Турбины с пониженной частотой вращения

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Турбины насыщенного пара работают при низких начальных параметрах. В силу этих обстоятельств ее располагаемый теплоперепад невелик по отношению к турбинам перегретого пара. Поэтому для выработки установленной мощности требуется значительно большее количество рабочего органа – пара. В связи с необходимостью сработать весь теплоперепад при значительных удельных расходах пара возникает проблема пропускной способности выхлопов турбины. При неизменных геометрических размерах выхлопной части, увеличение мощности расходом пара на турбину будет приводить к росту скоростей пара на выходе из последней ступени. При этом растут потери с выходной скоростью. Для того, что бы ни увеличивать выходные потери, необходимо либо увеличивать число выхлопов, либо площадь каждого из них. Снизить выхлопные потери можно так же, увеличивая давление в конденсаторе и тем самым, уменьшая объем, пара и его скорость, но при этом снизится термический КПД.

Наиболее эффективным средством снижения выхлопных потерь является увеличение высоты последних лопаток при сохранении количества цилиндров низкого давления. Но чем больше высота лопаток, тем больше напряжения в них от парового изгиба и, особенно от центробежных сил. Обеспечение механической прочности лопаток требует применения новых конструкционных материалов. Однако увеличение высоты лопаток при сохранении скорости вращения ротора требует понижения влажности пара, что может повлечь необходимость установки дополнительных сепараторов.

Одним из путей решения проблемы увеличения пропускной способности выхлопов является создание турбин со скоростью вращения ротора 1500 об/мин. Тогда появляется возможность применять лопатки большей длины и повышаются значения допустимой влажности.

При переходе со скорости 3000 об/мин на 1500 об/мин несколько улучшается КПД цилиндров низкого давления. Вместе с тем тихоходные турбоустановки имеют и недостатки. Из-за уменьшения окружных скоростей необходимо снижать и скорость входа на рабочие лопатки, чтобы выдержать оптимальное значение соотношения скоростей u/с = 0, 5. Это приводит к снижению теплоперепада на ступень и к увеличению количества последних, особенно в области малых высот лопаток. Стремление увеличить окружные скорости увеличением диаметров дисков роторов приводит к росту геометрических размеров цилиндров и к большей металлоемкости. Кроме того, при скорости 1500 об/мин удорожается генератор.

5.4 Контрольные вопросы

1. В чем особенность работы турбины на влажном паре?

2. Что такое внутриканальная сепарация?

3. С какой целью производится удаление влаги из проточной части турбины?

4. В каких случаях применяется внутриканальная сепарация?

5. Что такое СПП?

6. С какой целью между ЦВД и ЦНД турбины устанавливают СПП?

7. Как влияет сепарация и промперегрев на экономичность турбоустановки?

8. Покажите процесс расширения пара в турбине насыщенного пара.

9. Какой уровень влажности должен поддерживаться при расширении пара в проточной части турбины?

10.С какой целью изготавливают турбины с пониженной частотой вращения?

11.Какие преимущества и недостатки имеют турбины с пониженной частотой вращения?

Условия работы рабочих лопаток

Конструкции рабочих лопаток

Конструктивное выполнение рабочих лопаток зависит от условий их работы в многоступенчатой турбине и отличается большим разнообразием.

В основе разработки конструкции лопаток лежит требование обеспечения высокой надежности, экономичности и технологичности изготовления.

Основными элементами рабочей лопатки являются профильная или рабочая часть, обтекаемая паром, и хвостовик, с помощью которого лопатка крепится на диске. Бандажом или проволочными связями лопатки объединяются в пакеты.

Конструкция рабочей части лопатки зависит от ее длины или, точнее, от соотношения среднего диаметра ступени к ее длине D_ср/L. При D_ср/L > 10 ¸ 15 лопатки обычно выполняются с постоянным по высоте профилем. Обычно это лопатки первых ступеней ЦВД. При D_ср/L < 10 профильная часть лопатки выполняется закрученной, переменного поперечного сечения, плавно утоняющегося от корня к периферии. Для последних ступеней ЦНД отношение площадей корневого сечения к периферийному достигает 7 - 10, закрутка профиля 65 - 70°. Разработка и изготовление таких лопаток представляют большие трудности. Поэтому на базе созданной лопатки предельной длины строится серия турбин различной мощности и назначения.

