Что такое турбина с противодавлением
Перейти к содержимому

Что такое турбина с противодавлением

  • автор:

Ерёмин Б.М. «Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании»

В работе подробно описывается принцип работы турбины с противодавлением, предлагаются формулы по определению необходимых параметров и указываются требования промышленной безопасности при ее использовании.

Турбина с противодавлением

В профессиональном мире под турбинами понимают ротативный тепловой двигатель, который способен беспрерывно преобразовывать тепловую энергию рабочего вещества в механическую. Такая турбина состоит из двух составляющих:

  • Ротор — вращающаяся часть.
  • Статор — неподвижная часть.

Чтобы работа турбины была возможна необходимо, чтобы соблюдалось одно главное условие — наличие разности в давлениях между рабочими лопатками и сопловым аппаратом.

В современных энергетических системах турбины с противодавлением работают не отдельно от конденсационных, а параллельно с ними. В этом случае турбина противодавления вырабатывает то количество энергии, которое определяется расходом пара. Нет необходимости устанавливать на одном объекте конденсационные турбины, достаточно, чтобы оба вида агрегатов были включены в единую сеть. К сожалению, мощность турбины с противодавлением определена нагрузкой потребителя, что существенно ограничивает область их использования.

Устанавливать такое оборудование стоит там, где оно сможет работать с постоянной нагрузкой, к примеру, в северных районах, когда тепловое потребление практически не прекращается. Если рассматривать с конструкционной стороны разницу между конденсационной турбиной и с противодавлением, то в последней нет ступеней, работающих в области низкого давления.

Графически изобразить схему установки турбины с противодавлением можно следующим образом:

1 — турбина с противодавлением;

2 — конденсационная турбина;

3 — редукционно-охладительная установка.

В нашем случае пар выходит из парогенератора с Р0 давлением, затем идет в турбину, здесь наблюдается его расширение до давления Рп. далее пар отправляется в сетевые подогреватели, а отсюда к потребителю тепла. Если говорить о промышленных целей, то пар используется с давлением от 0,4 до 0,7 МПа, а в некоторых случаях и до 1,8 МПа.

Мощность используемой турбины можно рассчитать по формуле:

где G — расход свежего пара;

H0 — располагаемый теплоперепад;

Ƞоэ — относительный электрический КПД, равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.

Именно потому, что Ƞоэ при неизменных процессах зависит от пропуска пара сквозь турбину, мощность будет определяться исключительно из расхода пара, проходящего через нее.

Использование этого типа оборудования совместно с конденсационным связано с тем, что работая изолированно турбины с противодавлением не могут обеспечить одновременно потребителя электроэнергией и теплом. при совместной работе ответственность за электроэнергию в большей степени берет на себя компенсационное оборудование.

Как правило, давление пара в данном случае приходится поддерживать все время постоянным. Уравнение расходов, которое будет связывать противодавление и тепловую нагрузку, в данном случае будет иметь вид:

где V — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;

G1 — секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

G2 — секундный расход пара, отводимый к потребителю;

P и T — давление и температура отработавшего в турбине пара.

Наше уравнение демонстрирует что давление отработавшего пара будет неизменным лишь тогда, когда количество пара прошедшего через турбин G1,у, равно количеству пара поступающему к потребителю G2. Если G1>G2, то dP/dt>0, то есть давление растет и наоборот, если G12, то dP/dt

Собственно становится понятно, что всякое нарушение равенства приводит лишь к одному результату — изменению давления. Можно сделать так, чтобы турбина противодавления во время работы автоматически поддерживала расход пара. Для этого необходимо оснастить ее не только регулятором скорости, но и давления.

Система регулирования будет полностью зависеть от регулятора и лишь тогда, когда произойдет отключение агрегата и генератор полностью разгрузиться вступит в работу регулятор скорости.

Промышленная безопасность требует подбирать конструкцию турбин в соответствии с объемом пропуска пара, с которым должно справляться оборудование. Принимают во внимание и график нагрузки.

Если учитывать конструкционные особенности этого типа оборудования, то можно откинуть все сложности с проектированием лопаток для больших объемом пропуска пара. Даже агрегаты, которые используют для массового расхода высота лопаток умеренная. Стоит помнить, что чем больше будет отношение давлений Р20>0, где Р0 —давление свежего пара, Р2 — давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара в регулирующем клапане при недогрузке оборудования.

Поскольку в ТПД отношение Р20 велико, дроссельное парораспределение применять не рекомендуется. Чем выше Р20, тем большее число клапанов необходимо устанавливать.

Важно отметить, что использование соплового распределения еще не оправдывает характер экономичности при полной нагрузке турбины. Коэффициент полезного действия ТПД при недозагрузке лучше сохраняется при большем теплоперепаде для регулирующей степени. Если имеется идеальное парораспределение, то и перепад ступни будет постоянным независимо от нагрузки, а следовательно отношение скоростей тоже не меняется U/Сф, U — окружная скорость рабочей решетки U= Wd/2.

Где W — угловая скорость рабочих лопаток;

d — диаметр ступени;

Сф — фиктивная скорость.

Использование установок с одной степенью стало востребовано с агрегатами, у которых небольшие теплоперепады, работающих в условиях большой переменной нагрузки. Если необходима в условиях создания котельных турбина с большой мощностью, устанавливать такое оборудование нельзя, одной ступни может быть недостаточно. Если мы будем говорить конкретно о производственных мощностях, то там чаще всего используется одна регулируемая ступни и последующие нерегулируемые. Получается, что многоступенчатая конструкция одна из наиболее безопасных и востребованных в промышленных масштабах.

В рамках таблицы можно рассмотреть параметры комбинированной установки для мини-ТЭЦ, которая состоит из нескольких котлов ДКВр и ДЕ, бутанового контура и противодавленческой турбины.

Противодавленческие турбины

014

Противодавленческие турбины с повторным подводом рабочего тела

Паровая турбина выполнена на основе ступени давления с повторным подводом рабочего тела (рисунок 1).

Рисунок 1

Такое конструктивное исполнение позволяет реализовать на одном рабочем колесе принцип многоступенчатой турбины (от 3 до 7 ступеней). После любой из ступеней паровой турбины могут быть организованы промежуточные отборы пара одного или нескольких давлений для нужд промышленных потребителей.

Сплошной контроль в ходе изготовления установок обеспечивает их высокое качество изготовления и высокие технические характеристики.

В силу применения в турбине подшипников качения вместо подшипников скольжения система смазки значительно упростилась. Вместо громоздкой традиционной системы смазки с баками, насосами и пр. оборудованием в предлагаемой установке применена консистентная смазка подшипников качения. Это позволило снизить пожарную опасность системы смазки до нуля. Периодическое обслуживание заключается в пополнении объема смазки в обоймах подшипников. Для смазки подшипников паровой турбины и генератора применяется высококачественная консистентная смазка, сохраняющая свои гарантированные свойства до температуры 150°С, что значительно превышает максимально-допустимую рабочую температуру металла подшипников (70 — 80°С).

Система удаления паровоздушной смеси от концевых уплотнений обеспечивает удаление и утилизацию протечек пара через концевые уплотнения вращающихся деталей. Удаление пара от концевых уплотнений производится паровым эжектором отсоса уплотнений.

Трубопроводы пара, конденсата оборудованы фланцами для разъемного присоединения трубопроводов первичного пара и отработанного пара. Для отвода удаляемого пара от концевых уплотнений также предусмотрены фланцевые соединения.

Система дренажей с арматурой включает дренажную трубку с установленным запорным вентилем и фланцем для присоединения внешнего трубопровода. Эта конструкция обеспечивает отвод дренажа при прогреве паровой турбины и рабочего пара при ее охлаждении из нижней части корпуса турбины.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и обеспечения безопасности эксплуатации предусмотрен теплоизолирующий кожух турбины. Конструктивно он разъемный, состоящий из отдельных элементов.

Технические характеристики

Наименование показателя

Типы установок — Р

Турбины с противодавлением и паровой парогенератор

Автор

В прошлых статьях мы рассматривали котельную установку низкого давления и ее элементы, а также теплосиловые котельные установки. В данной статье более подробно рассмотрены турбины с противодавлением и паровой турбогенератор.

Турбины с противодавлением

На схеме в статье «Теплосиловые котельные установки» показана важная часть теплосиловой установки – турбина с противодавлением и генератор.

В водотрубном котле производится перегретый пар высокого давления. Перегретый пар используется для привода турбогенератора. Не до конца отработанный в турбине противодавления для цели производства электроэнергии и не сконденсировавшийся пар, используется дальше для целей технологии. Пар из отбора турбины обычно находится в слегка перегретом состоянии.

Паровой турбогенератор

Принцип работы парового турбогенератора – это довольно обширная тема, которая была раскрыта в книге Ari-Armaturen очень кратко.

Полученный в паровом котле перегретый пар подается в турбину с противодействием: в стальном паропроводе, работающем на принципе трубы Вентури (направляющий аппарат), происходит расширение пара, при этом энергия давления преобразуется в кинетическую энергию или энергию скорости потока. Кинетическая энергия пара передается на лопатки турбины и дальше генератору.

Принцип работы паровой турбины
Изображение. Принцип работы паровой турбины

Турбина обычно имеет несколько расположенных друг за другом рабочих колес, поскольку энергия, которой обладает пар, не может быть полностью отработана на одном рабочем колесе. Чтобы направить пар на следующее рабочее колесо между колесами устанавливают стационарные направляющие лопатки. По мере прохождения пара через турбину давление его снижается, а удельный объем соответственно увеличивается. Поэтому к концу турбины высота ее лопаток увеличивается.

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»

Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

  • Фитинги для труб PVC. Крестовины, муфты и заглушки
  • Опции ARI-Zetrix
  • Производство и эксплуатационные характеристики труб ПВХ. Часть 3
  • Экономия водопотребления за счет повторного использования воды
  • Трубы ПВХ против чугунных. Часть 3

Турбины с противодавлением без регулируемого отбора пара

Турбины с противодавлением без регулируемого отбора пара

Турбины на раме предназначены для привода электрических генераторов и одновременного снабжения потребителей паром требуемых параметров (с величиной давления до 3,25 МПа) на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях.

Параметры турбин
мощность номинальная, кВт 1430…34000
абс. давление свежего пара, МПа 1,85…9,3
температура свежего пара, °С 330…540
давление пара за турбиной, кПа 0,07…3,25

Турбина Р-25−3,4/0,1:

Показатели Р-25−3,4/0,1 Р-12−8,8/3,1−1 Р-12−8,8/1,8−1
Номинальная мощность, кВт 25000 12000 12000
Частота вращения ротора, об/мин 3000 3000 3000
Номинальные параметры свежего пара
(рабочий диапазон):
абсолютное давление, МПа 3,4 (3,1−3,6) 8,8 (8,3−9,3) 8,8 (8,3−9,3)
температура, °С 435 (420−445) 535 (525−540) 535 (525−540)
Абсолютное давление пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), МПа 0,12 (0,07−0,25) 3,05 (2,85−3,25) 1,75 (1,45−2,05)
Температура пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), °С 104 (104−156) 399 (392−406) 338 (322−354)
Номинальный расход пара, т/ч 143,8 182,4 126,84
Струйный подогреватель:
производительность по пару, кг/ч 2000 2000
химически очищенная вода:
номинальное давление, МПа 0,35 0.35
макс. температура, °С 40 40
расход, м3/ч 30 30
Масляная система:
емкость масляного бака, м3 3,6 3,0 3,0
поверхность охлаждения
маслоохладителей, м2 24х2 20х2 20х2
номинальная температура охлаждающей воды, °С 20 20 20
номинальный расход охлаждающей воды
на маслоохладители, м3/ч 80х2 60х2 60х2
Монтажные характеристики:
масса турбины, т 41,0* 29,5* 30,0*
масса ротора турбины, т 5,98 4,00 4,24
масса в/п корпуса с диафрагмами, т 7,0 4,8 5,0
масса поставляемого оборудования, т 55,21 37.3 38.1
высота фундамента турбины, м 6,36 6,0 6,0
высота крюка крана над полом
машинного зала, м 5,35 4,0 4,0
Код ОКП 31 1111 31 1111 31 1111

