ГЛАВА ПЯТАЯ
КОНСТРУКЦИИ ТУРБИН
5-1. КОНСТРУКЦИИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ТУРБИН, РАБОТАЮЩИХ ПЕРЕГРЕТЫМ ПАРОМ.
Турбины, работающие перегретым паром, могут устанавливаться на АЭС со многими типами реакторов. Конструкция турбины определяется в первую очередь начальными параметрами пара.
На многих АЭС с газоохлаждаемыми реакторами, работающими на природном уране (реакторы магноксового типа), на входе в турбину давление пара меньше 5 МПа, а начальная температура не превосходит 400°С. Особенность таких турбин — небольшие располагаемые теплоперепады, большой удельный объем пара на входе.
Как правило, эти турбины имеют два подвода пара (схема двух давлений). Ступени турбины после второго подвода пара обычно располагаются во втором цилиндре или выделяются в особую группу первого цилиндра. На втором подводе пара устанавливается своя паровпускная арматура.
Значительные объемные пропуски пара на входе в турбину предъявляют особые требования к конструированию клапанов и паропроводов впуска из-за больших их размеров. То же самое относится к турбинам с перегревом для АЭС с водоохлаждаемыми реакторами.
Турбины АЭС с усовершенствованными и высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами мало отличаются от турбин ТЭС на те же параметры. Отличия в основном касаются проблем регулирования блока и его эксплуатации. То же самое можно сказать о турбинах высоких параметров для АЭС с ВНР и ВГР на БелАЭС.
Некоторые турбины перегретого пара почти полностью повторяют конструкции, применяемые на ТЭС, хотя по тем или иным причинам они часто работают с несколько измененными параметрами пара.
На БелАЭС установлены турбины К-100-90-6* ЛМЗ с начальными параметрами р0=7,5-8,8 МПа и t0=500-520°C и реакторы водографитового типа с ядерным перегревом.
*В индексации турбин, принятой в СССР, первая буква К означает, что турбина конденсационная, первая цифра — номинальную мощность в мегаваттах, вторая цифра — абсолютное начальное давление пара в кгс/см2, третья цифра — порядковый номер варианта завода. На ТЭС турбина К-100-90 работает при р0=8,8 МПа и t0=535°С.
Первый блок имел неполную двухконтурную схему, второй блок — одноконтурный, с двумя турбоагрегатами. И в том и в другом случае через турбинную установку проходит радиоактивный пар.
Принципиальные схемы блоков приведены в [46], продольный разрез турбины — в [69]. Турбина К-100-90-6 является стандартной турбиной ЛМЗ. Турбина — двухцилиндровая с сопловым парораспределением, частота вращения 50 с-1; ЦВД имеет одновенечную регулирующую ступень и 19 ступеней активного типа, ЦНД выполнен двухпоточным с 5 ступенями в каждом потоке при кольцевой площади последней ступени (одного потока) Ω=4,2 м2 и длине последней лопатки 665 мм.
Во время испытаний второй блок БелАЭС показал высокую среднегодовую экономичность:
На БелАЭС устанавливается блок с реактором на быстрых нейтронах БНР-600 электрической мощностью Рэ=600 МВт [52]. Схема блока представлена на рис. 5-1. Высокие параметры пара перед турбиной: р0=13 МПа, t0=505°С и промежуточный перегрев пара до tпп=505°С — позволяют использовать стандартную паровую турбину К-200-130 ЛМЗ, широко распространенную на электростанциях СССР и ряда других стран, но работающую на ТЭС с t0=540 и 565°С.
Продольный разрез турбины К-200-130 приведен в [69]. Турбина на n=50 с-1 имеет три цилиндра и сопловое парораспределение. Проточная часть ЦВД состоит из одновенечной регулирующей ступени и 11 ступеней, ЦСД — из 11 ступеней, а в ЦНД имеются два потока по 4 ступени. Предпоследняя ступень ЦНД — двухъярусная (ступень Баумана), последняя ступень — с лопаткой l2=765 мм. Кольцевая площадь каждого выхода (полуторного) Ω=7,13 м2. Полная длина турбины 20,55 м, агрегата 30,85 м, общая масса турбины 560 т.
При испытаниях турбина показала высокую экономичность: полный внутренний к. п. д. каждого
Рис. 5-1. Принципиальная схема блока с ВНР БелАЭС (Рэ=600 МВт).
1 — парогенератор Na-HaO; 2 — паровая турбина; 3 — электрический генератор; 4 — конденсатор; 5 — конденсатоочистка; 6 — группа ПНД (четыре ступени); 7 — деаэратор (0,6 МПа); 8 — группа ПВД (три ступени); 9 — система газового разогрева натриевых контуров.
Ожидаемый к. п. д. паротурбинной установки блока с БНР-600 равен ηбр=42% [5].
Турбина мощностью Рэ=1000-1200 МВт проектируется для работы с водографитовым реактором с начальным перегревом РБМКп, при этом перед турбиной параметры пара p0=6,5 МПа, t0=450°С [42].
Турбины зарубежных фирм
Турбостроительные фирмы АЕИ, АДЭ, ЕЕ и «Парсонс» выпускают турбины для английской энергетики и на экспорт. Фирмами создано и спроектировано много турбин на перегретом паре, главным образом для АЭС с газоохлаждаемыми реакторами.
