Общее описание конструкции турбины на примере К-160-130
В 1958 г. ХТЗ выпустил турбину К-150-130 (старое название ПВК-150) мощностью 150 МВт, рассчитанную на параметры свежего пара 12,75 МПа и 565ºС, с промежуточным перегревом пара до 565ºС, при давлении в конденсаторе 3,43 кПа и частоте вращения 50 1/с. Позже турбина была модернизирована, и в настоящее время ее мощность составляет 160 МВт.Регенеративный подогрев питательной воды производится сначала в подогревателях, в которых конденсируется отработавший пар основных пароструйных эжекторов и пар отсосов из крайних камер уплотнений, а затем – в пяти подогревателях низкого давления, три из которых питаются отборами из ЦНД, а два других – из отборов ЦВД.
В деаэраторе с давлением 0,6 МПа происходит выделение растворенных газов и нагрев питательной воды до температуры насыщения, равной 158ºС. Питательный электронасос перекачивает питательную воду в котел через три подогревателя высокого давления с температурой 229ºС (при нормальной мощности блока).
Пар от котла по двум паропроводам подводится к стопорному клапану и затем направляется к четырем регулирующим клапанам, каждый из которых соединен со свой сопловой коробкой. Две сопловые коробки установлены в нижней половине внутреннего корпуса ЦВД, а две – в верхней. (рис1)
- Номинальная мощность, МВт………….160
- Максимальная мощность, МВт…………165
- Давление свежего пара перед стопорным клапаном, мпа…..12,7
- температура свежего пара перед стопорным клапаном, С…..565
- давление пара перед блоками клапанов промперегрева при номинальной мощности,МПа……………..2,8
- температура пара перед блоками клапанов промперегрева при номинальной мощности,С……………..565
- температура охлаждающей воды при входе в конденсатор,С….12
- давление пара при входе в конденсатор,кПа….3,43
- температура подогрева питательной воды,С…………229
- частота вращения ротора,1/с……………………..50
- число цилиндров……………………………………2
- число выходов пара…………………………2
- число ступеней в ЧВД……………………7
- число ступеней в ЧСД……………………8
- число ступеней в ЧНД……………………12
- число регенеративных отборов пара……………7
- общая масса турбины с комплектующим оборудованием……..420 т
- длина турбины………………14,44 м
- высота…………………..5,79 м
- ширина……………………6,48 м
Рисунок 1.Общая конструкция турбины
Турбина имеет сопловое парораспределение. Первые два регулирующих клапана диаметром 120 мм открываются одновременно и подводят пар к сопловым коробкам, расположенным в нижней половине корпуса. Это позволяет обеспечить равномерный прогрев корпуса по окружности и исключить его коробление. При полном открытии двух первых клапанов турбина развивает 75% номинальной мощности. Номинальная мощность обеспечивается при дополнительном открытии третьего клапана диаметром 135 мм (левого верхнего, если смотреть на генератор). Четвертый клапан является перегрузочным и работает при снижении начальных параметров пара вплоть до 12 МПа и 555ºС или при ухудшении вакуума. Открытие четырех клапанов при номинальных параметрах пара позволяет получить мощность 165 МВт.
С параметрами 3,18 МПа и 375ºС пар по четырем паропроводам направляется в промежуточный пароперегреватель котла и возвращается оттуда с параметрами 2,8 МПа и 565ºС к двум клапанам части среднего давления (ЧСД), от которых по четырем паропроводам пар поступает в часть среднего давления, расположенную в едином корпусе с ЧВД. Таким образом, в турбине К-160-130 ЧВД и ЧСД конструктивно совмещены в одном ЦВД. Между этими частями установлена разделительная диафрагма с развитым средним уплотнением.
Часть среднего давления заключает в себе восемь ступеней активного типа. Из ЧСД по двум реверсивным трубам пар поступает в двухпоточный симметричный ЦНД. Расширение каждого потока пара происходит в шести ступенях. Последняя ступень имеет длину рабочей лопатки 780 мм при среднем диаметре 2125 мм, что обеспечивает кольцевую площадь выхода пара одного потока 5,21 м2.
В турбоустановке используется двухпоточный конденсатор типа К-160-9115 с поверхностью охлаждения 9115 м2, расчетный вакуум в котором обеспечивается при расходе 21000 м3/ч охлаждающей воды с температурой 12ºС.
Совмещение ЧВД и ЧСД в одном ЦВД позволило уменьшить вдвое число концевых уплотнений, уменьшить и организовать оригинальную систему уплотнений (рис.2).
Рисунок 2.Схема концевых уплотнений уплотнений штоков клапанов турбины К-160-130 ХТЗ
Переднее уплотнение ЦВД развито, в то время как заднее уплотнение почти такое же, как и в ЦНД. Как обычно, из последних камер всех уплотнений пар отсасывается в охладитель пара эжектора уплотнений, а предпоследние камеры подается уплотняющий деаэраторный пар.
