опорных подшипниках, причем передний (со стороны пуска пара в турбину) является опорноупорным. Своей упорной частью он вос­принимает возникающие усилия парового потока вдоль вала (осе­вые). Ротор просверлен вдоль оси, чтобы можно было исследовать поковку оптическим путем изнутри.

Длина рабочей лопатки последней ступени турбины лимити­руется ее механической прочностью. Чем больше длина лопатки, тем больше ее вес и тем больше напряжение в металле лопатки от центробежной силы, возникающей при вращении диска. Кроме этого, на лопатку действуют изгибающие силы от потока пара, также создающие напряжения в металле лопатки. Увеличение длины лопатки связано с увеличением среднего диаметра ступени (диаметра окружности, проходящей через середину высоты ло­патки), так как по условиям аэродинамики ступени отношение высоты лопатки к диаметру средней окружности должно ле­жать в определенном диапазоне. Увеличение диаметра средней окружности вызывает увеличение окружной скорости при дан­ном числе оборотов турбины, что также увеличивает напряже­ние в лопатке от центробежной силы.

При 3000 об/мин трудно сконструировать лопатку с длиной более 1000—1100 мм, удовлетворяющую условиям механической прочности.

При 1500—1800 об/мин длину лопатки удается довести до 1200—1300 мм. Однако турбины на пониженное число оборотов получаются более тяжелыми; поэтому они не находят в настоящее время применения.

Другой способ увеличения длины лопатки последней ступени — замена стали другим металлом, имеющим достаточную прочность, но меньший удельный вес. В этом случае вес лопатки уменьшается, что приводит к уменьшению напряжений от центробежной силы. Создание лопаток большой длины возможно из титановых сплавов, обладающих высокой прочностью и сравни­тельно малым удельным весом. При применении лопаток из ти­тановых сплавов длиной 1300—1500 мм мощность одновальной турбины может достигнуть 1000—-1500 МВт при приемлемом числе выхлопов в конденсатор (числе ЦНД).

Но с увеличением высоты лопаток и диаметра дисков возрастают окружные скорости их движения, превышать кото­рые по условиям газодинамики и прочности сверх до­пустимых (w = 350 … 400 м/с) нельзя. Так как наибольшую высоту имеют ло­патки последних ступеней, то именно их пропускная способность по пару лимити­рует предельную мощность турбины.

Одновальная паровая турбина мощностью 500 МВт с начальным давлением пара 240 ата при 3000 об!мин, имеетдлину лопатки последней ступени 1050 мм и четыре выхлопа в конденсатор (два двухпоточных ЦНД). Длина турбо­агрегата вместе с электрогенератором равна 47,3 м. Проектируется одновальная турбина мощностью 800 Мет.

Возможен еще один путь увеличения предельной мощности одновальной турбины — применение в части низкого давления вместо водяного пара паров других жидкостей — аммиака, фреона и т. п. Пары аммиака (NH₃) при температуре 25° С имеют давление, близкое к 1 ата, тогда как давление водяного пара равно 0,03 ата. Пары фреона-12 (CC1₂F₂) при 25° С имеют давление в несколько атмосфер. Удельные объемы паров аммиака и фреона во много раз меньше при тех же температурах, чем у водяного пара, поэтому меньшие объемные расходы в последних ступенях турбины обусловливают меньшую длину лопаток последних ступеней. Однако при этом существенно возрастает сложность и стоимость конструкции.

лов.

д) с верховой двухопорной посадкой

Дата добавления: 2014-11-29