Фирма «Парсонс» изготовила несколько турбин для ГГР магноксового типа. Турбина Рэ=142,5 МВт выполнена на n=25 с-1, остальные турбины имеют меньшую мощность и частоту вращения п=50 с-1. Для АЭС с ГГРу фирма «Парсонс» вместе с фирмой АДЭ спроектировала турбины Рэ=660 МВт на параметры р0=16 МПа, t0=538°С и tпп=538°С; эти турбины близки по конструкции к турбинам для ТЭС, n=50 с-1.
Турбины Рэ=325 МВт фирмы ЕЕ для АЭС с ГГРм работают в цикле двух давлений (рI0=4,5 МПа, рI0=1,75 МПа, tI0=tII0=394°С). Турбины — четырехцилиндровые [61], облопачивание — активного типа, частота вращения n=50 с-1.
Рис. 5-2. Тепловая схема АЭС «Супер-Феникс» с БНР (Рэ=1200 МВт).
1 — испаритель парогенератора; 2 — перегреватель; 3 — промперегреватель; 4 — приемный бак; 5 — ЦВД турбины; 6 — ЦСД; 7 — ЦНД; 8 — электрогенератор; 9 — конденсатор; 10 — конденсатный насос; 11 — конденсатоочистка; 12 — группа ПНД; 13 — деаэратор; 14 — питательный насос с турбоприводом; 15 — группа ПВД; 16 — сепаратор; 17 — аварийный сброс в конденсатор 9.
Фирма ЕЕ изготовила турбину Рэ=300МВт на р0=15,9 МПа и t0=519°С с промежуточным перегревом пара до tпп=519°С (при tпп=3 МПа). Турбина предназначена для АЭС «Даунри 2» с трехконтурной схемой с реактором БНР на жидкометаллическом натрии. Турбина рассчитана на частоту вращения п=50 с-1 и имеет четыре цилиндра: однопоточные ЦВД и ЦСД и два двухпоточных ЦНД. В схеме регенеративного подогрева предусмотрены три смешивающих подогревателя, деаэратор и три ПВД поверхностного типа. Питательный насос имеет приводную турбину, пар в которую поступает из холодной нитки промперегрева, а выход пара направляется в общий конденсатор; tп.в=288oС.
Турбина фирмы АЕИ Рэ=660 МВт на р0=16 МПа, t0=tпп=538°С состоит из пяти цилиндров; внешний корпус ЦВД имеет горизонтальный разъем, внутренний — без разъема и диафрагмы монтируются с торца. ЦВД и ЦСД вместе с корпусами подшипников располагаются на едином стальном фундаменте. Для восстановления давления в выходном патрубке применяется интегральная конструкция ЦНД и конденсатора [61].
На АЭС «Линген» в ФРГ установлены реактор ВВРк с двухконтурной схемой и огневым (на мазуте) перегревом пара и турбина фирмы АЕГ мощностью 250 МВт.
Планируемые АЭС с ГГРт мощностью Рэ=300 МВт (первая из них АЭС «Шмеехаузен») рассчитаны на обычные для ТЭС параметры пара (см. приложение).
Для АЭС «Нидерайхбах» фирмой КВУ изготовлена турбина Рэ=100 МВт на п=50 с-1. Электростанция имеет газоохлаждаемый реактор (теплоноситель СО2, замедлитель D2O) и рассчитана на параметры пара перед турбиной р0=10,5 МПа и t0=530°С, конечное давление рк=2,7 кПа.
Для АЭС «Калкар» с БНР фирмой КВУ изготавливается турбина Рэ=300 МВт на п=50 с 1 с последней лопаткой длиной 1= = 1080 мм.
Фирма КВУ имела заказ на несколько турбин для АЭС (США) с ГГРт и обычными для ТЭС параметрами пара (см. приложение). Каждая турбина рассчитана на Рэ=600- 814 МВт и п=60 с-1.
Французские турбины перегретого пара для АЭС изготавливаются фирмой «Альстом», ныне объединенной с фирмами «Рато-Шнейдер» и МАН. Турбины имеют максимальную мощность 280 МВт и спроектированы на п=50 с-1 с дроссельным (кроме турбин для АЭС «Бреннилис») парораспределением.
Для АЭС «Феникс» с БНР фирмой КЕМ изготовлена турбина Рэ=250 МВт с сопловым парораспределением [156].
Для АЭС «Супер-Феникс» с БНР планируется установка агрегата мощностью Рд=1200 МВт на р0=18 МПа и t0=487°С с паровым промперегревом. Схема пароводяного контура этой трехконтурной АЭС показана на рис. 5-2 [74].
Фирме «Вестингауз» заказаны турбины для АЭС «Фултон» и других АЭС, имеющих гелиевые высокотемпературные реакторы ГГРт. Мощность турбин Рэ=600-770 МВт (см. приложение).
Серия турбин, выпускаемых фирмой ДЭ (Рэ=900 МВт), предназначена для АЭС с ВВРд для работы слабоперегретым паром. Поскольку тепловая схема и конструкция собственно турбин с небольшим перегревом не столь сильно отличаются от установок на насыщенном паре, эти турбины рассмотрены в § 5-4.
В США планируется строительство АЭС „Клинч Ривер“ с БНР [124]. Турбина — на п=60 с-1, Рэмакс=439 МВт и Рэном=376 МВт (см. приложение). Номинальный расход пара G=420 кг/с.
Кроме отмеченных выше турбин, работающих или спроектированных для работы на перегретом паре, отметим ряд японских турбин, в том числе для АЭС «Моньи» с БНР мощностью Рэ=300 МВт на п=60 с-1, рэ= 12,5 МПа и t0=473°С.