Концевые и диафрагменные уплотнения выполнены лабиринтовыми: непосредственно на валу выточены впадины и выступы, по отношению к которым с малым зазором в расточках обойм концевых уплотнений и диафрагм установлены сегменты с усиками.
Каждый из роторов установлен на двух опорных подшипниках со сферическими вкладышами .Передний подшипник является комбинированным опорно-упорным, со сферическим вкладышем. Корпус переднего подшипника – выносной, двух других встроены в выходные патрубки ЦНД. Крышки подшипников содержат аварийные масляные емкости (турбины первых выпусков имели масляный насос на валу турбины и поэтому аварийных емкостей не имели).
Полумуфта ротора ЦВД откована заодно с валом; роторы ЦВД и ЦНД, а также ЦНД и генератора соединяются полужесткими муфтами.
Валоповоротное устройство размещено на крышке подшипника между ЦНД и генератором и имеет частоту вращения 3,33 1/мин.
Ротор ЦВД – цельнокованый, выполнен из стали ЭИ-415. Лопатки закреплены на дисках грибовидными хвостовиками с заплечиками и перевязаны в пакеты периферийными ленточными бандажами.
Ротор ЦНД — сварной, симметричный. Его отдельные элементы откованы из хромомолибденовой стали 34 ХМ. Освоение заводом производства сварных роторов таких размеров не только явилось большим техническим достижением того времени, но и создало основу для производства роторов ЦНД будущих мощных турбин. Отсутствие посадки диска на вал, центрального сверления в поковках дисков и их правильная профилировка по радиусу создает в роторе небольшие, практически постоянные по радиусу напряжения.
Все рабочие лопатки ЦНД, кроме лопаток последней ступени, посажены на диски посредством грибовидных хвостовиков; лопатки последней ступени имеют елочный хвостовик с торцевой заводкой.Лопатки первых трех ступеней ЦНД имеют ленточные периферийные бандажи и по одному ряду демпферной проволоки, последних трех ступеней – только по два ряда трубчатых бандажей.
Корпус ЦВД – двойной, с сопловыми коробками. Внутренний и наружный корпуса имеют горизонтальные разъемы. Внутренний корпус отлит из хромомолибденованадиевой стали 15Х1М1ФЛ, и в нем размещены первые пять ступеней. Наружный корпус состоит из двух частей, соединенных вертикальным сварочным швом; основная часть отлита из стали 20ХМФЛ, а выходная – из углеродистой. В наружном корпусе подвешены внутренний корпус, обойма двух последних диафрагм ЧВД, разделительная диафрагма и три обоймы диафрагм ЧСД.
Диафрагмы ЧВД имеют несущие стойки и узкие сопловые лопатки. В ЧСД диафрагмы сварные.
Инженерная помощь о турбинах
Совмещение ЧВД и ЧСД в одном цилиндре потребовало тщательной проработки конструкции разделительной диафрагмы, на которую действует перепад давления около 0,3-0,5 МПа при некоторых нагрузках турбины и, главное, разность температур пара за и перед промежуточным перегревом, достигающая 180-190ºС. Без принятия специальных мер неравномерность нагрева вызвала бы значительные температурные напряжения и деформации диафрагмы. Для уменьшения нагрева диафрагмы со стороны поровпуска ЧСД установлены тепловые экраны с зазором по отношению к стенке диафрагмы. В зазор подается охлаждающий пар из камеры отвода пара на промежуточный перегрев. Аналогичные экраны установлены на паровпускной части среднего давления и сопловых коробках. Они препятствуют интенсивному теплообмену и снижают температурные напряжения в корпусе.
Корпус ЦНД выполнен двойным. Обе его части сварены из листов углеродистой стали. Внутренний корпус подвешен в наружном, и его фикспункт находится на пересечении осей паровпуска и оси турбины. Для уменьшения коробления внутреннего корпуса, особенно при частичных нагрузках и сбросах пара из БРОУ в конденсатор, он и его паровпускной патрубок экранированы.
Литые чугунные диафрагмы первых четырех ступеней ЦНД установлены во внутреннем корпусе, диафрагмы двух последних ступеней – в обойме, располагаемой во внутреннем корпусе.
На крышках внешнего корпуса ЦНД расположены атмосферные клапаны.
Корпус ЦВД опирается лапами на корпус выносного подшипника и на встроенный в корпус ЦНД средний подшипник. ЦНД опирается на фундаментные рамы опорным поясом. Между корпусом ЦВД и корпусами смежных подшипников установлены вертикальные шпонки.
Фикспункт турбины расположен в зоне паровпуска ЦНД; турбина расширяется в сторону переднего подшипника. Для увеличения маневренности турбина снабжена паровым обогревом фланцев и шпилек ЦВД.
