Описание конструкций и обзор параметров паровых турбин большой мощности для АЭС

 

 

3. Турбины Ленинградского металлического завода

и Харьковского турбинного завода

В таблице 3 представлены основные параметры конденсационных турбин ЛМЗ и ХТЗ, конструкции которых рассмотрены ниже.

Таблица 3. Технические характеристики конденсационных турбин 

Характеристика	ЛМЗ	ХТЗ
	К-1000-60/3000	К-1000-60/1500-1	К-1000-60/1500-2
Мощность номинальная, МВт	1074	1100	1114
Частота вращения, 1/с	50	25	25
Параметры свежего пара: давление, Мпа температура, оС	5,88 274,3	5,88 274,3	5,88 274,3
Параметры пара после промежуточного перегрева: давление, Мпа температура, оС	0,51 260	1,12 250	1,12 250
Число отборов на регенерацию	8	7	7
Температура питательной  воды, оС	218	223	220
Номинальная температура  охлаждающей воды, оС	20	15	15
Давление в конденсаторе, кПа	4,9	3,7-4,5	3,7
Расход охлаждающей воды через конденсатор, тыс. м3/ч	170	159,92	169,8
Максимальный расход свежего  пара, кг/с	1630,5	1761	1761
Конструктивная схема  турбины	2ЦНД+ +ЦВД+ +2ЦНД	1ЦВД+ +1ЦСД+ +3ЦНД	1ЦВД+ +4ЦНД
Конструктивная схема  проточной части: ЦВД ЦСД ЦНД	2х5 - 2х5	1х7 2х4 2х5	2х7 - 2х7
Число выходов пара	8	6	6
Длина рабочей лопатки  последней ступени, м	1,2/1,0	1,45	1,45
Средний диаметр последней  ступени, м	3,0/2,8	4,15	4,15
Длина турбины, м	51,6	56,8	50,7
Удельная масса турбины, кг/кВт	2,40	3,2	2,85

1. Турбина К-1000-5,9/50 ЛМЗ.

 

Турбина предназначена для  работы на двухконтурных АЭС в  моно блоке с водо-водяным реактором ВВЭР-1000. Параметры свежего пара следующие: давление 5,89 МПа, влажность 0,5 %. Давление в конденсаторе при температуре охлаждающей воды 20 °С составляет 4,3-5,5 кПа, частота вращения - 50 с^-1. Турбина выполнена с дроссельным парораспределением.

Тепловая схема турбоустановки представлена на рис. 7.

Рис. 7. Тепловая схема турбоустановки с турбиной К-1000-5,9/50 ЛМЗ

 

Турбина состоит из ЦВД  и четырех ЦНД, расположенных  попарно слева и справа от ЦВД. Пар из парогенераторов по четырем паропроводам диаметром 600 мм подводится к четырем блокам стопорно-регулирующих клапанов. Блоки клапанов установлены рядом с турбиной. Четыре паропровода,  идущие от них,  попарно объединяются для подачи пара в ЦВД через два штуцера диаметром 700 мм, расположенные в нижней половине корпуса ЦВД.  Это не требует отсоединения  перепускных труб от турбины перед вскрытием ЦВД.

В двухпоточном ЦВД пар расширяется до давления 0,58 МПа и влажности 14,4%. Для обеспечения малых скоростей и тем самым для уменьшения эрозионного износа отвод пара из ЦВД в СПП осуществляется по четырем патрубкам диаметром  1000мм. В турбоустановке использовано четыре СПП, установленных по два с каждой стороны турбины. В СПП сначала сепарируется влага, а затем происходит одноступенчатый перегрев свежим паром до температуры 250 °С при давлении 0,51 МПа. На рисунке 8 представлена конструкция ЦВД.

 

 

 

Рис. 8. Цилиндр высокого давления турбины К-1000-5,9/50 ЛМЗ

 

    Непосредственно на крышках СПП установлены стопорные поворотные заслонки и регулирующие клапаны, имеющие индивидуальный сервомоторный привод. Клапаны обеспечивают защиту турбины от разгона при аварийных режимах с отключением генератора от сети.

К каждому из ЦНД пар  подводится по двум трубам диаметром 1,2 м, которые раздваиваются на два коротких патрубка диаметром 850 мм, по которым пар поступает в верхние и нижние половины ЦНД.

Валопровод турбины состоит из ротора ЦВД, четырех роторов ЦНД и ротора электрического генератора. Каждый из роторов уложен на два опорных подшипника; вкладыши всех подшипников сегментные. Отдельные роторы соединены жесткими муфтами. Упорный подшипник, совмещенный с опорной частью в одном вкладыше, расположен между ЦВД и ЦНД-2.

Цилиндр высокого давления выполнен двухпоточным. Каждый из потоков состоит из пяти ступеней. Корневой диаметр всех ступеней одинаков и равен 1275 мм; высота рабочей лопатки первой ступени составляет 100 мм, последней — 370 мм.

Ротор ЦВД изготовлен цельнокованым из стали Р2МА. Его полумуфты выполнены заодно с валом. Корпус ЦВД двухстенный. Внутренний корпус охватывает две первые ступени обоих потоков. Он устанавливается во внешнем корпусе обычным образом с помощью системы шпонок, обеспечивающих свободное, но вполне определенное тепловое расширение относительно внешнего корпуса. Подвод пара во внутренний корпус через стенку внешнего выполнен с помощью соединения телескопического типа, достаточно плотного, но не препятствующего взаимному тепловому перемещению внутреннего и внешнего корпусов. Диафрагмы третьей - пятой ступеней установлены по одной в обоймах, а последние во внешнем корпусе ЦВД. Это позволяет после каждой ступени, начиная со второй, организовать отборы пара, вместе с которыми удается отвести и значительную часть образующейся влаги. Оба корпуса ЦВД изготовлены из нержавеющей стали.

Приняты и другие меры по снижению износа ЦВД, вызванного протекающим  плотным влажным паром. Вильчатые  хвостовики рабочих лопаток закрывают  обод диска, который выполнен из слаболегированной стали, хуже сопротивляющейся эрозионному износу, чем нержавеющие стали. Кроме того, бандажи выполнены заодно с рабочей частью лопаток с наклоненной по ходу пара внутренней поверхностью, способствующей за счет центробежных сил отводу влаги в улавливающие камеры; сами рабочие лопатки электронным лучом свариваются в пакеты из четырех-пяти лопаток по бандажам и хвостовикам, что повышает их вибрационную надежность. Для этой же цели в бандажных полках рабочих лопаток последних ступеней установлена специальная демпферная связь.

Проточная часть ЦНД полностью  унифицирована с проточной частью ЦНД турбины К-1200-23,5. В частности, для работы при глубоком вакууме предусматривается использование рабочей лопатки из титанового сплава длиной 1200мм.

На рисунке 9 представлена конструкция одного из ЦНД.

Однако, в отличие от ЦНД  турбины К-1200-23,5, для ротора использована не сварная, а цельнокованая конструкция без центрального сверления. Обладая прочностью сварного ротора, цельнокованый ротор требует существенно меньших расхода металла (примерно в 2 раза) и времени изготовления (примерно в 4—6 раз).

На рисунке 10 представлена конструкция ротора ЦНД.

 

Рис. 9. Цилиндр низкого давления турбины К-1000-5,9/50 ЛМЗ

 

 

Рис. 10. Ротор ЦНД турбины К-1000-5,9/50 ЛМЗ

 

На рисунке 11 представлена схема тепловых расширений турбины на фундаменте.

 

 

Рис. 11. Схема тепловых расширений турбины К-1000-5,9/50 ЛМЗ на фундаменте

 

Корпуса подшипников 1 ЦНД и 2 ЦВД с помощью продольных шпонок (не показаны на рисунке) и поперечных шпонок 7 фиксируются на фундаментных рамах 5. Аналогичным образом с помощью поперечных шпонок 9 фиксируются ЦНД, устанавливаемые своими опорными поясами на узкие фундаментные рамы 6. Цилиндр высокого давления подвешивается к корпусам подшипников 2 с помощью лап. Одна из лап посредством поперечной шпонки 3 фиксирует корпус ЦВД относительно корпуса подшипника. Вторая лапа 4 скользит по своей опоре свободно. Тем самым обеспечиваются относительно малые тепловые перемещения всех цилиндров турбины. Вертикальные плоскости всех цилиндров и корпусов подшипников совмещаются с помощью вертикальных шпонок 8.

 

2. Турбина  К-1000-5,9/25-1  ХТЗ.

 

 Турбина К-1000-5,9/25-1 имеет частоту вращения 1500 мин и номинальную мощность 1100 МВт при работе на насыщенном паре с начальными параметрами 5,89 МПа и 274,3°С (начальная влажность 0,5 %), с внешней сепарацией и двухступенчатым перегревом пара до температуры 250 °С при давлении 1,12 МПа и давлении в конденсаторе 4 кПа. При давлении в конденсаторе  5,9 кПа турбина поставляется  с двумя ЦНД (при р_к = 4 кПа поставляется с тремя ЦНД).

На рисунке 12 представлена тепловая схема турбоустановки.

Рис. 12. Тепловая схема турбоустановки с турбиной К-1000-5,9/25-1:

1 — реактор; 2 — ГЦН; 3 — парогенератор; 4 — стопорно-регулируюший клапан; 5 — ЦВД;

6 — сепаратор; 7 — промежуточный пароперегреватель; 8 — ЦСД; 9 — ЦНД; 10—генератор;

11— конденсаторы; 12 — коиденсатиый насос; 13, 14 — холодильники основного эжектора и эжектора уплотнений; 15—ПНЛ; 16 — деаэратор; 17 — турбопривод питательного насоса; 18 – ПВД.

 

От четырех парогенераторов  реактора ВВЭР-1000 по четырем трубам пар подается к четырем блокам комбинированных стопорно-регулирующих клапанов, расположенным по обе стороны турбины. Все четыре    регулирующих    клапана    перемещаются одновременно, т.е.  в турбине используется дроссельное парораспределение.

В двухпоточном ЦВД пар расширяется и при давлении 1,2 МПа и  влажности 12% отводится в четыре СПП. В сепараторе происходит отделение образовавшейся влаги. Затем пар перегревается сначала в первой ступени паром, отбираемым из ЦВД с параметрами 2,82 МПа и 230 ^оС, а затем во второй ступени свежим паром. После промежуточного перегрева пар поступает в двухпоточный ЦСД, а из него — в две ресиверные трубы, расположенные над турбиной. Из ресиверных труб он раздается на три двухпоточных ЦНД, из которых направляется в боковые конденсаторы.

Турбина состоит из ЦВД, ЦСД  и трех ЦНД (при давлении в конденсаторе 4 кПа).

Конструкции ЦВД, ЦСД и  одного из ЦНД представлены на рисунках 13, 14 и 15 соответственно. Валопровод турбины состоит из пяти роторов цилиндров и ротора генератора. Каждый из роторов уложен в два опорных подшипника. Роторы соединены между собой жесткими муфтами, полумуфты которых откованы заодно с валами. Упорный подшипник выполнен отдельно и размещен в корпусе между ЦВД и ЦСД.

 

Рис. 13. Цилиндр высокого давления турбины К-1000-5,9/25-1 ХТЗ

 

ЦВД выполнен двухпоточным. Ротор ЦВД цельнокованый,  жесткий.   Корпус   ЦВД двухстенный. Тонкостенный   внутренний   корпус   изготовлен из эрозионно стойкой стали. В нем размещаются две пары   диафрагм   двух   потоков.   Четыре   обоймы, также   содержат   по   две   диафрагмы. Диафрагмы ЦВД  сварные.   Перед  установкой  во   внутренний корпус или обойму диафрагмы соединяются бортами попарно в осевом направлении. Разъем диафрагм плотно затягивается болтами после их установки. Это   уменьшает   протечки    пара   поверх установочных гребней и снижает опасность щелевой эрозии. За внутренним корпусом и за обоймами выполнены патрубки отборов пара на регенерацию.

Рис. 14. Цилиндр среднего давления турбины К-1000-5,9/25-1 ХТЗ

 

ЦСД также выполнен двухпоточным. В каждом токе установлено по четыре ступени (в варианте турбины с двумя ЦНД в каждом потоке ЦСД размещено по пять ступеней). Ротор ЦСД сварно-кованый, жесткий. Корпус ЦСД состоит из трех частей, отлитых и затем скрепленных болтами по вертикальным технологическим разъемами. Диафрагмы, устанавливаемые непосредственно в корпусе ЦСД, выполнены сварными. Их полотна и ободы изготовлены из низколегированной стали.

 

Рис. 15. Цилиндр низкого давления турбины К-1000-5,9/25-1 ХТЗ

 

Проточная часть ЦНД состоит  из двух потоков по пять ступеней. Последняя  ступень имеет средний диаметр 4150 мм, длину рабочей лопатки 1450 мм. Корпус ЦНД выполнен одностенным ввиду сравнительно небольшого давления на входе примерно 0,35 МПа). Турбина снабжена боковыми конденсаторами.

 

3. Турбина К-1000-5,9/25-2 ХТЗ.

 

Турбина предназначена для  работы на двухконтурной АЭС в  моноблоке с водо-водяным реактором  ВВЭР-1000. Давшие свежего пара составляет 5,89 МПа, влажность - 0,5 %, расчетное давление в конденсате - 3,92 кПа при температуре охлаждающей воды 15°С.    Номинальная мощность турбины 1114 МВт, частота вращения  1500 мин^-1. Турбина выполнена с дроссельным парораспределением и имеет три (по числу ЦНД) подвальных конденсатора.