5-3. КОНСТРУКЦИИ ТУРБИН ЗАВОДОВ ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН
В Европе турбины для АЭС производят английские фирмы; ГЕТТ — объединение фирм «Альстом» — «Рато» — МАН; швейцарская фирма, включающая заводы в ФРГ, «Броун- Бовери» (ББЦ); западногерманская фирма КВУ; чехословацкие заводы «Шкода», шведская фирма «Стал-Лаваль», а также ряд предприятий, в основном ориентирующихся на конструкции и лицензии других стран.
Турбины Англии
Поскольку энергетика Англии ориентирована на АЭС с газоохлаждаемыми реакторами, то английские турбостроительные заводы выпускают турбины насыщенного пара в основном на экспорт.
Фирма АЕИ изготовила для электростанции «Дуглас Пойнт» с ТТР турбины мощностью 220 МВт с полуторным выходом и n=30 с-1. Турбина имеет ЦВД, после которого пар направляется в сепаратор центробежного типа и перегреватель, и три ЦНД (см. приложение).
Для английской электростанции «Уинфрит» с ВТР создана турбина на n= 50 с-1 мощностью 100 МВт (Рмакс=120 МВт) на насыщенном паре с р0=6,2 МПа. Турбина состоит из двух цилиндров. В ЦВД — дроссельное парораспределение. Пар после 6 ступеней активного типа подсушивается во внутреннем сепараторе, представляющем диафрагму с большим осевым расстоянием перед последующей ступенью, имеющей сопловую решетку малой кривизны (см. § 3-3). Описание конструкции турбины и ее конденсатора см. в [61].
Фирма ЕЕ-АЕИ спроектировала для шведской АЭС «Рингхалс I» с ВВРк турбину насыщенного пара Рэ=400 МВт (см. приложение) и [61]. Фирма предлагает проекты [111] турбин насыщенного пара на n=50 с-1 еще большей мощности, вплоть до Рэ=600:900 МВт, с двухпоточным ЦВД и четырьмя ЦНД. При этом удельная нагрузка выхода возрастет до Рэ/Ω=10-15 МВт/м2 и GK/Ω=8,2-12,4 кг/(с-м2) (вакуум не указан). Общая длина турбины L=41 м. Если применить полуторный выход, то предельная целесообразная мощность быстроходной турбины существенно возрастает и по [105] составит около 1000 МВт.
Фирма ЕЕ-АЕИ для американских АЭС спроектировала турбины Рэ=1170-1200 МВт на n=30 с-1 (см. рис. 5-15 и приложение).
Фирма «Парсонс» спроектировала серию турбин насыщенного пара, включая турбину мощностью Рэ=1100 МВт (на n=30 с-1).
Проточные части всех этих турбин сходны с показанными на рис. 5-16, где представлен продольный разрез турбины 600 МВт. Фирма изготавливает мощные турбины насыщенного пара с дроссельным парораспределением.
Конструкции внешних сепараторов и промперегревателей фирмы рассмотрены в § 4-4. Перед ЦНД устанавливаются отсечные клапаны. Клапаны высокого давления принципиально не отличаются от используемых в турбинах ТЭС. Специфическими особенностями турбин насыщенного пара фирма считает [134]: необандаженные рабочие лопатки ЦВД (рис. 5-17,а), улучшающие эвакуацию влаги (см. рис. 2-40) и менее чувствительные по экономичности к влажному пару, а также особую конструкцию влагоудаления из группы последних ступеней ЦВД.
Рис. 5-15. Турбина насыщенного пара фирмы ЕЕ-АЕИ (Рэ=1200 МВт, n=30 с-1). Показан один из трех ЦНД.
В обойме этой группы образованы кольцевые желобки над задними кромками рабочих лопаток. Перед выходом в выходной патрубок турбины или в сепараторы перед ЦНД отсепарированная влага проходит через серию сопл, благодаря чему, по мнению фирмы, улучшается сепарация и уменьшается эвакуированная доля пара. Кроме того, в двухпоточных ЦВД применяется рассмотренная в § 3-2 (см. рис. 3-19) схема перепуска отсепарированной влаги помимо групп ступеней. Одним из достоинств такой схемы фирма считает дополнительный теплообмен между этой перепускаемой частью пара и внешним корпусом ЦВД в случае изменения нагрузки агрегата.
Для уменьшения эрозии лопаток ЦНД в последних ступенях на входных кромках рабочих лопаток устанавливаются накладки из вольфрамохромистой стали (рис. 5-17,б). Последние лопатки турбин, так же как в турбинах ТЭС, имеют арочный бандаж, улучшающий, по мнению фирмы, динамические характеристики лопаток. Следует учесть, что установка арочного бандажа на некотором удалении от вершины лопаток заметно снизит экономичность ступени.
Рис. 5-16. Турбина насыщенного пара фирмы «Парсонс» (Рэ=540-600 МВт, n=30 с-1). Показан один из трех ЦНД.
Рис. 5-17. Облопачивание турбин фирмы «Парсонс».
а — необандаженные рабочие лопатки ЦВД; б — последние лопатки ЦНД с арочным бандажом и противоэрозионными накладками из вольфрамохромистой стали.
Для защиты от эрозии в уплотнениях ЦВД, так же как на неподвижных лопатках, применяются кольца и покрытия из 12%-ной хромистой стали.
Для улучшения маневренных характеристик турбин насыщенного Пара в отличие от цельнокованых (с центральным сверлением небольшого диаметра) роторов высокого давления в турбинах ТЭС фирма использует конструкцию полого барабанного типа роторов ЦВД. В тихоходных ЦНД применяются роторы с насадными дисками.
Турбины Франции
Атомная энергетика Франции до недавнего времени в основном ориентировалась на газоохлаждаемые реакторы (см, § 5-1) и до 1975 г. в эксплуатации находился всего один блок с водоохлаждаемым реактором ВВРд АЭС «Шуз». На этом блоке установлена турбина фирмы «Рато» Рэ=288 МВт на n=50 с-1 на насыщенном паре (см. приложение). В турбине предусмотрено сопловое парораспределение с двумя потоками регулирующей ступени.
В 1975 г. в Бельгии пущена в эксплуатацию АЭС «Тиханж» с ВВРд и двумя турбинами фирмы «Рато» мощностью каждая Рэ=500 МВт на насыщенном паре (см. приложение).
Рис. 5-18. Тепловая схема французской АЭС «Бюже» с ВВРд (Рэ=1000 МВт).
1— ЦВД; 2 — ЦНД; 3 — сепаратор; 4 — промперегреватель; 5 — конденсатор на рк = 4,3 кПа; 6 — конденсатные насосы; 7 — очистка конденсата; 8 — питательный насос; П1—П6 — подогреватели питательной воды, ПС — сальниковый подогреватель. На схеме давления выражены в МПа, температура — в °C, расход — в кг/с.
В планах развития атомных электростанций Франции предполагается установка большой серии блоков с одной турбиной на реактор мощностью Рэ=900-1200 МВт.
Тепловая схема установки фирмы «Альстом» применительно к АЭС «Бюже» показана на рис. 5-18 [119].
Турбина (рис. 5-19) на n=25 с-1 состоит из двухпоточного ЦВД и трех двухпоточных ЦНД. В каждом потоке ЦВД и ЦНД по семь ступеней. