Описание конструкций и обзор параметров паровых турбин большой мощности для АЭС

На рисунке 16 представлена тепловая схема турбоустановки.

 

 

Рис. 16. Тепловая схема турбоустановки с турбиной К-1000-5,9/25-2:

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

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

10 — конденсатор; 11 — конденсатный насос; 12, 13 — холодильники основного эжектора и эжектора уплотнений; 14 — ПНД; 15 — деаэратор; /6 — турбопривод питательного насоса;

17 — ПВД

 

Пар из парогенераторов по четырем паропроводам подводится к четырем блокам стопорно-регулирующих клапанов, установленным рядом с турбиной. Каждый из блоков включает в стопорный клапан диаметром 600 мм, внутри которого расположен регулирующий клапан диаметром 480 мм. От клапанов в ЦВД пар поступает через два патрубка диаметром 800 мм, расположенных в нижней половине корпуса.

Отвод пара из ЦВД при  давлении  1,2 МПа и влажности 12 % осуществляется по четырем патрубкам, расположенным в нижней половине корпуса. По четырем ресиверным трубам  диаметром   1200мм, выполненным из нержавеющей стали, пар направляется к четырем СПП. После сепарации влаги, отводимой в ПВД, осуществляется двухступенчатый перегрев пара (в первой ступени — паром из отбора с давлением 2,98 МПа и температурой 233,5 °С, во второй ступени — свежим паром).

Перегретый   пар   с   параметрами   1,14 МПа   и 250 ^оС поступает в ресивер, из которого питаются три ЦНД. Таким образом, в отличие от турбины К-1000-5,9/1500-1 в    рассматриваемой турбине отсутствует ЦСД. Непосредственно на входе в ЦНД установлены стопорные поворотные заслонки диаметром 1200 мм. Подвод пара в ЦНД осуществляется в нижние половины корпусов.

Собственно турбина состоит  из ЦВД и трех одинаковых ЦНД, расположенных между ЦВД и генератором. Исключение ЦСД и другие меры, описываемые ниже, позволили сократить длину турбины по сравнению с турбиной К-1000-5,9/1500-1 с 57,4 до 52,2 м и уменьшить ее массу с конденсаторами на 350 т.

Валопровод турбоагрегата состоит из роторов четырех цилиндров и ротора генератора. Каждый из роторов уложен в два опорных подшипника. Все корпуса подшипников выполнены выносными, опирающимися на ригели. Корпуса подшипников, расположенные между цилиндрами, содержат по два опорных вкладыша соединяемых роторов. В корпусе между ЦВД и ЦНД также устанавливается симметричный упорный подшипник. Для соединения роторов используются жесткие муфты, полумуфты которых откованы заодно с концевыми участками валов. Насадную полумуфту имеет только ротор генератора. Между полумуфтами роторов генератора и ЦНД установлен промежуточный вал, на котором размещены кулачки обгонной муфты ВПУ. Валопровод снабжен гидростатической системой подъема роторов.

ЦВД выполнен двухпоточным, симметричным. Каждый из потоков включает семь ступеней. Ротор ЦВД сварно-кованый, состоит из четырех частей. Материал ротора - хромомолибденовая сталь. Средняя часть ротора выполнена заодно с дисками. Такую конструкцию ротора иногда называют барабанной. Примерно одинаковая толщина корпуса и барабана позволяет уменьшить относительное расширение ротора и статора при переходных режимах. Диаметр шеек ротора в опорных подшипниках составляет 560 мм. На концевом участке ротора со стороны ЦНД заодно с валом выполнен гребень упорного подшипника диаметром 950 мм.

Рабочие лопатки установлены  на дисках с помощью грибовидных хвостовиков. Рабочие лопатки первых ступеней имеют цельнофрезерованные бандажи, а рабочие лопатки остальных ступеней - накладные приклепанные ленточные бандажи. Масса ротора ЦВД составляет 49,3 т, длина — 11м.

Корпус ЦВД выполнен двухстенным. Внутренний корпус включает в себя по три ступени в каждом потоке. Две пары диафрагм последующих ступеней (в каждом потоке) установлены в обоймы, помещенные в расточках внешнего корпуса. Диафрагмы имеют сварную конструкцию, выполнены из нержавеющей стали, сболчиваются по разъему, а некоторые из них — попарно в осевом направлении. Внутренний корпус и обоймы в местах контакта с диафрагмами защищены вставками из нержавеющей стали для исключения щелевой эрозии. Внешний корпус ЦВД опирается на приливы подшипников с  помощью лап,  отлитых  заодно с фланцами нижней части корпуса.

 

На рисунке 17 представлена конструкция ЦВД.

 

 

 

 

 

Рис. 17. Цилиндр высокого давления турбины К-1000-5,9/25-2 ХТЗ

 

Проточная часть ЦНД состоит  из двух потоков по семь ступеней в  каждом. Ротор ЦНД сварной, изготовлен из 14 кованых заготовок. Концевые части  имеют шейки диаметром 800 мм под  опорные вкладыши. Размеры рабочей  лопатки последней ступени такие  же, как и у турбины К-1000-5,9/1500-1.

