Корпус паровых турбин АЭС

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

"Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"

Кафедра "АСиВИЭ"

Реферат

Корпус паровых турбин АЭС

Студент Лазаренко О.В.

Группа ЭН-491001

Преподаватель Целищев М.Ф.

Екатеринбург 2016

Содержани

Введение

Корпус паровой турбины

Турбоустановка К-800-130/3000

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Характерным отличием турбинных технологий для АЭС является абсолютное господство паровых конденсационных турбин насыщенного пара достаточно низких параметров. Эта особенность выделяет турбостроение для АЭС в отдельное технологическое направление, поскольку все современные мощные конденсационные и часть теплофикационных паровых турбин работают на сверхкритических параметрах пара. В то же время по мере развития технологий параметры пара для турбин АЭС несколько повысились. Так, если для среднемощных реакторов с водой под давлением поколения II типичные параметры пара на входе в турбину укладывались в диапазоны 255 - 280°C и 4,4 - 6,5 МПа, то для конструкций, разработанных в последние десятилетия, - 273 - 335°C и 5,7 - 7,1 МПа и выше.

Отличительной чертой современных атомных турбин является их большая мощность, которая в случае ряда ядерных энергоблоков новых конструкций (APWR, EPR, ESBWR, ABWR) превышает производительность любых тепловых блоков на органическом топливе. Следствием этого являются специфические проблемы разработки и строительства крупнейших паровых турбин, такие как необходимость внедрения сверхдлинных лопаток турбин в частях низкого давления, особые требования к прочностным характеристикам материалов, устойчивости к колебаниям и вибрациям и другие. К особенностям турбин современных АЭС относятся большие потоки пара, повышенные требования к влагоудалению внутри турбины, сепарации и промежуточному перегреву пара, стойкости материалов к эрозии в присутствии влажного пара, обеспечению приемлемого КПД.

В дополнение к этому спецификой работы турбин некоторых типов АЭС (с одноконтурными действующими реакторами BWR, РБМК, ABWR и концептуальными реакторами ESBWR, KERENA) является необходимость обеспечения биологической защиты ряда компонентов неядерной части, учета воздействия радиации и радиоактивных отложений на тепломеханическое оборудование, особого порядка утилизации такого оборудования по истечении срока его эксплуатации.

Корпус паровой турбины

Корпус турбины часто называют цилиндром. Название это пришло из практики эксплуатации поршневых паровых машин и мало подходит к конструктивным данным турбины.

Корпуса турбин почти всех конструкций выполняют разъемными в горизонтальной плоскости, кроме того, в части низкого давления обычно имеется разъем в вертикальной плоскости. Сторона низкого давления крепится к фундаментной плите так, что определенная точка корпуса оказывается неподвижной (мертвой) при тепловых деформациях корпуса; сторона высокого давления обычно подвешена к переднему подшипнику и при удлинении корпуса от нагревания имеет возможность смещаться в осевом направлении по направляющим. Мертвую точку иногда называют фикс-пунктом.

Крепление корпуса к фундаментной плите должно быть выполнено так, чтобы расширение при нагревании происходило свободно, но при этом не нарушалось совпадение геометрических осей турбины и генератора.

Один из методов такого крепления приведен на (рис.1). Корпус опирается на фундаментную плиту стойкой 1 переднего подшипника и боковыми лапами 2, отлитыми вместе с выхлопным патрубком. При удлинении корпуса стойка переднего подшипника может скользить в осевом направлении по плите, причем продольная шпонка 3удерживает его от смещения вбок. Со стороны низкого давления такую же функцию выполняет выступ 4, входящий в соответствующую выемку (паз) в поперечине плиты. Поперечные шпонки 5, заложенные между лапами и плитой, не допускают смещения лап вдоль оси турбины, но позволяют корпусу свободно расширяться в стороны. Таким образом, неподвижной (мертвой) точкой в корпусе турбины является точка пересечения оси проведенной через шпонки 5, с вертикальной плоскостью симметрии, проходящей через шпонки 3 и 4.

Для того чтобы лапа 2 (рис.2) корпуса могла скользить по плите 4 вдоль шпонок, под головкой болта 3, крепящего лапу, оставляют небольшой зазор; отверстие для болта в лапе делают больше диаметра болта на величину максимального перемещения лапы. Возможность свободного перемещения лапы можно в любой момент проверить по шайбе 1, которая должна свободно вращаться под головкой болта.

Скользящие опорные поверхности и шпонки во избежание заеданий должны быть перед сборкой тщательно очищены и натерты графитом или смазаны ртутной мазью.

Изображенный на (рис.1) корпус имеет разъем в горизонтальной плоскости и разъем 7 в вертикальной плоскости. Фланцы корпуса в плоскостях разъема стягиваются болтами или шпильками. Затягивание гаек у болтов и шпилек небольшого размера производится ключом, удлиненным трубой до 2 метров длины. У турбин высокого давления затяжка болтов должна быть очень сильной во избежание просачивания пара. Поэтому болты, стягивающие фланцы таких турбин выполняют из хромоникелемолибденовой стали, хорошо переносящей действие высоких температур, располагают их очень близко друг к другу (рис.4) и при затягивании применяют прогрев болтов.

