Паровая турбина

Рассмотрим конструкцию паровой турбины на примере турбины ЛМЗ [4-6].

Паровая турбина имеет мощность 50 МВт при 50 с^-1 и работает паром с начальным давлением 8,8 МПа при температуре 535°С.

Проточная часть турбины состоит из 22 последовательно расположенных ступеней активного типа. Первые 19 дисков откованы за одно целое с валом паровой турбины. Последние три диска посажены с натягом на вал.

На ободах каждого диска укреплены рабочие лопатки. Между дисками распола­гаются неподвижные промежуточные диаф­рагмы.

В каждой диафрагме размещены непод­вижные сопловые лопатки, проходя между которыми поток пара ускоряется и при­обретает необходимое направление для входа в каналы, образованные рабочими лопатками. Постепенное увеличение от ступени к сту­пени высоты сопловых и рабочих лопаток объясняется тем, что по мере расширения пара объем его возрастает, что требует постепенно­го увеличения проходных сечений.

Сопловые лопатки первой так называемой регулирующей ступени укреплены в сопловых коробках, которые вварены в корпус паровой турбины.

Пар к соплам регулирующей ступени под­водится через четыре регулирующих клапана, два из которых расположены на верхней половине корпуса, а два – по бокам нижней части корпуса. Часть корпуса, охватывающая ступени высо­кого давления, выполнена в виде стальной от­ливки. Ступени низкого давления располага­ются в сварной части корпуса.

Выходной патрубок паровой турбины также сварен из листовой стали и при помощи свар­ки соединяется с конденсатором. За счет кон­денсации отработавшего в турбине пара в кон­денсаторе поддерживается давление ниже ат­мосферного. Обычно это давление составляет 3 – 6 кПа.

В корпусе турбины предусмотрено несколь­ко патрубков для отбора пара из про­межуточных ступеней  паровой турбины. Эти отборы используются для подогрева питательной во­ды, подаваемой в парогенератор.

При изменении нагрузки оказывается не­обходимым регулировать расход протекающего через турбину пара. Это достигается соот­ветствующим открытием регулирующих кла­панов. Благодаря тому, что клапаны закрыва­ются и открываются последовательно, часть пара, проходящая через полностью открытые клапаны, не дросселируется и поступает к соп­лам первой ступени с неизменным начальным давлением. Лишь та доля пара, которая про­ходит через частично открытый клапан, дрос­селируется в клапане и подходит к своей сопловой группе с пониженным давлением.

Способ управления впуском пара в турби­ну, при котором доступ пара к сопловым груп­пам открывается последовательно, называет­ся сопловым парораспределением. Первая ступень, получающая в зависимости от нагрузки турбины пар из различного числа сопловых групп, называется регулирующей ступенью.

Наряду с таким способом парораспределе­ния существует также дроссельный способ парораспределения, отличающийся тем, что все количество подводимого к турбине пара проходит через общий регулирующий клапан. При пониженных нагрузках турбины пар под­вергается дросселированию вследствие частич­ного закрытия дроссельного регулирующего клапана. Перед регулирующими клапанами устанавливается стопорный клапан, находя­щийся обычно в одном из двух положений – он или полностью открыт или закрыт.

Вал паровой турбины лежит на двух подшипниках, которые воспринимают нагрузку от ротора. Передний подшипник в турбине, одновременно фиксирует осе­вое положение ротора по отношению к статору и воспринимает осевые усилия, действующие на ротор. Таким образом, передний подшипник является комбинированным опорно-упорным подшипником.

В местах, где вал проходит через корпус турбины, расположены уплотнения, которые называются концевыми уплотнениями. Переднее уплотнение вала служит для предот­вращения или уменьшения утечки пара из корпуса турбины в машинное помещение. Заднее уплотнение предупреждает возмож­ность подсоса атмосферного воздуха в выход­ной патрубок и конденсатор турбины. Проник­новение воздуха в конденсатор привело бы к повышению давления в нем и уменьшению экономичности турбинной установки. Для того чтобы предупредить просачивание воздуха в конденсатор, к заднему уплотнению подво­дится пар под давлением, несколько превы­шающим атмосферное. В местах, где вал проходит через центральные отверстия диаф­рагм, установлены промежуточные уплотне­ния, уменьшающие протечку пара помимо ка­налов сопловых лопаток.

Корпус турбины, диафрагмы, а также кор­пуса подшипников имеют горизонтальный разъем на уровне оси вала турбины. Для того чтобы разобрать турбину, необходимо разболтить соединение фланцев горизонтального разъема корпуса турбины и корпусов подшип­ников.

Паровая турбина опирается на фундамент выход­ным патрубком с помощью его боковых лап и через корпус переднего подшипника. Корпу­са турбины и переднего подшипника не имеют жесткой связи, что допускает их взаимные тепловые перемещения.

Правый конец вала турбины при помощи муфты соединен с ротором генератора, один из подшипников которого расположен на кор­пусе выходного патрубка турбины.

Передний конец вала турбины гибкой муф­той соединен с валом центробежного масля­ного насоса, который всасывающим патрубком опирается на прилив в картере переднего подшипника. В полость всасывания насоса масло подается под небольшим избы­точным давлением с помощью инжектора.

Масляный насос обеспечивает подвод мас­ла (с давлением 2 МПа) к органам системы регулирования, а также с помощью инжекто­ра подает масло к подшипникам генератора и турбины (при давлении 0,15 МПа). На кон­це вала насоса располагается быстроходный упругий регулятор скорости.

В передней части вала турбины размещены предохранительные выключатели, которые, воздействуя на стопорный и регули­рующие клапаны, вызывают полное прекраще­ние подачи пара к турбине в случае повыше­ния частоты ее вращения на 10—12%.

Турбины для привода генераторов электри­ческого тока рассчитываются на работу с не­изменной частотой вращения. Сохранение по­стоянства частоты вращения обеспечивается автоматическим регулированием.

При работе турбоагрегата параллельно с другими агрегатами на общую сеть, если вырабатываемая мощность оказывается мень­ше потребляемой, разность мощностей покры­вается за счет кинетической энергии всех вра­щающихся машин, работающих в сети. При этом, как и в случае одиночно работающего агрегата, частота вращения, а следовательно, и частота переменного тока будут снижаться. Наоборот, частота тока возрастает, когда гене­рируемая энергия превысит потребляемую.

Перемещение органов регулирования осу­ществляется маслом. Поэтому система регули­рования часто сочетается с системой смазки.

В подшипниках турбины выделяется зна­чительное количество тепла, которое необхо­димо отводить. Отвод тепла от подшипника обеспечивается циркуляционной системой смазки, при которой масло не только умень­шает трение, создавая пленку между валом и вкладышами подшипника, но и служит для охлаждения подшипника. Нагретое масло, по­кидающее подшипник, после охлаждения вновь используется для смазки.

Детали ротора паровой турбины (лопатки, диски) даже при нормальной частоте враще­ния турбины подвергаются высоким напряже­ниям, которые вызываются центробежными силами. Повышение частоты вращения тур­бины сверх номинального значения приводит к такому увеличению центробежных сил, кото­рое может вызвать аварию турбины. Для того чтобы предохранить турбину от недопустимого повышения частоты вращения в случае неис­правной работы основной системы регулирова­ния, современные турбины снабжаются пре­дохранительными выключателями. Предохра­нительный выключатель располагается на ва­лу турбины. В случае, если частота вращения турбины превысит номинальную частоту на 10—12%, предохранительный выключатель вызывает быстрое закрытие стопорного клапа­на турбины и ее остановку.