Рабочие лопатки пяти первых ступеней ЦНД имеют грибовидные  хвостовики, двух последних — елочные  с торцевой заводкой по дуге окружности. Все рабочие лопатки снабжены бандажами: первые три ряда имеют цельнофрезерованные бандажи с демпферными вставками, два последующих ряда - накладные ленточные бандажи, предпоследний ряд - цельнофрезерованный, последний - приклепываемый бандаж типа «наездник». Два последних ряда рабочих лопаток содержат по одной демпферной трубчатой связи; их входные кромки закалены токами высокой частоты для уменьшения эрозионного воздействия капель влаги.

Масса облопаченного ротора ЦНД составляет 178т, длина - 12,5 м, максимальный диаметр - 5,622 м. Несколько большие массу и габариты имеет ротор ЦНД с учетом промежуточного вала и установленного на нем колеса валоповоротного устройства.

Корпус ЦНД состоит  из среднего корпуса с заключенной  в нем проточной частью и двух выходных патрубков. Поскольку давление на входе в ЦНД достаточно высокое (1,12МПа), его корпус сделан двухстенным: внутренний корпус (обойма) содержит по четыре ступени в каждом потоке; диафрагмы остальных ступеней установлены во внешнем корпусе. За первой, второй, четвертой и пятой ступенями организованы отборы пара на регенерацию, с которыми отводится значительная часть влаги. Кроме того, диафрагмы двух последних ступеней выполнены с внутриканальной сепарацией.

Диафрагмы ЦНД имеют сварную  конструкцию: полотна и ободы их выполнены из углеродистой стали, бандажные ленты и сопловые лопатки — из нержавеющей стали.

Большие габариты ЦНД (осевой размер 11,38 м, поперечный — 14,8 м) приводят к появлению значительных сил, действующих на корпус от атмосферного давления; большими при этом оказываются и весовые нагрузки на фундамент от массы деталей. Поэтому создана специальная система опирания ЦНД на фундамент. Корпуса подшипников ЦНД выполнены выносными. Они устанавливаются на фундаментные рамы, залитые в поперечные балки-ригели. К корпусам подшипников жестко прикреплены камеры концевых уплотнений ЦНД, а герметичность соединений этих камер с торцевыми стенками выходных патрубков обеспечивается установкой сильфонов, не препятствующих взаимному перемещению корпусов подшипников и ЦНД. Таким образом, нагрузка от вез ротора, составляющая   около   200 т, воздействует только через корпуса подшипников на ригели и не передается на внешний корпус ЦНД.

В подавляющем большинстве  конструкций конденсатор турбины присоединяется к ее выходному патрубку жестко, с помощью сварки; при этом конденсатор устанавливается на пружинах, допускающих тепловые расширения переходного патрубка конденсатора, но передающих часть вертикальных усилий с конденсатора на корпус ЦНД. Для ЦНД и рассматриваемой турбины только масса воды заполняющей водяные камеры и трубки конденсатора, составляет почти 600 т. Поэтому принята раздельная схема опирания корпуса ЦНД и конденсатора: ЦНД опирается на верхнюю, а конденсатор - на нижнюю фундаментные плиты; их взаимное тепловое расширение компенсируется герметичным сильфонным    соединением    выходного    патрубка ЦНД и переходного патрубка конденсатора.

На рисунке 18 представлена конструкция ЦНД турбины К-1000-5,9/25-2 ХТЗ.

Рис. 18. Цилиндр низкого давления турбины К-1000-5,9/25-2 ХТЗ

 

Для опирания ЦНД на фундамент служат четыре торцевые лапы и дополнительно четыре боковых балкона. Торцевые лапы крепятся к торцевым стенкам нижних частей выходных патрубке зоне горизонтального разъема. С их помощью ЦНД опирается на фундаментные рамы, установленные на стенах фундамента. Между торцевыми лапами и рамами имеются разгрузочные устройства пружинного типа, воспринимающие часть вертикальной нагрузки, приложенной к корпусу уменьшающие тем самым силы трения на поверхностях опирания. Боковые балконы служат для дополнительного опирания ЦНД через блоки социальных пружин на продольные балки. Пружины боковых балконов и разгрузочные устройства торцевых лап воспринимают до 85 % массы ЦНД в сборе, и поэтому на опоры торцевых лап действуют небольшая часть массовой нагрузки и вертикальная сила от атмосферного давления.

Для обеспечения достаточной жесткости корпуса от действия атмосферного давления на торцевые стенки выходных патрубков между торцевыми лапами и средним корпусом установлены продольные стержневые фермы; они находятся выходных патрубков. Дополнительное усиление обеспечивается двумя коробами прямоугольного сечения, приваренными по бокам к нижней среднего корпуса.

Тепловое расширение турбины организовано следующим образом. Все корпуса подшипников, как указывалось выше, являются выносными и зафиксированы на фундаментных рамах с помощью продольных и поперечных шпонок. Совмещение вертикальных плоскостей корпусов подшипников и цилиндров турбины осуществлено посредством вертикальных шпонок, расположенных между ними. Корпус ЦВД зафиксирован на приливах корпуса переднего подшипника поперечными шпонками, установленными между лапами и их опорными поверхностями. Другие лапы ЦВД свободно скользят по опорным поверхностям второго корпуса подшипника. Корпуса ЦНД не имеют силовой связи с корпусами подшипников. Фикспункт ЦНД образован посредством двух поперечных шпонок, установленных под торцевыми лапами ЦНД и фундаментными рамами.