Турбины с противодавлением

Министерство науки и образования  Российской Федерации

Поволжский  государственный технологический  университет

Кафедра энергосбережения предприятий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине:

,, Современные паровые турбины ”

на тему:

                    ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ

 

 

Выполнил: студент ММФ

группы ТТм-11

Алексеев А.М.

Проверил: Карчин В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Йошкар-Ола,2012

 

Содержание

 

Введение  3

Турбины с противодавлением. Условия применения.   4

Устройство  турбин с противодавлением  8

Регулирование турбин с противодавлением  12

Список литературы                                                       14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Паровая турбина является силовым двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Вал турбины непосредственно или при помощи зубчатой передачи  соединяется с рабочей машиной. В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина может быть применена в самых различных областях промышленности: в энергетике, на транспорте, в морском и речном судоходстве и т.д.

Паровая турбина является основным типом двигателя на современной тепловой электростанции и в том числе атомной. Паровая турбина обладает большой быстроходностью, отличается сравнительно малыми размерами и массой и может быть построена на очень большую мощность (более 1000 МВт), превышающую мощность какой-либо другой машины. Вместе с тем у паровой турбины исключительно хорошие технико-экономические показатели: относительно небольшая удельная стоимость, высокие экономичность, надежность и ресурс работы, составляющий десятки лет.

Задачей данной работы является ознакомление с многообразием паровых турбин. Все многообразие современных паровых  турбин можно классифицировать по 8 основным признакам:

 

1. По использованию в промышленности;

2. По числу ступеней;

3. По направлению потока пара;

4. По  числу корпусов (цилиндров);

5. По принципу парораспределения;

6. По принципу действий пара;

7. По характеру теплового процесса;

8. По параметрам свежего пара;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условия применения турбин с противодавлением

Турбина с противодавлением представляет собой машину, весь отработавший пар которой при давлении, превышающем атмосферное, поступает в нагревательные устройства, где его теплота используется для производственных или бытовых целей.

К турбинам с противодавлением следует отнести также предвключенные турбины, как правило рассчитанные на высокое начальное давление и высокое противодавление. Отработавший пар этих турбин используется в турбинах нормального давления.

Еще не так давно предприятия, нуждающиеся в больших количествах пара низкого давления (2—5 ата) для целей отопления или варки, сушки и иных технологических процессов (например, химические, бумажные, текстильные, спичечные, сахарные и другие заводы), устанавливали для получения этого пара котельные установки низкого давления с отдачей пара непосредственно потреб лям тепла.

Несколько реже применялись  установки более высокого давления (10—12 ата), в которых некоторая часть пара предназначалась для машин, снабжавших завод механической или электрической энергией, а другая часть шла на нужды производства через понижающий давление (редукционный) клапан. Устраивались также котельные смешанного типа с котлами различного давления. Все эти способы снабжения производства паром н «силовой» энергией связаны со значительными тепловыми потерями, в рассмотрение которых мы здесь входить не будем.

В настоящее время получили распространение установки, в которых роль редукционного клапана возложена на турбину, включенную между паровым котлом достаточно высокого давления и аппаратами — потребителями пара низкого давления. Снижение давления пара до значения, требуемого производством, происходит в том случае в турбине, а механическая энергия вращения вала турбины пли электрическая энергия от соединенного с ней генератора получается в виде побочного продукта, для получения которого приходится затратить только небольшое добавочное количество топлива.

Эта энергия обходится  очень дешево: действительно, в нагревательных аппаратах предприятия теплота пара используется почти полностью, включая теплоту конденсации (парообразования), чего мы не имеем в нормальных конденсационных теплосиловых установках. Конденсат из нагревательных аппаратов возвращается обратно в котлы, так что теплота его теряется только в небольшой части. Таким образом, потерн в такой установке в основном сводятся к утечкам пара и конденсата, трению в подшипниках, потерям в генераторе и лучеиспусканию турбины и паропроводов. Коэффициент полезного действия подобной турбинной установки достигает 90— 95%; иначе говоря, только 5—10% теплоты полученного из котла пара теряется непроизводительно. Таким образом, турбинная установка с противодавлением является наиболее экономичной из всех существующих типов теплосиловых установок.

