Паровые турбины ТЭС

Основные сведения

Паровые турбины представляют собой основной тип тепловых машин (двигателей), служащих для привода электрических генераторов современных тепловых электростанций.

По сравнению с другими типами тепловых двигателей (паровыми машинами, двигателями внутреннего сгорания и газовыми турбинами) паровые турбины имеют ряд существенных преимуществ: постоянная частота вращения вала, возможность получения частоты вращения, одинаковой с частотой вращения электрогенератора, экономичность работы и большая концентрация единичных мощностей в одном агрегате. Кроме того, паровые турбины относительно просты в обслуживании и обладают способностью изменения рабочей мощности в широком диапазоне электрической нагрузки.

Принцип действия паровой турбины заключается в преобразовании тепловой энергии пара, поступающего из парогенератора, в кинетическую энергию потока пара, который, воздействуя на рабочее колесо турбины, приводит его во вращение, отдавая при этом часть своей энергии.

Принципиальная схема работы пара в турбине показана на рис. 8.1. Поступающий из парогенератора к турбине пар сначала проходит через сопла У, где его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию потока, после чего с большой скоростью направляется на рабочие лопатки 2, расположенные на ободе диска (ротора) 3 или специального барабана, закрепленного на валу турбины 4.

По направлению потока пара различают осевые, или аксиальные, турбины, в которых поток направлен вдоль оси ротора, и радиальные, в которых поток направлен от центра к периферии ротора (см. рис. 8.1, б).

Рабочие лопатки имеют изогнутую форму и в совокупности образуют систему криволинейных каналов (так называемую рабочую решетку). При повороте потока пара в каналах таких решеток возникают центробежные и реактивные силы, вращающие диск (ротор) и связанный с ним вал, соединенный через специальную муфту с электрическим генератором (или другим рабочим механизмом, например, насосом, компрессором, воздуходувкой и т. п.).

В конструкции турбины выделяют два основных элемента: сопловые каналы (сопловые решетки) и рабочие колеса с лопатками, образующие рабочие решетки. Сопловый аппарат вместе с соответствующими рабочими лопатками образуют ступень давления. Поэтому рассмотренную простейшую турбину (см. рис. 8.1, а) называют одноступенчатой. При работе современных ТЭС перепады теплоты в турбинах высоких начальных и низких конечных параметров пара могут достигать больших значений 1200−1500 кДж/кг. Поэтому для создания мощных и эффективных турбин применяют многое ту пен чатые турбины. В качестве примера на рис. 8.2 показана схема активной турбины с тремя ступенями давления (дискового типа).

Рис. 8.1. Принципиальная схема работы пара в турбине: а — турбина аксиальная: / - сопло; 2 — лопатки; 3 — диск; 4 — вал; б — турбина радиального типа: / - подвод пара; 2 — диски;

3, 4 — рабочие лопатки; 5, 6 — валы; 7, 8 — корпус.

Рис. 8.2. Активная ту рбина с тремя ступенями давления: а — изменение давления пара и абсолютной скорости пара; б — поперечный разрез турбины; /, 9- камеры свежего и отработавшего пара;

2, 4, 6- сопла; 3, 5, 8- рабочие лопатки; 7 — диафрагмы Если преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую происходит только в сопловых решетках, то такой принцип работы пара в турбине называют активным, а соответствующие ступени турбин — активными ступенями. Если же преобразование потенциальной энергии пара происходит не только в сопловых (неподвижных), но и во вращающихся рабочих решетках, то такой принцип действия пара называют реактивным, а соответствующие ступени — реактивными.