В настоящее время для прогрева применяют три способа:

) Автогенной горелкой с длинным не режущим пламенем, которое вводится в отверстие, просверленное в болте (рис.3). Гайка болта должна быть предварительно затянута до отказа в холодном состоянии. После прогрева болт удлиняется и гайка может быть повернута еще на 1/10-1/6 оборота в зивисимости от длины болта.

) Электрическим нагревательным аппаратом (индукционным или с угольным электродом), вставленным в отверстие болта.

) Паром или горячим воздухом, струя которого направляется в сверление болта.

Между температурами корпуса турбины и болтов или шпилек, стягивающих его фланцы, всегда имеется разность, вызывающая дополнительные напряжения в материале болта или шпильки, особенно большие при пуске турбины. Температура шпилек, имеющих хороший контакт с корпусом по резьбе, всегда ближе к температуре корпуса, чем температуре болтов. С целью снижения разности температур корпуса и стяжных болтов заводы с успехом применяют засыпку алюминиевой пудры в зазоры между болтами. Этим путем удавалось снизить разность температур со 100 до 20 ⁰С.

Перед сборкой турбины фланцы горизонтального разъема корпуса тщательно очищают, подшабривают и покрывают мастикой, состоящей из графита на вареном льняном масле; иногда в состав мастики вводят сурик, белила и другие составляющие.

Корпус турбины имеет цилиндрическую или слегка коническую форму, ее выбирают в соответствии с формой ротора. Размеры корпуса определяются размерами проточной части турбины. Часто корпус в начале имеет большой диаметр, соответствующий диаметру регулирующей ступени, затем, ограничивая камеру регулирующей ступени, он резко уменьшается и далее плавно увеличивается в соответствии с ростом диаметра ступеней турбины по мере расширения пара. Иногда диаметр корпуса, следуя за диаметрами проточной части, изменяется несколькими резко выраженными ступенями.

Во внутреннюю часть корпуса реактивной турбины, в пазы, выполненные обычно прямо в корпусе, устанавливают кольцевые ряды направляющих лопаток, образующие сопла.

В активных турбинах в корпус закладываются диафрагмы, разделяющие его на отдельные камеры, и направляющие аппараты в тех камерах, где есть ступени скорости.

Не редко диафрагмы устанавливаются не в корпус, а в групповые кольцеобразные обоймы, которые затем вставляются в корпус.

Такая конструкция разгружает корпус от напряжений, возникающих при неравномерном расширении диафрагм от нагревания, и упрощает производство при выпуске машин разных мощностей, позволяя пользоваться корпусами одного размера.

Материалом для отливки корпусов паровых турбин служат чугун и сталь. Применение чугуна ограничено областью невысоких температур вследствие склонности чугуна "расти", то есть увеличиваться в объеме при высоких и переменных температурах. "Рост" чугуна неоднократно приводил к авариям вследствие нарушения установленных зазоров между деталями турбины.

С переходами на работу паром очень высокого давления и температуры турбостроение столкнулось с явлением "ползучести" (крипа) стали.

Под одновременным действием высокой температуры и постоянных растягивающих напряжений стальная отливка или паковка с течением времени получает все большую остаточную (пластическую) деформацию - ползет. Пластическая деформация при явлении ползучести возникает при напряжениях, значительно меньших придела текучести.

Для обычных углеродистых сталей ползучесть наблюдается начиная с температуры 380-400^о С и выше.

Так как скорость ползучести для данного материала определяется температурой и напряжениями, то задачей конструктора является назначение таких размеров детали, при которых напряжения в ней будут таковы, что деталь может проработать заданный срок службы не выходя за установленные пределы деформации.

Задаваясь сроком службы детали, например 100 000 ч. И максимальной допустимой деформацией, например 0,5% длины детали, конструктор находит по результатам испытания металла на ползучесть то напряжение, при котором скорость ползучести не превышает 5*10-8мм/мм*ч.

Сопротивляемость стали ползучести зависит от химического состава металла и от технологии его обработки. Из присадок, вводимых в сталь, наиболее эффективно повышает сопротивление ползучести молибден, содержание которого в количестве 0,4-0,6% дает возможность применять сталь для температур до 550^о С при приемлемых значениях рабочих напряжений.

Другое явление, с которым приходится встречаться в турбинах высокого давления, это релаксация деталей то есть самопроизвольное падение первоначально созданных напряжений в деталях (например, при затяжке болтов), которое заметно проявляется при длительном воздействии высоких температур. Процесс релаксации протекает при неизменной общей деформации напряженной детали. В результате деформации снижается натяг болтов, стягивающих фланцы корпусов турбин или фланцевые соединения паропроводов, и болты приходится периодически подтягивать.

В турбине, рассчитанной на высокие параметры пара, в наиболее тяжелых условиях находится корпус высокого давления.

Наибольшая трудность заключается в достижении длительной плотности стыка между половинами корпуса и в устройстве рациональной связи корпуса со стойками подшипников.

С возрастанием параметров свежего пара быстро увеличивается толщина фланцев, необходимая для обеспечения плотности в разъеме корпуса высокого давления.

Для того чтобы обеспечить правильное взаимное положение подшипников и корпуса при удлинении последнего, точки опоры корпуса расположены на высоте его продольного разъема и насколько возможно близко к середине подшипников. Корпус с обоих концов опирается лапами на стойки подшипников и может скользить в вертикальных и горизонтальных направляющих стоек, что обеспечивает свободное расширение его в радиальных направлениях от центра вала без нарушения правильности совпадения осей турбины и генератора.

При проектировании турбин, рассчитанных на сверхвысокие параметры пара, толщина фланцев корпуса в. д. и диаметры стяжных болтов и шпилек могут получиться неприемлемо большими. В таких случаях хорошим конструктивным решением является применение корпусов с двойными стенками. В этом случае между внутренним корпусом, заключающем в себе проточную часть в. д., и наружным корпусом, обеспечивающим отсутствие утечек пара наружу, находится пар, отработавший в проточной части в. д. и имеющий значительно пониженный по сравнению со свежим паром давление.

Турбоустановка К-800-130/3000

Паровая конденсационная турбина типа К-800-130/3000 спроектирована для работы в моноблоке с реакторной установкой на быстрых нейтронах БН-800 тепловой мощностью 2100 МВт на перегретом паре с тепловым циклом с промежуточными сепарацией и одноступенчатым перегревом пара. Турбина адаптирована применительно к условиям площадки блока №4 Белоярской АЭС.

В состав блока №4 Белоярской АЭС включена теплофикационная установка, обеспечивающая отпуск тепла до 250 Гкал/ч при температурном графике теплосети 150/70^оС. Номинальная электрическая мощность на клеммах генератора на конденсационном режиме - 885 МВт.

Основные технические характеристики турбоустановки К-800-130/3000 приведены в табл.1.

Конструктивная схема турбины: ЦВД+3ЦНД.

ЦНД применен унифицированный с ЦНД турбины типа К-1000-60/3000 для АЭС нового поколения.

ЦВД - новой разработки, петлевой конструкции, аналогичной применяемой в турбинах ТЭС - 500, 800 и 1200 МВт. Продольный разрез ЦВД приведен на рис.4

Термодинамический цикл включает промежуточные сепарацию и одноступенчатый перегрев пара.

Структура системы регенерации 5ПНД+Д+ПВД.

Отличительные особенности тепловой схемы, по сравнению с типовой схемой, принятой для турбоустановок К-1000-60/3000 для АЭС с ВВЭР-1000:

применение в качестве греющего пара СПП отборного пара из ЦВД (давление ~ 62 кгс/см²абс.), вместо свежего;

применение двух ПНД смешивающего типа №№2 и 3, а не одного №2. Такое решение применено ЛМЗ в схемах турбоустановок для АЭС впервые и не имеет аналогов в мировой практике.

После ввода блока №4 БАЭС в эксплуатацию единичная мощность как реактора, так и турбоустановки, будет максимальной среди действующих установок на АЭС с реактором на быстрых нейтронах в мире.

К строительству блоков с реактором БН-800 и турбиной типа К-800-130/3000 проявляет интерес Китай. В ближайшее время предполагается подготовка и подписание соответствующего межправительственного соглашения между Китаем и Россией по вопросу сооружения предположительно двух блоков. В случае положительного решения, ЛМЗ будет разработана модификация турбины К-800-130/3000 с учетом отличий условий работы турбоустановки на БАЭС и на площадке в Китае.

паровая турбина турбоустановка корпус

Заключение

Продвижение российской тихоходной технологии на мировой рынок пройдет в несколько длительных этапов. Для начала необходимо внедрить разработанную концепцию тихоходной турбины в каких - либо проектах строительства АЭС с ВВЭР-1200. Это в принципе откроет возможность поставки таких турбин для других проектов. Однако на первых порах эта возможность будет ограничена именно проектами с российскими реакторами: зарубежные поставщики новых реакторных установок 1000 - 1200 МВт имеют собственные турбинные технологии нужного уровня мощности или привлекают производителей из своих стран (Areva, CNNC, CGNPG). В любом случае возможное продвижение российских тихоходных турбин мощностью порядка 1200 МВт за рубежом - дело не одного года. Внедрение же более мощных агрегатов с частотой вращения ротора 1500 оборотов - перспектива еще более неопределенная и отдаленная во времени: готовой конструкции таких турбин в России нет, и что еще важнее - пока нет и перспективного реактора такого уровня мощности.

Список литературы

1 Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства. - М.: Энергия, 1964. - 375 с.

Современные быстроходные и тихоходные паровые турбины [Электронный ресурс]. - Режим доступа: <#"867363.files/image001.gif"> 

Рис.2                                               Рис.3

Рис. 4

Таблица 1.