На рис. 6-2 изображен  тепловой баланс небольшого турбогенератора с противодавлением. Сравнивая его с приведенным на рис. 6-1 тепловым балансом конденсационного турбогенератора такой же мощности, мы видим, что наибольшая часть теплоты пара в первом случае эффективно используется для нужд производства, а во втором случае бесполезно уносится охлаждающей водой конденсационного устройства.

Очевидно, что турбину  с противодавлением целесообразно устанавливать только в том случае, если весь проходящий через нее пар может быть всегда использован для нужд производства, так как выпускать излишки пара в атмосферу (работать на выхлоп) и терять, таким образом, его тепловую энергию невыгодно. Следовательно, потребность предприятия в паре должна быть всегда равна или немного превышать то количество пара, которое проходит через турбину; недостающее для производства количество пара пополняется непосредственно из котла через редукционный клапан.

 

В тех случаях, когда потребность  предприятия   в электрической   энергии   невелика, а для нужд производства требуется очень много пара, имеется возможность установить турбогенератор большой мощности с необходимым расходом пара и отдавать избыток электрической энергии на сторону, например другому предприятию.

    Рис. 6-3   Схема  теплосиловой установки с противодавлением.

 

Давление пара, используемого  для технологических процессов производства, как правило, должно оставаться неизменным, несмотря на возможные колебания в расходе пара. Таким образом, нагрузка турбины (количество вырабатываемой электрической энергии) всецело зависит от потребности производстве в греющем паре и меняется вместе с ней.

Такая работа турбинной  установки носит название «работы по тепловому графику» в отличие от «работы по электрическому графику», при которой нагрузка турбины определяется потребностью в электрической энергии.

В тех случаях, когда предприятие имеет сильно колеблющиеся по времени дня или года расход пара, работа одной турбины с противодавлением будет невыгодной из-за необходимости временами работать полностью или частично на выхлоп для удовлетворения потребности в электрической энергии. Поэтому параллельно турбине с противодавлением часто устанавливают конденсационную турбину, нагрузку которой можно регулировать в зависимости от потребности в электрической энергии.

Устройство  турбин с противодавлением

 

    Турбина с противодавлением представляет собой сравнительно несложную машину. Для того чтобы получить в выпускном патрубке турбины необходимое повышенное давление пара (обычно 1,2—6 ата), нужно, вообще говоря, отбросить последние ступени конденсационной турбины.

      При достаточно большом теплоперепаде турбины с противодавлением, особенно турбины большой мощности, выполняются многоступенчатыми. Это обеспечивает получение более высокого к. п. д. турбины (заметим лишь, что снижение к. п. д. при недогрузке у многоступенчатой турбины происходит более резко, чем у одноступенчатой).

      Расход пара на единицу мощности (удельный расход) у турбин с противодавлением значительно выше, чем у конденсационных турбин; в зависимости от величины противодавления он составляет от 8—20 до 50-60 кг/кВт*ч против 3—5 кг/вт*ч расхода конденсационных турбин. Это обстоятельство нетрудно понять, если учесть, что в области более высоких давлений располагаемые перепады тепла при данном перепаде давлении невелики (см. is-диаграмму), и для получения определенной мощности   приходится   использовать большие весовые количества пара. Например, турбина, работающая сухим насыщенным паром с перепадом давлений от 12 до 4 ата, теоретически должна переработать примерно в 4 раза большее количество пара, чем конденсационная турбина такой же мощности, использующая перепад давлений от 12 до 0,06 ата. Отсюда ясно, что удельный расход пара сильно увеличивается с повышением противодавления. К тому же и к. п. д. у турбин с противодавлением обычно ниже, чем у конденсационных турбин, что связано главным образом с небольшими высотами сопел и лопаток и значительными утечками пара через концевые уплотнения.