Одним из ответственных элементов лопатки является ее хвостовик. Именно он воспринимает все нагрузки, действующие на лопатку, и передает их на диск ротора. Хвостовые соединения должны быть легкими, так как их центробежная сила в дальнейшем передается на диск, но в то же время и надежными.

Рис.4.1а

Основным фактором, определяющим выбор типа хвостового соединения, является нагрузка, воспринимаемая хвостовиком. Но следует заметить, что конструктивные формы хвостовиков в значительной степени зависят от технологического оборудования, которым располагает турбинный завод. Простым и достаточно надежным для лопаток небольшой длины является " Т" - образный хвостовик, широко применяемый ЛМЗ и ТМЗ.

На турбинах ХТГЗ широко применяются лопатки с так называемыми грибовидными хвостовиками с верховой посадкой. В отличие от " Т" - образных хвостовиков вырез под крепление в грибовидных хвостовиках делается не в диске, а на лопатке.

Слабым местом любого типа хвостовика являются сечения в местах фрезеровки под опорные поверхности. Развиваемая лопаткой центробежная сила воспринимается опорными площадками. Равнодействующая этих сил стремиться разогнуть щеки лопатки и вызывает повышенные напряжения в наиболее узких местах. Для уменьшения разгибающих напряжений хвостовики часто выполняют с замками (заплечиками), в которых под действием центробежной силы приложенной к щеке, возникает сила реакции, препятствующая разгибу щеки диска.

Для заводки лопаток на грибке диска делаются один или два местных выреза, через которые последовательно заводятся все лопатки, кроме последних. Последние (замковые) лопатки в простейшем случае делаются с вырезом, соответствующим профилю срезанного гребня диска и крепят одной или двумя заклепками.

Рассмотренные типы хвостовиков пригодны лишь для лопаток относительно малой длины. Для длинных лопаток их несущая способность оказывается недостаточной. В этом случае применяются мощные хвостовики, способные выдержать огромные центробежные силы, развиваемые лопаткой.

Рис.4.1б

Грибовидные хвостовики выполняют с несколькими опорными поверхностями и общую центробежную силу, развиваемую лопаткой, стремятся распределить равномерно между ними. Это достигается тонкой подгонкой опорных поверхностей. Если распределения сил не происходит, вся нагрузка будет восприниматься только частью поверхности. Это может вызвать появление усталостных трещин и привести к разрушению хвостовика лопатки.

Однако для последних ступеней, лопатки которых достигают длины 1 м и более, выполнение хвостовиков такой конструкции оказывается нецелесообразным, так как дальнейшее увеличение числа опорных поверхностей приводит к большим трудностям подгонки последних. Поэтому для последних ступеней турбин ХТГЗ используют елочный хвостовик с торцевой заводкой. Полку хвостовика, на которой размещается корневое сечение лопатки, выполняют по дугам окружности для того, чтобы профиль лопатки не выходил за пределы полки.

Хвостовики елочного типа имеют наибольшую несущую способность и применяются для наиболее нагруженных ступеней турбин как ХТГЗ, так и ЛМЗ.

ЛМЗ для длинных лопаток своих турбин выполняет вильчатые хвостовики с большим количеством вилок. При этом число поверхностей среза штифтов увеличивается и растет несущая способность хвостовика. Хвостовик лопатки выполняется в виде вилки точно по профилю гребня диска и удерживается на нем с помощью заклепок, установленных под развертку.

Важным преимуществом этого типа хвостовика является, во-первых, отсутствие специальных замковых лопаток, во-вторых, возможность замены лопаток без перелопачивания всего диска и, в-третьих, конструкция не требует точной подгонки поверхностей. Достоинством вильчатого хвостовика является также и то, что центробежные силы, действующие на лопатку, не создают в ободе диска изгибающих напряжений.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