Паровые турбины с противодавлением
Паровые турбины с противодавлением STG I
Оснащены только одним уровнем турбины установленным на выступающем конце вала и оснащены только одним сальником. Ступень турбины проводится в двух основных модификациях – радиальный ступень и аксиальные ступень. Альтернативно используется парциальный подвод пара на рабочее колесо.
Отличаются высоким КПД по сравнению с конкурентными турбинами такого же исполнения благодаря широкому ассортименту специально проектируемых турбинный ступеней.
Паровые турбины с противодавлением STG II
Имеют исполнение с двумя валами с высоконапорным и низконапорным модулем STG I, которые соединены в серию и подходят также для двохнапорных паровых котлов, так как они позволяют подачу пара до турбины на двух уровнях давления.
Оснащены одним уровнем турбины на каждом валу. Ступени имеются в двух основных модификациях – радиальная и аксиальная. Турбины отличаются высоким КПД по сравнению с конкурентными турбинами такого же исполнения и представляют конкуренцию для многоступенчатых аксиальных турбин по параметрам и ценам благодаря широкому ассортименту специально запроектированных ступеней турбины.
| Технические параметры | Паровые турбины с противодавлением STG I |
| Пара на выходе: | давление до 6,5 МПа, температура макс. 485 °C, расход прибл. до 60 т/час |
| Пара на выходе: | давление до 2,5 МПа |
| Регулирование: | сопловое, или же дроссельное регулирование или поворотными направляющими лопатками |
| Мощность сцепления: | до 6 МВт |
| Применение: | поставляемый на общей раме с коробкой передач, в случае небольшой мощности с приводимой машиной |
| Технические параметры | Паровые турбины с противодавлением STG II |
| Пара на выходе: | давление до 6,5 МПа, температура до 485 °C, расход прибл. до 60 т/час |
| Пара на выходе: | давление до2,5 МПа |
| Отбор пара: | Один регулируемый или нерегулируемый из переводного трубопровода между высоконапорным и низконапорным модулем |
| Регулирование: | сопловое, или же дроссельное регулирование или поворотными направляющими лопатками |
| Мощность сцепления: | до 1 -10 МВт |
| Применение: | привод эл. генератора, компрессора, насоса, вентилятора |
| поставляемый на общей раме с коробкой передач, или же с приводимой машиной | |
| в специальном исполнении используются для прямого привод высоконапорных турбокомпрессоров (без коробки передач). |
Паровые турбины с противодавлением и отбором пара
Представленные в каталоге турбины есть в наличии. Наши специалисты спроектируют и изготовят турбину по вашим параметрам. Оформить заявку на противодавленческие турбины с отбором пара можно в офисах в Москве и Екатеринбурге или по телефону 8 (800) 201-28 90. Работает круглосуточная сервисная служба.
Контакты представительств в Индии, ОАЭ, США, Германии и Афганистане можно найти здесь или связаться по почте info@parsons-company.com.
Паровые турбины высокого давления ЛМЗ — Регулирование турбин с противодавлением
Принципиальные схемы регулирования турбин типа ВР-25-31-3 и ВР-25-18-4 одинаковы. На фиг. 83 показана общая принципиальная схема регулирования обеих турбин. Масло поступает от насоса турбины при давлении 12 кГ/см 2 в проточную систему, состоящую из двух последовательно поставленных дросселей 1 и 2. Первый из них управляется регулятором давления 1, мембрана которого находится под действием давления за турбиной (противодавления). Второй дроссель управляется регулятором скорости 2.
Между первым и вторым дросселями присоединена линия импульсного масла, с помощью которой давление на участке между дросселями сообщается с камерой под золотником 4 сервомотора клапанов регулирования. Принцип действия и конструкция золотника и сервомотора регулирующих клапанов предвключенных турбин те же, что для остальных турбин высокого давления конструкции ЛМЗ (см. § 60).
При работе блока турбин, состоящего из предвключенной турбины ВР-25 и турбин низкого давления, система регулирования турбин ВР-25 обеспечивает действие входящих в нее элементов регулирования и парораспределения в соответствии с приведенным ниже описанием.
Фиг. 83. Принципиальная схема регулирования турбин типов ВР-25-31-3 и ВР-2518-4
В случае изменения нагрузки турбин низкого давления, питаемых паром от предвключенной турбины (фиг. 84), давление пара за предвключенной турбиной изменяется. При увеличении нагрузки турбин низкого давления это давление падает. Регулятор давления турбины ВР-25 в этом случае поднимет управляемый им дроссель, в связи с чем поступление напорного масла в проточную систему увеличится, так как регулятор скорости при работе турбин в параллель на большую электрическую сеть с мало меняющейся частотой не изменит положения второго дросселя. В результате давление импульсного масла возрастет, золотник сервомотора поднимется, что вызовет движение сервомотора в направлении открытия регулирующих клапанов до тех пор, пока возросшее усилие пружины обратной связи не вернет золотник сервомотора в среднее положение. Однако это наступит лишь после того, как благодаря дополнительному открытию регулирующих клапанов свежего пара давление за предвключенной турбиной возрастет до величины, соответствующей установке регулятора давления (в пределах свойственной ему степени неравномерности). В результате такого действия системы регулирования возрастет и нагрузка предвключенной турбины в соответствии с увеличившимся пропуском пара через нее.
При уменьшении нагрузки турбин низкого давления (в случае работы блока параллельно на электрическую сеть большой мощности) действие системы будет обратным вышеописанному. Таким образом, при включенном регуляторе противодавления, при питании паром турбин низкого давления только от предвключенной турбины нагрузка последней определяется нагрузкой турбин низкого давления, а число оборотов всей группы турбин определяется частотой сети, на которую параллельно включены электрические генераторы турбоагрегатов. Регулятор скорости при неизменной частоте сети нагрузкой турбины не управляет.
При выключенном регуляторе давления и работе турбины ВР-25 и турбин низкого давления параллельно на общую электрическую сеть, при понижении частоты сети, нагрузка увеличится и распределится между турбоагрегатами соответственно степеням неравномерности регулирования каждой из турбин. В этом случае давление за турбиной ВР-25 меняется в зависимости от пропуска пара через турбины низкого давления.
При повышении частоты сети нагрузка группы турбин уменьшится и давление за турбиной ВР-25 также может изменяться в широких пределах.
Однако такая работа блока является ненормальной. Турбины типа ВР-25, как и любые другие предвключенные турбины, рассчитаны на параллельную работу с турбинами низкого давления на общую электрическую сеть.
Работа турбины ВР-25 с выключенным регулятором противодавления не рекомендуется.
Регулятор скорости турбин ВР-25 позволяет управлять турбиной при синхронизации ее с сетью и вступает в действие при сбросе нагрузки, ограничивая вызванное сбросом нагрузки повышение числа оборотов.
Общая схема регулирования турбин типов ВР-25-18-4 и В Р-25-31-3 показана на фиг. 86 (вкладка). Ее главной отличительной особенностью является конструкция блока золотников регуляторов скорости и давления, описание которого дано ниже в § 66.
В остальном схема, аппараты и механизмы системы регулирования турбин типа ВР одинаковы со схемами, аппаратами и механизмами конденсационных турбин и турбин с отборами и потому в отдельном описании не нуждаются.
§ 66. Блок золотников регуляторов турбин типа ВР-25-31-3 и ВР-25-18-4
Блок золотников регуляторов турбин типа ВР-25, изображенный на фиг. 85, представляет собой устройство, в котором перемещение муфты регулятора скорости и мембраны регулятора давления вызывают изменение давления импульсного масла, управляющего открытием сервомотора клапанов парораспределения. В блоке золотников фиг. 85 функции дросселей регулятора скорости и регулятора давления, показанных на принципиальной схеме фиг. 83, выполняют соответственно золотник Ø 45 и золотник регулятора давления 17. Блок золотников турбин ВР-25 имеет рычажные связи золотников Ø 45 и Ø 60 с муфтой регулятора скорости и этих же золотников между собой, аналогичные соответствующим рычажным связям в блоках золотников регуляторов скорости конденсационных турбин и турбин с отбором пара. Отличительной особенностью блока турбин ВР-25 является расположение в нем следящего золотника регулятора давления 17 (см. ниже). Регулятор давления смонтирован на корпусе золотников, представляя с ним один общий сборочный узел. То же относится и к ограничителю мощности. Конструкция блока золотников обеспечивает, как и в других турбинах высокого давления, закрытие клапана автоматического затвора при срабатывании защиты (регуляторов безопасности) или при перемещении муфты регулятора скорости на 16,5+0,4 мм, т. е. при повышении числа оборотов сверх максимально допустимых. Тем самым система блока золотников выполняет функции «дополнительной защиты».
Для испытания регуляторов безопасности повышением числа оборотов, в конструкции блока золотников предусмотрен управляемый вручную золотник 35, снабженный маховичком (см. описания блоков золотников конденсационных турбин и турбин с отбором пара). С помощью этого золотника можно на холостом ходу турбины при испытаниях защиты повысить обороты до срабатывания бойков регуляторов безопасности.
Блок золотников установлен на передней стенке корпуса переднего подшипника турбины. Напорное масло от насоса поступает в камеры II и III. Через окна К в буксе 18 золотника регулятора давления 17 масло поступает в камеру IV импульсного давления, сообщающиеся с помощью трубопровода внутри корпуса подшипника с камерой под золотником сервомотора. Если регулятор давления выключен, то его золотник 17 занимает крайнее верхнее положение, определяемое расположенным внизу золотника упором А. В этом случае давление масла в камере IV определяется положением золотника Ø 45 (2), который перемещается муфтой регулятора скорости. Золотник 2 своим заплечиком при изменении положения муфты регулятора скорости изменяет открытие окон 1 в буксе 3 золотника 2, изменяя тем самым слив масла в камеру V из камеры IV. Камера V имеет свободный сток в корпус переднего подшипника.
Принцип действия золотников Ø 45 и Ø 60 при перемещениях муфты регулятора скорости, т. е. при повороте рычага 7, в данном случае такой же, как и блоков золотников конденсационных турбин и турбин с отбором пара (см. § 47 и 60); поэтому дополнительных пояснений применительно к блоку золотников турбин ВР-25 не требуется.
Как следует из сказанного выше, при выключенном регуляторе давления регулятор скорости управляет давлением импульсного масла в камере IV и тем самым определяет открытие сервомотора и регулирующих клапанов свежего пара.
Однако при нормальном режиме работы турбины ВР-25 регулятор давления должен быть включен и давление масла в камере IV изменяется в зависимости от покрытия окон К, т. е. определяется положением золотника 17 регулятора давления.
Золотник 17 регулятора давления связан с мембраной 26 при помощи «следящего» устройства, принцип действия которого следующий.
Через отверстие Ø 3А мм в верхней части буксы 18 масло из камеры II, пройдя предварительно через узкую щель с кольцевыми проточками между буксой и корпусом, играющими роль щелевого фильтра, поступает в камеру Л под поршнем золотника 17. Поршень образован утолщением до Ø 80 мм в верхней части золотника 17, имеющего в нижней части Ø 60 мм.
В камеру Н над поршнем золотника 17 масло поступает через сверление в поршне и отверстие Ø 2А мм в пробке 19. Слив масла из камеры II происходит через отверстие Ø 3,5а мм в наконечнике 23, закрывающем головку золотника 17. Однако количество масла, сливающегося через отверстие 0 3,5 мм, определяется величиной зазора между головкой золотника 17 в нитрированной шайбой 24, закрепленной на штоке 25, который припаян к верхнему концу сильфона 26. Камера О сильфона 26 залита водой и находится под давлением пара за турбиной. При изменении давления в камере сильфона (т. с. противодавления турбины) подвижной конец сильфона перемещается вместе со штоком 25, который жестко соединен с верхним стаканом 32 пружины 33.
Для равновесного положения золотника 17 регулятора давления необходимо постоянное соотношение между давлениями масла над поршнем 0 80 золотника 17 и под поршнем. Очевидно, что необходимое соотношение давлений может иметь место только в том случае, если расход масла через проточную систему, состоящую из отверстий Ø 3, Ø 2 и Ø 3,5 (в буксе 18 и золотнике 17) будет постоянным, т. е. если зазор между шайбой 24 и головкой золотника 17 будет неизменным. Действительно, если давление в камере сильфона О увеличится (вследствие уменьшения нагрузки турбин низкого давления, см. фиг. 84) шток 25 опустится, зазор между головкой золотника 17 и шайбой 24 уменьшится, слив из проточной системы отверстий 0 3,2 и 3,5 сократится, а давление в камере 11 возрастет. В результате этого золотник 17 опустится, прикрывая при этом окна К, т. е. уменьшая поступление масла в камеру IV; вследствие этого давление масла в ней понизится и сервомотор прикроет клапаны регулирования. Золотник 17 будет двигаться вниз до тех пор, пока зазор между головкой золотника и шайбой 24 не установится равным первоначальной величине, при которой существует необходимое постоянное соотношение давлений масла по обе стороны поршня золотника 17.
Таким образом, золотник 17 «следит» за положением шайбы 24, которое в свою очередь определяется давлением в камере сильфона, соединенной с выхлопным патрубком турбины.
Засорение отверстий 3,5; 3,0 и 2 мм, образующих проточную систему, нарушает ее действие. Поэтому, как упоминалось выше, перед поступлением масла в первое отверстие проточной системы (0 3) оно проходит щелевой фильтр, образованный проточками буксы 18. При ревизиях системы регулирования необходимо очищать щелевой фильтр и каналы, образующие проточную систему
При включенном регуляторе давления на холостом ходу турбины открытие окон К в буксе 18 равно около 0,3 мм. Полный ход золотника в пределах неравномерности регулирования давления составляет около 0,6 мм. Таким образом, упор А золотника 17 должен быть так установлен, чтобы это перемещение было возможным, но без запаса.
В крышку 28 регулятора давления вмонтированы паровой и атмосферный игольчатые вентили, снабженные маховичками 30. Сверху к крышке регулятора давления присоединена паровая труба 31, второй конец которой соединен с выхлопом турбины (где должен быть расположен запорный вентиль).
Присоединение трубки к регулятору давления должно быть выполнено в виде петли, верхняя точка которой на 100—125 мм выше оси игольчатого клапана. От верхней точки трубы до места присоединения ее к камере противодавления эта трубка должна иметь постоянный уклон в сторону выхлопного трубопровода с тем, чтобы было полностью исключено скопление конденсата пара в этой трубе. Однако камера сильфона О и труба 31 до верхней точки должны быть заполнены конденсатом, так как повышение температуры в камере сильфона совершенно недопустимо, поскольку он припаян в своей нижней, неподвижной части припоем ПОС 30 ГОСТ 1499-42 к крышке, закрывающей камеру О, а к верхней, подвижной части сильфона припаян тем же припоем шток 25, жестко соединенный со стаканом 32 пружины 33. Своим днищем стакан 32 опирается на центрирующую пружину 34.
В крышке регулятора давления закреплен упор 29, ограничивающий перемещение сильфона вверх и вниз. Полный ход верхнего конца сильфона составляет 2 + 0,2 мм.
Своим нижним концом пружина 33 опирается на специальную тарелку 22, имеющую по внутренней цилиндрической поверхности резьбу, с помощью которой она завернута на нарезную втулку червячного колеса 20. Вращение тарелки 22 предотвращается специальной шпонкой, выполненной в виде зуба, входящего в вертикальную прорезь шкалы. На этой же шпонке закреплена стрелка, показывающая положение тарелки 22, которая перемещается по втулке колеса 20, изменяя этим натяжение пружины 33, при вращении с помощью маховика 21 червяка, связанного с червячным колесом 20. При вращении маховика 21 против часовой стрелки натяжение пружины увеличивается, что в случае работы турбины будет иметь своим следствием повышение противодавления. При вращении маховика по часовой стрелке действие системы будет обратным.
Паровые турбины
Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.
Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.
В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.
Конденсационные паровые турбины
Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.
Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.
Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.
В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).
Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.
Теплофикационные паровые турбины
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.
У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.
Паровые турбины специального назначения
Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).
- Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
- Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
- Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
- Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.
Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.
Паровые турбины — преимущества
- работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
- высокая единичная мощность
- свободный выбор теплоносителя
- широкий диапазон мощностей
- внушительный ресурс паровых турбин
Паровые турбины — недостатки
- высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
- дороговизна паровых турбин
- низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
- дорогостоящий ремонт паровых турбин
- снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива