Тихоходная турбина это: Тихоходная паровая турбина Arabelle | Турбинные технологии ААЭМ

“Силовые машины” создали рабочую тихоходную турбину для АЭС

На Ленинградском Металлическом заводе (ЛМЗ, филиал Силмаша) успешно прошли испытания головного образца отечественной тихоходной турбины мощностью 1 255 МВт. «Силовые машины» изготовили первую российскую тихоходную турбину для АЭС. Освоение этой технологии сделало ЛМЗ единственным в мире предприятием, изготавливающим сегодня мощные паровые турбины как в быстроходном, так и в тихоходном исполнении.

Производство головного образца тихоходной турбины большой мощности позволяет АО “Силовые машины” выйти на рынок тихоходных турбин большой мощности и составить в этом сегменте конкуренцию мировым энергомашиностроительным компаниям.

А мы с вами давайте разберемся в чем разница быстроходной и тихоходной турбины.

Первые паровые турбины для АЭС были быстроходными, а затем с увеличением мощности и расхода пара через турбину обе технологии развивались и совершенствовались параллельно. По мере развития атомной энергетики растет и единичная мощность турбоустановок. Когда она достигает значений более 1000 – 1200 МВт, то по ряду факторов становится целесообразным использование именно тихоходных турбин.

Принципиальное отличие — в количестве оборотов, которое совершает ротор за минуту. Для быстроходной турбины — это 3000 оборотов, для тихоходной — в два раза меньше, 1500. При этом быстроходная турбина так же надежна, хотя имеет большую скорость вращения роторов. На сегодняшний день быстроходные турбины, спроектированные конструкторами ЛМЗ, являются самыми мощными в мире.

Каждый проект, в зависимости от условий строящихся АЭС, может иметь различные конструктивные исполнения. Особенность современных быстроходных агрегатов производства ЛМЗ — применение лопаток из титанового сплава.

Тихоходная турбина при равной мощности состоит из меньшего количества деталей. Отличаются турбины и массогабаритными характеристиками. Так, поперечные размеры быстроходной (как и высота лопаток) в 1,5-2 раза меньше, чем у тихоходной. Но так как количество цилиндров у быстроходной больше, она длиннее.

В целом быстроходная турбина на 20-30% легче тихоходной.

Наружный диаметр ротора быстроходной турбины — около 4 метров, в тихоходной он приближается к 7 метрам. Чтобы было понятнее — это примерно высота двухэтажного дома. А на электростанции турбина устанавливается на фундамент высотой 18 метров. То есть двухэтажный дом нужно поднять и поставить на шестиэтажный.

Как делают выбор в сторону тихоходной или быстроходной турбины? При том, что оба варианта могут давать аналогичную мощность, предпочтения заказчика зависят от разных причин — как технико-экономического, так и субъективного характера.

Производственный процесс

Тихоходная турбина нового поколения спроектирована и разработана сотрудниками специального конструкторского бюро «Турбина» Ленинградского Металлического завода и на сегодняшний день считается одной из самых перспективных в мире.
Проект создавался с нуля. Учитывая конструкторскую и технологическую новизну, для его осуществления потребовалось пять лет с учетом разработки технологических процессов. Для изготовления тихоходных турбин в Санкт-Петербурге построена производственная площадка ЛМЗ, оснащенная новейшим оборудованием для сборки и испытаний.

На смену традиционным, но не менее надежным станкам и оборудованию пришли самые современные производственные машины.

Все участки нового производства приспособлены для изготовления крупногабаритных деталей и узлов. Так, здесь изготавливают сварной ротор низкого давления. Раньше такая технология на ЛМЗ не применялась: сначала роторы были сборными, позднее для быстроходных турбин АЭС — цельноковаными.

Но габариты тихоходных турбин значительно превосходят таковые быстроходных, потому сделать для нее цельнокованые роторы при существующем уровне производства невозможно. Для того, чтобы сваривать детали, были закуплены и установлены вертикально-горизонтальные станки для сварки и обработки крупногабаритного оборудования. Запуск производства сварных роторов — новая для ЛМЗ технология, которая потребовала длительных лабораторных и стендовых испытаний, компьютерного моделирования, привлечения ведущих материаловедческих организаций.

Новый производственный комплекс оснащен специальными металлорежущими станками, печью для термообработки, уникальным по габаритам тяжелым токарным станком, на котором возможно разместить деталь длиной до 20 метров и шириной до 7 метров. Все это призвано обеспечить полный технологический цикл изготовления основных узлов, а также сборки тихоходной турбины.

Еще один важный объект производственной площадки — это разгонно-балансировочный стенд для динамических испытаний. После сборки каждый ротор нужно разогнать с превышением рабочей скорости, чтобы подтвердить его работоспособность в соответствии с требованиями.

Сейчас на новом производственном комплексе в Металлострое создается головной — то есть первый в партии — образец тихоходной турбины для новой АЭС. Он открывает новую страницу в истории как Ленинградского Металлического завода, так и российского энергомашиностроения. Впервые ЛМЗ изготовит две тихоходные турбины на 1500 оборотов в минуту, которые войдут в состав двух турбоустановок мощностью более 1250 МВт каждая. В комплекте с ними будут поставлены конденсаторы и турбогенераторы с оборудованием вспомогательных систем.

Успех в запуске первой турбины позволит в дальнейшем запустить проект в серийное производство. Впрочем, понятие «серии» здесь достаточно условно: это не телевизоры и даже не автомобили, которые сходят с конвейера тысячами. Каждая электростанция имеет особенности, поэтому и турбины отличаются друг от друга.

В первой отечественной тихоходной паровой турбине — 3 ротора (2 низкого давления и один совмещенный — высокого-среднего). Именно они, будучи установленными в цилиндры, являются главными «рабочими лошадками» всего узла. Такое сочетание цилиндров позволяет достичь оптимального баланса по экономичности, массе и габаритам. При этом вес турбины все же впечатляет: он составит около 4 тысяч тонн. Сравните: максимальный вес транспортного самолета «Руслан» и груза, с которым он может взлететь, — около 400 тонн, т.е. одна турбина весит как 10 таких самолетов. Или как 20 взрослых синих китов, если сравнение из мира живой природы вам больше по душе.

Изготовление и сборка одного ротора занимаю примерно полтора года. Остов сваривают из деталей непосредственно на производственной площадке, затем его механически обрабатывают под установку лопаток. Лопатки — их нужно более тысячи штук для каждого ротора — производят в комплексе турбинных лопаток, входящем в состав ЛМЗ, а установка их в специальные пазы ротора и механическая обработка проводятся в Металлострое, на новой площадке.

Кстати, рабочие лопатки, которые устанавливаются на последней ступени цилиндра низкого давления, уникальны по своим характеристикам и являются эксклюзивной разработкой ЛМЗ. В чем их уникальность? В аэродинамических и прочностных характеристиках! Да и в размерах тоже: рабочая часть лопатки — еще ее называют пером — соизмерима со средним ростом взрослого человека, а общая длина всей лопатки превышает два метра. Одна такая лопатка весит больше 100 кг. И если обычно их в ротор устанавливают вручную, то здесь сделать это без механизации, по понятным причинам, невозможно.

Когда роторы и остальные комплектующие турбины изготовлены, начинается этап сборки. За сборкой следуют испытания. Турбину проверят на соответствие требованиям конструкторской документации. При всей масштабности собираемых деталей точность здесь требуется идеальная — до сотых долей миллиметра.

Думаете, на этом все? Вовсе нет. После заводских испытаний турбину разберут на части, чтобы снова собрать уже на месте эксплуатации. Здесь без специалистов завода-производителя тоже не обойтись. Увидеть и проконтролировать процесс сборки, установки турбины и ее компонентов очень важно. Дальше — пуско-наладка, потом испытания под нагрузкой. И только после выхода на стопроцентную нагрузку турбина обеспечит мегаватты, которые от нее ждут.

Мощное будущее

Успешный первый проект станет весомым поводом для выхода с «тихоходами» на мировой энергетический рынок и позволит одновременно, по желанию заказчика, предложить ему и быстроходные, и тихоходные турбины.

Технические возможности Ленинградского Металлического завода и «Электросилы» сегодня позволяют производить все виды энергетического оборудования: турбин любой мощности как в быстроходном, так и в тихоходном варианте, генераторов, в том числе пожаробезопасных, с полностью водяным охлаждением, которые не делает больше никто в мире.

[источники]источники
https://www.fontanka.ru/longreads/69748119/
https://teknoblog.ru/2021/07/02/112453

Tags: Производство

3.2. Основные элементы современных паровых турбин

Конструкция паровой турбины

Конструктивно современная паровая турбина (рис. 3.4) состоит из одного или нескольких цилиндров, в которых происходит процесс преобразования энергии пара, и ряда устройств, обеспечивающих организацию ее рабочего процесса.

Цилиндр. Основным узлом паровой турбины, в котором внутренняя энергия пара превращается в кинетическую энергию парового потока и далее – в механическую энергию ротора, является цилиндр. Он состоит из неподвижного корпуса (статоратурбины из двух частей, разделенных по горизонтальному разъему; направляющих (сопловых) лопаток, лабиринтовых уплотнений, впускного и выхлопного патрубков, опор подшипников и др.) и вращающегося в этом корпусе ротора (вал, диски, рабочие лопатки и др.). Основная задача сопловых лопаток – превратить потенциальную энергию пара, расширяющегося в сопловых решетках с уменьшением давления и одновременным снижением температуры, в кинетическую энергию организованного парового потока и направить его в рабочие лопатки ротора. Основное назначение рабочих лопаток и ротора турбины – преобразовать кинетическую энергию парового потока в механическую энергию вращающегося ротора, которая в свою очередь преобразуется в генераторе в электрическую энергию. Ротор мощной паровой турбины представлен на рисунке 3.5.

Число венцов сопловых лопаток в каждом цилиндре паровой турбины равно числу венцов рабочих лопаток соответствующего ротора. В современных мощных паровых турбинах различают цилиндры низкого, среднего, высокого и сверхвысокого давления (рис. 3.6.). Обычно цилиндром сверхвысокого давления именуется цилиндр, давление пара на входе в который превосходит 30,0 МПа, цилиндром высокого давления – участок турбины, давление пара на входе в который колеблется в пределах 23,5 – 9,0 МПа, цилиндром среднего давления – участок турбины, давление пара на входе в который около 3,0 МПа, цилиндром низкого давления – участок, давление пара на входе в который не превышает 0,2 МПа. В современных мощных турбоагрегатах число цилиндров низкого давления может достигать 4 с целью обеспечения приемлемой по условиям прочности длины рабочих лопаток последних ступеней турбины.

Органы парораспределения. Количество пара, поступающего в цилиндр турбины, ограничивается открытием клапанов, которые вместе с регулирующей ступенью называются органами парораспределения. В практике турбиностроения различают два типа парораспределения – дроссельное и сопловое. Дроссельное парораспределение предусматривает подвод пара после открытия клапана равномерно по всей окружности венца сопловых лопаток. Это означает, что функцию изменения расхода выполняет кольцевая щель между клапаном, который перемещается, и его седлом, которое установлено неподвижно. Процесс изменения расхода в этой конструкции связан с дросселированием. Чем меньше открыт клапан, тем больше потери давления пара от дросселирования и тем меньше его расход на цилиндр.

Рис. 3.4. Внешний вид паровой турбины К-300-240

Рис. 3.5. Ротор паровой турбины мощностью 220 МВт

Сопловое парораспределение предусматривает секционирование направляющих лопаток по окружности на несколько сегментов (групп сопел), к каждому из которых организован отдельный подвод пара, оснащенный своим клапаном, который либо закрыт, либо полностью открыт. При открытом клапане потери давления на нем минимальны, а расход пара пропорционален доле окружности, через которую этот пар поступает в турбину. Таким образом, при сопловом парораспределении процесс дросселирования отсутствует, а потери давления сводятся к минимуму.

В случае высокого и сверхвысокого начального давления в системе паровпуска применяются так называемые разгрузочные устройства, которые предназначены для уменьшения начального перепада давления на клапане и снижения усилия, которое необходимо приложить к клапану при его открытии.

В некоторых случаях дросселирование называют еще качественным регулированием расхода пара на турбину, а сопловое парораспределение – количественным.

Система регулирования. Эта система позволяет осуществлять синхронизацию турбогенератора с сетью, устанавливать заданную нагрузку при работе в общую сеть, обеспечивать перевод турбины на холостой ход при сбросе электрической нагрузки. Принципиальная схема системы непрямого регулирования с центробежным регулятором скорости представлена на рисунке 3. 7.

С ростом частоты вращения ротора турбины и муфты регулятора центробежная сила грузов увеличивается, муфта регулятора скорости1поднимается, сжимая пружину регулятора и поворачивая рычаг АВ вокруг точки В. Соединенный с рычагом в точке С золотник2смещается из среднего положения вверх и сообщает верхнюю полость гидравлического сервомотора3с напорной линией4через окноa, а нижнюю – со сливной линией5через окноb. Под воздействием перепада давлений поршень сервомотора перемещается вниз, прикрывая регулирующий клапан6и уменьшая пропуск пара в турбину7, что и обусловит снижение частоты вращения ротора. Одновременно со смещением штока сервомотора рычаг АВ поворачивается относительно точки А, смещая золотник вниз и прекращая подачу жидкости в сервомотор. Золотник возвращается в среднее положение, чем стабилизируется переходный процесс при новой (уменьшенной) частоте вращения ротора. Если увеличивается нагрузка турбины и частота вращения ротора падает, то элементы регулятора смещаются в противоположном рассмотренному направлении и процесс регулирования протекает аналогично, но с увеличением пропуска пара в турбину. Это приводит к росту скорости вращения ротора и восстановлению частоты генерируемого тока.

Системы регулирования паровых турбин, применяемых, например, на АЭС, в качестве рабочей жидкости используют, как правило, турбинное масло. Отличительной особенностью систем регулирования турбин К-300240-2 и К-500-240-2 является применение в системе регулирования вместо турбинного масла конденсата водяного пара. На всех турбинах НПО «Турбоатом», помимо традиционных гидравлических систем регулирования, применяют электрогидравлические системы регулирования (ЭГСР) с более высоким быстродействием.

Валоповорот. В турбоагрегатах традиционно применяется «тихоходный» – несколько оборотов в минуту – валоповорот. Валоповоротное устройство предназначено для медленного вращения ротора при пуске и останове турбины для предотвращения теплового искривления ротора. Одна из конструкций валоповоротного устройства изображена на рис. 3.8. Она включает электродвигатель с червяком, входящим в зацепление с червячным колесом1, расположенным на промежуточном валике. На винтовой шпонке этого валика установлена ведущая цилиндрическая шестерня, которая при включении валоповоротного устройства входит в зацепление с ведомой цилиндрической шестерней, сидящей на валу турбины. После подачи пара в турбину частота вращения ротора растет и ведущая шестерня автоматически выходит из зацепления.

Рис. 3.6. Цилиндры высокого, среднего и низкого давления паровой турбины мощностью 300 МВт (нижняя половина)

Рис. 3.7. Принципиальная схема регулирования с однократным усилением: 1 – муфта регулятора; 2 – золотник; 3 – гидравлический сервомотор; 4 – напорная линия; 5 – сливная линия; 6 – регулирующий клапан; 7 – подача пара в турбину

Подшипники и опоры. Паротурбинные агрегаты расположены, как правило, в машинном зале электростанции горизонтально. Такое расположение обусловливает применение в турбине наряду с опорными также и упорных или опорно-упорных подшипников3(см. рис. 3.8). Для опорных подшипников наиболее распространенным в энергетике является парное их количество – на каждый ротор приходится два опорных подшипника. Для тяжелых роторов (роторов низкого давления быстроходных турбин с числом оборотов 3000 об/мин и всех без исключения роторов «тихоходных» турбин с числом оборотов 1500 об/мин) допустимо применение традиционных для энергетического турбиностроения втулочных подшипников. В таком подшипнике нижняя половина вкладыша выполняет роль несущей поверхности, а верхняя половина – роль демпфера любых возмущений, возникающих при эксплуатации. К таким возмущениям можно отнести остаточную динамическую неуравновешенность ротора, возмущения, возникающие при прохождении критических чисел оборотов, возмущения за счет переменных сил от воздействия парового потока. Сила веса тяжелых роторов, направленная вниз, в состоянии подавить, как правило, все эти возмущения, что обеспечивает спокойный ход турбины. А для относительно легких роторов (роторов высокого и среднего давления) все перечисленные возмущения могут оказаться значительными по сравнению с весом ротора, особенно в паровом потоке высокой плотности. Для подавления этих возмущений разработаны так называемые сегментные подшипники. В этих подшипниках каждый сегмент обладает повышенной по сравнению с втулочным подшипником демпфирующей способностью.

Естественно, конструкция сегментного опорного подшипника, где каждый сегмент снабжается маслом индивидуально, значительно сложнее, чем втулочного. Однако резко возросшая надежность окупает это усложнение.

Что касается упорного подшипника, то его конструкция всесторонне рассмотрена еще Стодолой и за истекшее столетие практически не претерпела каких-либо изменений. Опоры, в которых располагаются упорный и опорные подшипники, изготавливают скользящими с «фикспунктом» в районе упорного подшипника. Это обеспечивает минимизацию осевых зазоров в области максимального давления пара, т.е. в области самых коротких лопаток, что в свою очередь позволяет минимизировать в этой зоне потери от утечек.

Рис. 3.8. Продольный разрез турбины К-50-90: 1 – ротор турбины; 2 – корпус турбины; 3 – опорно-упорный подшипник; 4 – опорный подшипник; 5 – регулирующий клапан; 6 – сопловая коробка; 7 – кулачковый вал; 8 – сервомотор; 9 – главный масляный насос; 10 – регулятор скорости; 11 – следящий золотник; 12 – картер переднего подшипника; 13 – червячное колесо валоповоротного устройства; 14 – соединительная муфта; 15 – выхлопной патрубок турбины; 16 – насадные диски; 17 – рабочие лопатки; 18 – диафрагмы; 19 – обоймы диафрагм; 20 – обоймы переднего концевого уплотнения; 21 – перепускная труба (от стопорного к регулирующему клапану)

Типичная конструкция одноцилиндровой конденсационной турбины мощностью 50 МВт с начальными параметрами пара 8,8 МПа, 535°С представлена на рис. 3.8. В этой турбине применен комбинированный ротор. Первые 19 дисков, работающих в зоне высокой температуры, откованы как одно целое с валом турбины, последние три диска — насадные.

Неподвижную сопловую решетку, закрепленную в сопловых коробках или диафрагмах с соответствующей вращающейся рабочей решеткой, закрепленной на следующем по ходу пара диске, называютступенью турбины. Проточная часть рассматриваемой одноцилиндровой турбины состоит из 22 ступеней, из которых первая называетсярегулирующей. В каждой сопловой решетке поток пара ускоряется и приобретает направление безударного входа в каналы рабочих лопаток. Усилия, развиваемые потоком пара на рабочих лопатках, вращают диски и связанный с ними вал. По мере понижения давления пара при прохождении от первой к последней ступени удельный объем пара растет, что требует увеличения проходных сечений сопловых и рабочих решеток и, соответственно, высоты лопаток и среднего диаметра ступеней.

К переднему торцу ротора прикреплен приставной конец вала, на котором установлены бойки предохранительных выключателей (датчики автомата безопасности), воздействующие на стопорный и регулирующие клапаны и прекращающие доступ пара в турбину при превышении частоты вращения ротора на 10–12% по сравнению с расчетной.

Статор турбины состоит из корпуса, в который вварены сопловые коробки, соединенные с помощью сварки с клапанными коробками, установлены обоймы концевых уплотнений, обоймы диафрагм, сами диафрагмы и их уплотнения. Корпус этой турбины, кроме обычного горизонтального разъема, имеет два вертикальных разъема, разделяющих его на переднюю часть, среднюю часть и выходной патрубок. Передняя часть корпуса выполнена литой, средняя часть корпуса и выходной патрубок сделаны сварными.

В переднем картере расположен опорноупорный подшипник, в заднем картере – опорные подшипники роторов турбины и генератора. Передний картер установлен на фундаментной плите и при тепловом расширении корпуса турбины может свободно перемещаться по этой плите. Задний картер выполнен за одно целое с выхлопным патрубком турбины, который при тепловых расширениях остается неподвижным благодаря его фиксации пересечением поперечной и продольной шпонок, образующих так называемыйфикспункттурбины, или мертвую точку. В заднем картере турбины расположено валоповоротное устройство.

В турбине К-50-90 применена сопловая система парораспределения, т.е. количественное регулирование расхода пара. Устройство автоматического регулирования турбины состоит из четырех регулирующих клапанов, распределительного кулачкового вала, соединенного зубчатой рейкой с сервомотором. Сервомотор получает импульс от регулятора скорости и регулирует положение клапанов. Профили кулачков выполнены так, чтобы регулирующие клапаны открывались поочередно один за другим. Последовательное открытие или закрытие клапанов исключает дросселирование пара, проходящего через полностью открытые клапаны при пониженных нагрузках турбины.

Конденсатор и вакуумная система.

Подавляющее большинство турбин, используемых в мировой энергетике для производства электрической энергии, являются конденсационными. Это означает, что процесс расширения рабочего тела (водяного пара) продолжается до давлений, значительно меньших, чем атмосферное. В результате такого расширения дополнительно выработанная энергия может составлять несколько десятков процентов от суммарной выработки.

Конденсатор – теплообменный аппарат, предназначенный для превращения отработавшего в турбине пара в жидкое состояние (конденсат). Конденсация пара происходит при соприкосновении его с поверхностью тела, имеющего более низкую температуру, чем температура насыщения пара при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теплоты, затраченной ранее на испарение жидкости, которая отводится при помощи охлаждающей среды. В зависимости от вида охлаждающей среды конденсаторы разделяются наводяныеивоздушные. Современные паротурбинные установки снабжены, как правило, водяными конденсаторами. Воздушные конденсаторы имеют по сравнению с водяными более сложную конструкцию и не получили в настоящее время широкого распространения.

Рис. 3.9. Схема двухходового поверхностного конденсатора: 1 – корпус конденсатора; 2,3 – крышки водяных камер; 4 – трубная доска; 5 – конденсаторные трубки; 6 – приемный паровой патрубок; 7 – конденсатосборник; 8 – патрубок отсоса паровоздушной смеси; 9 – воздухоохладитель; 10 – паронаправляющий щит; 11 – входной патрубок; 12 – выходной патрубок для охлаждающей воды; 13 – разделительная перегородка; 14 – паровое пространство конденсатора; 15,16,17 – входная, поворотная и выходная камеры охлаждающей воды; А – вход отработавшего пара; Б – отсос паровоздушной смесии; В, Г – вход и выход охлаждающей воды; Д – отвод конденсата

Конденсационная установка паровой турбины состоит из собственно конденсатора и дополнительных устройств, обеспечивающих его работу. Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсатные насосы служат для откачки из нижней части конденсатора конденсата и подачи его в систему регенеративного подогрева питательной воды. Воздухоотсасывающие устройства предназначены для удаления воздуха, поступающего в турбину и конденсатор вместе с паром, а также через неплотности фланцевых соединений, концевые уплотнения и другие места.

Схема простейшего поверхностного конденсатора водяного типа приведена на рис. 3.9.

Он состоит из корпуса, торцевые стороны которого закрыты трубными досками с конденсаторными трубками, выходящими своими концами в водяные камеры. Камеры разделяются перегородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (в данном случае – два хода). Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным ниже перегородки. В поворотной камере вода переходит во вторую секцию трубок, расположенную по высоте выше перегородки. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в камеру и через выходной патрубок направляется на слив.

Пар, поступающий из турбины в паровое пространство, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. За счет резкого уменьшения удельного объема пара в конденсаторе создается низкое давление (вакуум). Чем ниже температура и больше расход охлаждающей среды, тем более глубокий вакуум можно получить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.

Удаление воздуха (точнее, паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством через патрубок8. В целях уменьшения объема отсасываемой паровоздушной смеси ее охлаждают в специально выделенном с помощью перегородки отсеке конденсатора – воздухоохладителе.

Для отсоса воздуха из воздухоохладителя устанавливается трехступенчатый пароструйный эжектор – основной. Помимо основного эжектора, который постоянно находится в эксплуатации, в турбоустановке предусмотрены эжектор пусковой конденсатора (водоструйный) и эжектор пусковой циркуляционной системы. Эжектор пусковой конденсатора предназначен для быстрого углубления вакуума при пуске турбоустановки. Эжектор пусковой циркуляционной системы служит для отсоса паровоздушной смеси из циркуляционной системы конденсатора. Конденсатор турбоустановки снабжен также двумя конденсатосборниками, из которых образующийся конденсат непрерывно откачивается конденсатными насосами.

На переходном патрубке конденсатора размещены приемно-сбросные устройства, цель которых – обеспечить сброс пара из котла в конденсатор в обход турбины при внезапном полном сбросе нагрузки или в пусковых режимах. Расходы сбрасываемого пара могут достигать 60% полного расхода пара на турбину. Конструкция приемносбросного устройства предусматривает, помимо снижения давления, снижение температуры сбрасываемого в конденсатор пара с соответствующим ее регулированием. Она должна поддерживаться на 10–20°С выше температуры насыщения при данном давлении в конденсаторе.

Промежуточный перегрев и регенерация в турбоустановках. В теплоэнергетической установке с промежуточным перегревом пар после расширения в цилиндре высокого давления (ЦВД) турбины направляется в котел для вторичного перегрева, где температура его повышается практически до того же уровня, что и перед ЦВД. После промежуточного перегрева пар направляется в цилиндр низкого давления, где расширяется до давления в конденсаторерк.

Экономичность идеального теплового цикла с промежуточным перегревом зависит от параметров пара, отводимого на промежуточный перегрев. Оптимальную температуру параТ1опт, при которой он должен отводиться на промежуточный перегрев, можно ориентировочно оценить как 1,02–1,04 от температуры питательной воды. Давление пара перед промежуточным перегревом обычно выбирают равным 0,15—0,3 давления свежего пара. В результате промперегрева общая экономичность цикла возрастет. При этом благодаря уменьшению влажности пара в последних ступенях турбины низкого давления возрастут относительные внутренние к.п.д. этих ступеней, а следовательно, увеличится и к.п.д. всей турбины. Потеря давленияΔрппв тракте промежуточного перегрева (в паропроводе от турбины к котлу, перегревателе и паропроводе от котла к турбине) снижает эффект от применения промперегрева пара и поэтому допускается не более 10% потери абсолютного давления в промежуточном перегревателе.

Система регенерации в турбоустановках предполагает подогрев конденсата, образовавшегося в конденсаторе, паром, который отобран из проточной части турбины. Для этого основной поток конденсата пропускают через подогреватели, в трубную систему которых поступает конденсат, а в корпус подается пар из отборов турбины. Для подогрева основного конденсата применяют подогреватели низкого давления (ПНД), подогреватели высокого давления (ПВД) и между ними – деаэратор (Д). Деаэратор предназначен для удаления из основного конденсата остатков воздуха, растворенного в конденсате.

Идея регенерации в ПТУ возникла в связи с потребностью снижения потерь теплоты в конденсаторе. Известно, что потери теплоты с охлаждающей водой в конденсаторе турбины прямо пропорциональны количеству отработавшего пара, поступающего в конденсатор. Расход пара в конденсатор можно значительно уменьшить (на 30–40%) путем отбора его для подогрева питательной воды за ступенями турбины после того, как он произвел работу в предшествующих ступенях. Такой процесс называют регенеративным подогревом питательной воды. Регенеративный цикл по сравнению с обычным имеет более высокую среднюю температуру подвода теплоты при неизменной температуре отвода и обладает поэтому более высоким термическим к.п.д. Повышение экономичности в цикле с регенерацией пропорционально мощности, вырабатываемой на тепловом потреблении, т. е. на базе теплоты, переданной питательной воде в системе регенерации. Путем регенеративного подогрева температура питательной воды могла бы быть повышена до температуры, близкой к температуре насыщения, отвечающей давлению свежего пара. Однако при этом сильно возросли бы потери теплоты с уходящими газами котла. Поэтому международные нормы типоразмеров паровых турбин рекомендуют выбирать температуру питательной воды на входе в котел равной 0,65–0,75 температуры насыщения, отвечающей давлению в котле. В соответствии с этим при сверхкритических параметрах пара, в частности при начальном давлении егор0=23,5 МПа, температура питательной воды принимается равной 265–275°С.

Рис. 3.10. Тепловая схема турбинной установки с использованием утечек пара концевых уплотнений и уплотнений штоков клапанов турбины в системе регенерации: Т – турбина; Г – генератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос; ЭЖ – основной эжектор; ОЭ – охладитель основного эжектора; ЭУ – эжектор уплотнений; ОЭУ – охладитель пара эжектора отсоса уплотнений; СП – сальниковый подогреватель; П1–П4 – подогреватели; ОК – охладитель конденсата; Д – деаэратор; ПН – питательный насос

Регенерация положительно влияет на относительный внутренний к.п.д. первых ступеней благодаря повышенному расходу пара через ЦВД и соответствующему увеличению высоты лопаток. Объемный пропуск пара через последние ступени турбины при регенерации уменьшается, что снижает потери с выходной скоростью в последних ступенях турбины.

В современных паротурбинных установках средней и большой мощности в целях повышения их экономичности применяют широко развитую систему регенерации с использованием пара концевых лабиринтовых уплотнений, уплотнений штоков регулирующих клапанов турбины и др. (рис.3.10).

Свежий пар из котла поступает в турбину по главному паропроводу с параметрамир0,t0. После расширения в проточной части турбины до давленияркон направляется в конденсатор. Для поддержания глубокого вакуума из парового пространства конденсатора основным эжектором (ЭЖ) отсасывается паровоздушная смесь. Конденсат отработавшего пара стекает в конденсатосборник, затем конденсатными насосами (КН) подается через охладитель эжектора (ОЭ), охладитель пара эжектора отсоса уплотнений (ОЭУ), сальниковый подогреватель (СП) и регенеративные подогреватели низкого давления П1, П2 в деаэратор Д. Деаэратор предназначен для удаления растворенных в конденсате агрессивных газов (О2и СО2), вызывающих коррозию металлических поверхностей. Кислород и свободная углекислота попадают в конденсат из-за присосов воздуха через неплотности вакуумной системы турбинной установки и с добавочной водой. В деаэраторе агрессивные газы удаляются при нагревании конденсата и добавочной воды паром до температуры насыщения греющего пара. В современных паротурбинных установках устанавливают деаэраторы повышенного давления 0,6—0,7 МПа с температурой насыщения 158–165°С. Конденсат пара на участке от конденсатора до деаэратора называют конденсатом, а на участке от деаэратора до котла – питательной водой.

Питательная вода из деаэратора забирается питательным насосом (ПН) и под высоким давлением (на блоках со сверхкритическими и суперсверхкритическими параметрами пара до 35 МПа) подается через подогреватели высокого давления ПЗ, П4 в котел.

Пар концевых лабиринтовых уплотнений турбины отсасывается из крайних камер уплотнений, где поддерживается давление 95—97 кПа, специальным эжектором и направляется в охладитель эжектора отсоса, через который прокачивается основной конденсат. Часть пара повышенного давления из концевых лабиринтовых уплотнений направляется в первый и третий регенеративные отборы. С целью предотвращения присоса воздуха в вакуумную систему через концевые уплотнения турбины в каждой предпоследней камере концевых уплотнений поддерживается небольшое избыточное (110—120 кПа) давление с помощью специального регулятора, установленного на подводе уплотняющего пара к этой камере из деаэратора.

Питательная установка. Питательная установка турбоагрегата состоит из главного питательного насоса с турбинным приводом, пускорезервного питательного

насоса с электроприводом и бустерных насосов с электроприводом. Питательная установка предназначена для подачи питательной воды из деаэратора через подогреватели высокого давления в котел. Насос включается в работу при нагрузке блока 50–60% и рассчитан на работу в диапазоне 30–100%. Пускорезервный питательный насос ПЭН приводится во вращение асинхронным электродвигателем.

Сборка паровой турбины на испытательном стенде

5 Лучшие ветряные турбины для низких скоростей ветра

Итак, вы живете в бедном ветром районе «класса 1», но все же хотите приобрести ветряную турбину. Если переезд в богатое ресурсами сообщество «класса 7» не входит в ваши планы на будущее, вы все равно можете найти ветряную турбину, которая будет работать на вас даже при самых низких скоростях ветра.

Первое, что вам нужно знать, это то, что мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра, а это означает, что если турбина вырабатывает 1 кВт при скорости 10 миль в час, эта же турбина будет генерировать 8 кВт при скорости 20 миль в час (удвоить скорость ветра3 = 2 х 2 х 2).

Такова реальность энергии ветра. К счастью, новые ветряные турбины рассчитаны на работу при скорости ветра всего 0,5 мили в час. Да, менее 1 мили в час, ветер такой слабый, что вам будет трудно заставить перышко развеваться по воздуху. Хотя количество энергии, которую ваша турбина будет производить на этих скоростях, ничтожно мало, это свободная энергия. Вместо того, чтобы ваша турбина простаивала, вы могли бы использовать ее. Вот пять турбин, которые специализируются на ловле слабого ветра.

Безредукторный с регулятором скорости ветра

Ветряные турбины с безредукторным или прямым приводом прекрасно подходят для районов, где в нормальных условиях ветер практически отсутствует. Как правило, они легче с меньшими затратами на техническое обслуживание. Вам также не нужно беспокоиться о замене коробки передач, так как у них ее нет. Они особенно хороши для многолюдных или структурно-плотных районов, где скорость ветра может быть рассеяна или иным образом рассеяна.

Tumo-Int — одна из лучших безредукторных ветряных турбин для жилых домов, доступных на сегодняшний день. Он может производить максимум 1500 Вт мощности при надлежащих условиях, но обычно регулярно и безопасно выдает 1000 Вт мощности. Вы также можете использовать эту турбину вместе с солнечными панелями той же компании.

Турбогенератор имеет встроенный амперметр, а также контроллер заряда MPPT, поэтому вы можете легко контролировать параметры работы и генерации.

Турбину Tumo-Int легко собрать и установить самостоятельно, она поставляется со всеми необходимыми комплектами и расходными материалами. Отзывы клиентов свидетельствуют о том, что распаковать, собрать и установить во дворе, на крыше дома или даже на автофургоне было просто и без проблем.

Сама турбина изготовлена ​​из высококачественного полипропилена, а лопасти — из прочного стекловолокна. Он полностью защищен от атмосферных воздействий, чтобы увеличить его активный срок службы и обеспечить долговечность.

Наряду с материалами и уплотнением, эта ветряная турбина имеет защитное покрытие от УФ-излучения, систему автоматического торможения, позволяющую выдерживать внезапные сильные ветры, и возможность ручного отключения на случай, если батарея начнет перезаряжаться.

Компактная технология ускорения ветра

Турбина Optiwind была специально разработана для использования в населенных пунктах с медленным ветром класса 2 (примерно 12 миль в час). Эта турбина увеличивает количество вырабатываемой энергии ветра на 75 процентов, используя инновационную технологию ускорения ветра, которая направляет ветер на пять лопастей.

Эта новая технология предлагает дополнительные преимущества. Турбины не должны быть такими же высокими, как облака, чтобы вырабатывать электричество, маленькие лопасти вряд ли навредят птицам и летучим мышам, поскольку их ширина равна башне, а турбина тихая и простая в эксплуатации.

Несколько роторов

Если стая гусей летает эффективнее одинокого гуся, парусная лодка с большим количеством парусов движется быстрее, чем лодка с одним парусом, а животное с четырьмя ногами бегает быстрее, чем одно с двумя, то почему бы и нет ветряк с несколькими роторами производит больше энергии, чем ветряк с одним ротором? Это вопрос, который задавали себе конструкторы Selsam Innovations при разработке своей многороторной системы.

Хотя роторы большего размера захватывают больше ветра, они намного тяжелее. Разработчики Selsam считают, что, поскольку меньшая скорость вращения не оправдывает большего захвата ветра, они разработали систему с несколькими небольшими легкими роторами, установленными на одном приводном валу. Вал направлен вниз, а роторы расположены на достаточном расстоянии друг от друга, так что каждый ротор получает свежий ветер. В ходе испытаний, проведенных в Техачапи, Калифорния, и отслеживаемых Windtesting.com, их модель вырабатывала такое же количество энергии при половине скорости ветра, как обычная горизонтальная турбина. При той же скорости ветра в шесть раз больше.

В нем используется 21 лопасть, чтобы использовать даже самый слабый ветер и вырабатывать энергию, вращая обычный генератор. Этот метод оптимизирует генерируемую мощность при минимизации необходимого ввода и скорости ветра, необходимых для активации турбины.

Прямой привод

Разработанные с помощью компьютера лопасти несущего винта D400, специально предназначенные для установки на судах и на крышах, специально оптимизированы для работы на малых скоростях и работают от генератора с прямым приводом мощностью 400 Вт. Это еще один пример впечатляющей, эффективной безредукторной или прямой ветряной турбины.

В ходе испытаний, проведенных яхтсменами у южного побережья Великобритании, в районе со средней скоростью ветра 9 узлов, турбина D400 превзошла остальные восемь протестированных турбин. Его мощность более чем вдвое превышала мощность следующей лучшей турбины, несмотря на то, что она была меньше. Производитель также утверждает, что эта модель очень тихая и не вибрирует, что делает ее безопасным выбором для крыши.

Специально оптимизированный и предназначенный для работы вблизи оживленных и густонаселенных мест, D400 практически не создает шума и вибрации. Этот баланс мощности и тишины достигается за счет того, что турбина работает относительно медленно по сравнению с заданной электрической мощностью. D400 работает примерно в четверть быстрее конкурирующих устройств с такими же возможностями.

Лопасти этой турбины были спроектированы для обеспечения оптимальной эффективности с использованием передового компьютерного программирования и изготовлены из прецизионного литого нейлона, армированного стеклом. Эта конструкция в сочетании с прочной и эффективной конструкцией самой турбины делает D400 одной из самых надежных и безопасных ветряных турбин, доступных сегодня.

Ветряная микротурбина

Ветряная микротурбина намного меньше по размеру, чем даже небольшие личные ветряные турбины, которые обычно устанавливаются на больших зданиях или домах. Они бывают либо с вертикальной осью, либо с горизонтальной осью.

Ветряная турбина Happybuy в настоящее время является самой популярной и самой популярной микроветровой турбиной на рынке. Способная надежно снабжать электроэнергией дома, посты, метеостанции и базы связи, количество применений, которые вы можете получить от этой маленькой турбины, бесконечно.

Это турбина с вертикальной осью, что означает, что она может собирать турбулентный поток воздуха, создаваемый зданиями и другими сооружениями. Он может похвастаться специальной магнитной цепью, разработанной специально для значительного снижения пускового момента этой турбины. Это означает, что он запускается без проблем со скоростью включения 2 мили в час.

Более высокие, более сильные и внезапные ветры не являются проблемой благодаря встроенной системе автоматического торможения турбины. В турбине также есть микропроцессорное управление, которое помогает эффективно регулировать выходной ток, а также напряжение, которое генерирует турбина.

Каждая деталь этой микроветряной турбины изготовлена ​​из высококачественных, атмосферостойких материалов, которые способствуют общей долговечности и долговечности турбины. Согласно отзывам клиентов, его также невероятно просто установить, с простыми инструкциями.

Даже при слабом ветре вы можете заряжать свой дом, магазин или использовать его в качестве портативного источника питания. Даже с помощью микроветряной турбины вы можете заряжать батареи и обеспечивать достаточное количество чистой возобновляемой энергии, чтобы смягчить некоторые общие последствия вашего общего углеродного следа.

На что следует обратить внимание

Убедитесь, что вы соблюдаете местные законы о зонировании, и если законы не содержат ясности в отношении использования личного ветряного двигателя, обязательно спросите об этом перед его установкой. Вы не хотите выполнять работу и вкладывать средства в покупку и установку ветряной турбины только для того, чтобы нарушить правила ассоциации домовладельцев или местные постановления.

Любая ветряная турбина будет генерировать бесплатную электроэнергию для вашего использования, а также уменьшит общий выброс CO2 в вашем доме. Вы даже можете иметь право на получение дополнительного дохода от правительства за счет использования ветряных турбин, особенно если вы экспортируете какую-либо дополнительно выработанную энергию в национальную сеть.

Проведите энергоаудит вашего дома или участка, на котором вы хотите использовать ветряную турбину. Аудит поможет определить, сколько энергии вам нужно производить, чтобы беспрепятственно продолжать свою повседневную жизнь или бизнес, а также может подсказать вам, где вы, возможно, тратите энергию впустую на регулярной основе. Сокращение отходов поможет оптимизировать использование вашей турбины.

Следующим препятствием будет решить, где и как установить ветряк. Вам следует избегать установки турбины на крыше, если это особенно громоздко, так как вибрации турбины могут вызвать нежелательный шум и привести к повреждению конструкции вашего дома и самой турбины. Расположите турбину в месте, где она будет получать максимальный поток ветра, доступный в непосредственной близости от вас.

Даже в слабоветренной местности «класса 1» преимущества установки и использования ветряной турбины стоят потраченного времени и усилий. Они сэкономят вам деньги с течением времени, сократив расходы на оплату счетов за электроэнергию, по крайней мере, и, в лучшем случае, вернут вам деньги, позволяя вам жить «зелено».

Все варианты в этом списке предназначены для районов со слабым ветром, поэтому вы можете выбрать то, что, по вашему мнению, больше подходит вам и вашим потребностям для эффективной энергии ветра.

С каждым днем ​​становится доступным все больше и больше вариантов, что усложняет вашу работу как потребителя, но преимущество в том, что если вы делаете свою работу правильно, вы найдете систему, которая подходит именно вам. Так что, если вы живете в Калмсвилле, США, где воздух всегда спокоен, не отказывайтесь от своей мечты о приобретении ветряной турбины. Просто найдите время, чтобы пройтись по магазинам, и вы найдете модель, которая вас поразит.

Рекомендуемое изображение: Avelino Calvar Martinez

Низкоскоростная ветровая турбина с высоким крутящим моментом Генератор с постоянными магнитами

Ветряные турбинные генераторы с постоянными магнитами — гидротурбины.

Они обычно используются в небольших ветряных турбинах, а также в больших МВт, до 7-10 МВт. Они характеризуются высокой эффективностью, высокой удельной мощностью и прочной конструкцией ротора по сравнению с асинхронными генераторами и машинами с импульсным сопротивлением.

Типичная ветряная турбина [1]

Генератор ветровой турбины с прямым приводом Тип

В настоящее время в большинстве трансмиссий ветряных турбин используются генераторы, соединенные с редукторами. Последний ускоряет вращение от относительно низкой скорости лопастей турбины до высоких скоростей, необходимых для выработки электроэнергии с помощью асинхронного генератора с фиксированной скоростью. Учитывая множество движущихся частей, редуктор является одним из компонентов ветряной турбины, требующих самого тщательного обслуживания. Генератор с прямым приводом представляет собой альтернативное решение для выработки электроэнергии на гораздо более низкой скорости с меньшим количеством движущихся частей и меньшими потерями при передаче; таким образом, обеспечивая гибкое управление и более быструю реакцию на колебания ветра и изменения нагрузки для ветряных турбин с регулируемой скоростью.

A 120 слотов, 116 полюсов СДПМ поверхностного монтажа для ветряной турбины

Пакет решений для электрических машин быстро становится больше и тяжелее из-за высоких требований к крутящему моменту. Для решения задач проектирования таких машин и изучения явлений, связанных с высокомоментными и низкоскоростными генераторами, таких как электромагнитные, тепловые, механические, потери и характеристики напряжения сосредоточенных сил, требуется комплексное и точное решение для электрических машин. Симуляторы двигателей EMWorks EMS, EMWorks2D и MotorWizard используются для выполнения двухмерного и трехмерного анализа генератора ветровой турбины. Результаты анализа нагрузки моделирования генератора ветровой турбины показаны ниже.

Для полностью резистивной нагрузки распределения магнитного потока и плотности тока при базовой скорости 51,7 об/мин представлены на анимационных графиках ниже.

График плотности магнитного потока

График плотности тока

При той же скорости генератор создает высокий электромагнитный момент, который достигает максимального значения около 4800 Нм.

Электромагнитный крутящий момент для генератора при базовой скорости (51,7 об/мин)

Симулятор EMWorks2D вычисляет и отображает все потери во всем генераторе. На следующих рисунках показаны графики зависимости потерь в сердечнике и обмотке от шагов по времени. Очевидно, что высокие потери в области статора создают высокую температуру в стали.

Потери в сердечнике статора и ротора в зависимости от времени при базовой скорости (51,7 об/мин) генератора

Результат потери обмотки в зависимости от времени генератора при базовой скорости (51,7 об/мин)

Стационарное распределение температуры статора для катушек фазы А

Заключение

Ветряные турбины с прямым приводом могут создавать высокий крутящий момент без использования редукторов. Однако результирующие потери в сердечнике и обмотке могут быть большими и могут привести к повышению температуры. Пакет программного обеспечения для виртуального прототипирования EMWorks, EMWorks2D, используется для изучения и моделирования ветряных турбин.