  Одноступенчатые турбины с противодавлением выполняются всегда по активному типу; многоступенчатые же турбины всегда имеют первую регулирующую ступень активную (одновенечную или двухвенечную), что необходимо для применения соплового регулирования, а последующие ступени могут быть выполнены как активными, так и реактивными, аналогично тому, как это принято на том или ином заводе делать у конденсационных турбин.

   Примером небольшой современной турбины с противодавлением может служить турбина АР-4-3 (новое обозначение Р-4-35/3) мощностью 4 000 кВт, изготовляемая Калужским турбинным заводом (рис. 6-4). Эта турбина рассчитана на 3 000 об/мин. начальные параметры пара 35 ата, 435° С и противодавление 3 ата.

   Проточная часть турбины состоит из двухвенечного диска Кертиса и девяти одновенечных активных ступеней. Корпус турбины простой цилиндрической формы с двумя выхлопными патрубками небольшого диаметра (250 мм) по бокам. С переднего конца турбина опирается на упругую опору из листовой стали, допускающую свободное расширение корпуса при нагревании.

    Турбина имеет гидродинамическую систему регулирования и соединена с валом генератора гибкой муфтой.

Схема регулирования приведена на рис. 6-4. Главный масляный центробежный насос, рабочее колесо которого отковано заодно с валом, подает масло к трансформатору давления 2. Золотник трансформатора давления при изменениях напора масла перемещается относительно своей буксы и изменяет проходное сечение слива из импульсной линии, присоединенной к напорной линии насоса через дроссельную шайбу 3. К импульсной линии присоединен отсечной золотник 4, управляющий впуском и выпуском масла из полостей сервомотора 5.

Рис  6-4.  Схема регулирования турбин с противодавлением Калужкого турбинного завода.

 

      Изменение давления масла в импульсной линии вызывает перемещение отсечного золотника, что влечет за собой соответствующее перемещение сервомотора 5, связанного с паровпускными клапанами, и изменение в поступлении пара в турбину.

   Регулятор давления 6, в нижнюю полость которого подведен пар из выхлопного патрубка турбины, действует так же, как трансформатор давления, изменяя слив из импульсной линии 7 при изменениях давления отработавшего пара.

   Все механизмы системы регулирования размещены па крышке переднего подшипника.

   Клапаны подвешены к траверсе, перемещаемой в вертикальной плоскости штоками, соединенными с сервомотором. Этот тип парораспределительного механизма принят на всех турбинах Калужского турбинного завода, но число клапанов зависит от мощности турбины и составляет от 4 до 10.

 

 

 

 

Рис. 6-5  Продольный разрез турбины с противодавлением АР-4-3 мощностью   4 000 кВт   Калужского турбинного завода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Регулирование турбин с противодавлением

 

Система регулирования  турбины с противодавлением, кроме описанных ранее регулятора скорости и регулятора безопасности, включает в себя регулятор давления и предохранительный клапан, подключенные обычно к трубопроводу отработавшего пара. В нормальной работе регулирование турбин с противодавлением осуществляется или посредством центробежного регулятора скорости или посредством регулятора давления.

Регулирование посредством  регулятора скорости  осуществляется в тех случаях, когда турбина  с противодавлением должна одна доставлять всю необходимую предприятию механическую или электрическую энергию, т. е. работать по электрическому графику. Центробежный регулятор, поддерживая постоянство числа оборотов вала, воздействует на органы .парораспределения (обычно групповые клапаны сотового парораспределения) таким образом, чтобы турбина развивала требуемую мощность. При этом количество отработавшего пара зависит исключительно от нагрузки турбины: если потребность предприятия в паре окажется больше его .поступления от турбины, то необходимо добавлять пар непосредственно из котла через редукционный клапан. Если же расход пара турбиной превышает потребность предприятия, то часть пара приходится выпускать в атмосферу или в специальные аккумуляторы тепла.

В практике турбины с противодавлением по электрическому графику работают редко. Однако регулирование турбин с противодавлением посредством центробежного регулятора всегда используется при пуске турбины и приходит в действие, если генератор турбины почему-либо окажется работающим не в параллель с другими генераторами электрической системы.