После выпуска первых экземпляров турбины и их освоения на заводе много работали над повышением ее экономичности и надежности. Практически полностью была модернизирована проточная часть турбины, введено экранирование внутреннего корпуса ЦНД, установлены аварийные масляные емкости на крышках корпусов подшипников, усовершенствованы заднее концевое уплотнение ЦВД и другие узлы.
В настоящее время ХТЗ гарантирует следующие показатели турбоустановки К-160-130 (при номинальных параметрах свежего пара, промежуточного перегрева и вакуума в конденсаторе):
Мощность на клеммах генератора, МВт | 165 | 160 | 150 | 130 | 100 |
Расход пара через стопорный клапан, кг/с | 130,6 | 126,9 | 118,6 | 102,8 | 80,0 |
Температура питательной воды, ºС | 230 | 229 | 226 | 218 | 206 |
Гарантийный удельный расход теплоты, кДж/(кВт ч) | 8217 | 8246 | 8271 | 8309 | 8506 |
Схема маслоснабжения подшипников турбоагрегата показана на рис. 3
Рис.3 Схема маслоснабжения турбины К-160-130 ХТЗ
При работе турбины небольшая часть масла из главного масляного насоса, установленного на валу турбины, поступает по линии 1 на питание инжекторов 9 и 7, расположенных в масляном баке 8. Инжектор 9 подсасывает масло из бака и подает его, с одной стороны, к главному масляному насосу, питающему систему регулирования, с другой – к инжектору 7 и через обратный клапан 2 – к маслоохладителям 6, а из них с давлением 0,2-0,25 МПа – к подшипникам турбоагрегата.
При пуске турбины, когда главный масляный насос не создает достаточного напора масла, инжекторы питаются от пускового масляного насоса 3 высокого давления. При падении давления в системе смазки вступает в работу электромасляный насос 4 с двигателем переменного тока, питаемым от шин собственных нужд. В случае его отказа или исчезновения напряжения на шинах в работу вступает электронасос 5 с двигателем постоянного тока, подключенным к аккумуляторной батарее. Слив масла от подшипников выполняется в грязный отсек масляного бака.
Турбина оснащена гидродинамической системой регулирования (рис.4).
Рис.4 Принципиальная схема регулирования турбины ХТЗ К-160-130
Регулирующие клапаны ЧВД и ЧСД перемещаются сервомоторами одностороннего действия: клапаны поднимаются под действием давления силового масла, поступающего под поршень сервомотора, а отпускаются под действием пружин.
В установившемся режиме работы, когда регулирующие клапаны неподвижны, отсечные золотники 4 и 10 своими кромками препятствуют проходу силового масла от главного масляного насоса 11 в сервомоторы 6 и 7. При этом каждый из них находится в равновесии под действием давлений силового (в камере а), импульсного (в камере b) и давления масла (в камере с) связанной с гидравлическими выключателем 5 или 8 сервомотора.
При изменении давления импульсного масла в камереbравновесие золотника нарушается, и он смещается, открывая проход силового масла в сервомоторы для передвижения регулирующих клапанов. Движение последних вызывает восстановление давления в камере с отсечных золотников, т.е. приводит к новому установившемуся состоянию при новом положении регулирующих клапанов.
Изменение давления импульсного масла осуществляется датчиками систем регулирования и защиты.
В качестве датчика частоты вращения используется гидравлический тахометр 1 (импеллер), приводимый непосредственно от вала турбины. Давление за импеллером изменяется пропорционально квадрату частоты вращения, поэтому при ее изменении смещается золотник 2 регулятора частоты вращения, который изменяет давление масла в импульсной линии.
Дроссели 3 и 9 предназначены для настройки смещения начала открытия регулирующих клапанов ЧСД относительно регулирующих клапанов ЧВД.
Рис.5 Принципиальная тепловая схема турбины,1-паропровод свежего пара,2-паропровод холодного промперегрева к котлу 3-задвижка на паропроводе холодного промперегрева,4-5-стопорный и предохранительный клапаны,6-коллектор холодного промперегрева,7-паропровод свежего пара от стопорного клапана к турбине,8-регулирующий клапан свежего пара,9-паропровод холодного промперегрева от турбины10-паропровод горячего промперегрева от котла,11-задвижка,12-ЧВД,13-блок клапанов промперегрева,14-паропровод горячего промперегрева от блоков клапанов к турбине, 15-ЧСД,16-ресивер,17-ЧНД,18-конденсатор,19-кондесатный насос,20-эжектор основной с охладителем,21-эжектор уплотнений с охладителем,22-ПНД1,23-сливной носос ПНД1,24-26-ПНД2-ПНД4,27-деаэратор,28-бустерный носос,29-питательный насос,30-ПВД6,31-ПВД7,32-ПВД8
|