* — масса турбины указана с рамой фундаментной

Показатели Р-12−3,4/1,0 Р-12−3,4/0,5−1 Р-12−3,4/0,1 Р-12−2,7/0,2
Номинальная мощность, кВт 12000 12000 12000 12000
Частота вращения ротора, об/мин 3000 3000 3000 3000
Номинальные параметры свежего пара
(рабочий диапазон):
абсолютное давление, МПа 3,4 (3,1−3,6) 3,4 (3,1−3,6) 3,4 (3,1−3,6) 2,7 (2,4−2,9)
температура, °С 435 (420−445) 435 (420−445) 435 (420−445) 380 (360−400)
Абсолютное давление пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), МПа 1,0 (0,8−1,3) 0,5 (0,4−0,7) 0,12 (0,07−0,25) 0,2 (0,12−0,25)
Температура пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), °С 292 (265−326) 221 (198−254) 104 (90−155) 121 (105−139)
Номинальный расход пара, т/ч 166,8 111,24 72,6 92,4
Струйный подогреватель:
производительность по пару, кг/ч 2000 1100 1100 1100
химически очищенная вода:
номинальное давление, МПа 0,35 0,35 0,35 0,35
макс. температура, °С 40 40 40 40
расход, м3/ч 30 20 20 20
Масляная система:
емкость масляного бака, м3 3,6 3,6 3,6 3,6
поверхность охлаждения
маслоохладителей, м2 18х2 18х2 18х2 18х2
ном. температура охлаждающей воды, °С 20 20 20 20
ном. расход охлаждающей воды
на маслоохладители, м3/ч 30х2 30х2 30х2 30х2
Монтажные характеристики:
масса турбины, т 25,6* 27,5* 33,3* 32,8*
масса ротора турбины, т 2,63 3,0 4,33 4,284
масса в/п корпуса с диафрагмами, т 4,5 6,0 6,1 6,0
масса поставляемого оборудования, т 31,64 35,0 41,7 40,94
высота фундамента турбины, м 6,0 6,0 6,0 6,0
высота крюка крана над полом
машинного зала, м 4,0 4,0 4,0 4,0
Код ОКП 31 1111 31 1111 31 1111 31 1111
  • масса турбины указана с рамой фундаментной
Показатели Р-6−3,4/1,0−1 Р-6−3,4/0,5−1 Р-6−3,4/0,1 Р-4−3,4/1,5−1
Номинальная мощность, кВт 6000 6000 6000 4000
Частота вращения ротора, об/мин 3000 3000 3000 3000
Номинальные параметры свежего пара
(рабочий диапазон):
абсолютное давление, МПа 3,4 (3,1−3,6) 3,4 (3,1−3,6) 3,4 (3,1−3,6) 3,4 (3,1−3,6)
температура, °С 435 (420−445) 435 (420−445) 435 (420−445) 435 (420−445)
Абсолютное давление пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), МПа 1,0 (0,8−1,3) 0,5 (0,3−0,7) 0,12 (0,07−0,25) 1,45 (1,2−1,75)
Температура пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), °С 293 (277−322) 225 (205−256) 111 (89,5−169) 335 (317−361)
Номинальный расход пара, т/ч 83,7 57,9 37,1 80,9
Струйный подогреватель: ПС-2М
производительность по пару, кг/ч 2000 1100 1100 2000
химически очищенная вода:
номинальное давление, МПа 0,35 0,35 0,35 0,35
макс. температура, °С 40 40 40 40
расход, м3/ч 30 20 20 30
Масляная система:
емкость масляного бака, м3 3,0 3,0 3,3 3,0
поверхность охлаждения
маслоохладителей, м2 10х2 10х2 18х2 12х2
ном. температура охлаждающей воды, °С 20 20 20 20
ном. расход охлаждающей воды
на маслоохладители, м3/ч 20х2 20х2 40х2 20х2
Монтажные характеристики:
масса турбины, т 21,0* 22,2* 33,15* 20,7*
масса ротора турбины, т 2,44 2,37 4,2 1,93
масса в/п корпуса с диафрагмами, т 6,0 5,82 9,27 6,0
масса поставляемого оборудования, т 27,5 28,0 48,95 27,6
высота фундамента турбины, м 5,0 5,0 6,0 5,0
высота крюка крана над полом
машинного зала, м 4,0 4,0 не менее 4,5 4,5
Код ОКП 31 1111 31 1111 31 1111 31 1111
  • масса турбины указана с рамой фундаментной
Показатели Р-4−3,4/0,5−1 Р-4−2,1/0,3 Р-2,5−3,4/0,3−1 Р-2,5−2,1/0,6
Номинальная мощность, кВт 4000 4000 2500 2500
Частота вращения ротора, об/мин 3000 3000 3000 3000
Ном. параметры свежего пара
(рабочий диапазон):
абсолютное давление, МПа 3,4 (3,1−3,6) 2,05 (1,85−2,35) 3,4 (3,1−3,6) 2,05 (1,85−2,35)
температура, °С 435 (420−445) 370 (360−380) 435 (420−445) 370 (360−380)
Абсолютное давление пара за турбиной
номинал (рабочий диапазон), МПа 0,5 (0,4−0,7) 0,3 (0,2−0,4) 0,3 (0,2−0,4) 0,6 (0,5−0,7)
Температура пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), °С 229 (217−255) 175 (147−201) 194 (165−217) 243 (229−259)
Номинальный расход пара, т/ч 39,6 42,43 21,7 41,0
Струйный подогреватель:
производительность по пару, кг/ч 1100 1100 1100 1100
химически очищенная вода:
номинальное давление, МПа 0,35 0,35 0,35 0,35
макс. температура, °С 40 40 40 40
расход, м3/ч 20 20 20 20
Масляная система:
емкость масляного бака, м3 3,0 3,0 3,0 3,0
поверхность охлаждения
маслоохладителей, м2 10х2 10х2 10х2 10х2
ном. температура охлаждающей воды, °С 20 20 20 20
ном. расход охлаждающей воды
на маслоохладители, м3/ч 20х2 20х2 20х2 20х2
Монтажные характеристики:
масса турбины, т 21,0* 20,8* 19,3* 19,9*
масса ротора турбины, т 2,37 2,5 2,5 2,1
масса в/п корпуса с диафрагмами, т 5,82 5,4 6,0 6,96
масса поставляемого оборудования, т 26,8 28,0 26,94 25,46
высота фундамента турбины, м 5,0 5,0 5,0 5.0
высота крюка крана над полом
машинного зала, м 4,0 4,0 4,0 4,0
Код ОКП 31 1111 31 1111 31 1111 31 1111

* — масса турбины указана с рамой фундаментной

Показатели Р-2,5−2,1/0,3 Р-1,6−2,8/0,7 Р-1,4−3,4/1,3 Р-1,4−2,3/0,7
Номинальная мощность, кВт 2500 1600 (1860) 1400 1430
Частота вращения ротора, об/мин 3000 3000 3000 3000
Ном. параметры свежего пара
(рабочий диапазон):
абсолютное давление, МПа 2,05 (1,85−2,35) 2,8 (2,6−3,0) 3,4 (2,8−3,6) 2,3 (2,2−2,4)
температура, °С 370 (360−380) 350 (330−370) 410 (380−430) 380 (370−390)
Абсолютное давление пара за турбиной
номинал (рабочий диапазон), МПа 0,3 (0,2−0,4) 0,7 (0,55−0,9) 1,3 (1,0−1,4) 0,7 (0,6−0,8)
Температура пара за турбиной,
номинал (рабочий диапазон), °С 184 (155−207) 222 (203−234) 309 (274−338) 260 (242−299)
Номинальный расход пара, т/ч 27,63 27,55 30 25
Струйный подогреватель:
производительность по пару, кг/ч 1100 1100 2000 1100
химически очищенная вода:
номинальное давление, МПа 0,35 0,35 0,35 0,35
макс. температура, °С 40 35 40 не выше 40
расход, м3/ч 20 20 30 20
Масляная система:
емкость масляного бака, м3 3,0 3,0 3,0 3,0
поверхность охлаждения
маслоохладителей, м2 10х2 10х2 12х2 10х2
ном. температура охлаждающей воды, °С 20 20 20 20
ном. расход охлаждающей воды
на маслоохладители, м3/ч 20х2 20х2 20х2 20х2
Монтажные характеристики:
масса турбины, т 20,5* 20,856* 20,72* 20,085*
масса ротора турбины, т 2,44 2,44 1,68 2,22
масса в/п корпуса с диафрагмами, т 6,0 6,0 6,0 5,73
масса поставляемого оборудования, т 26,54 26,511 27,6 25,74
высота фундамента турбины, м 5,0 5,0 5,0 6,0
высота крюка крана над полом
машинного зала, м 4,0 не менее 4,0 4,5 не менее 4,0
Код ОКП 31 1111 31 1111 31 1111 31 1111

* — масса турбины указана с рамой фундаментной

  • 18 окт 2023
  • 109 просмотров
  • Поделиться
  • О производителе
  • Сообщение производителю

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *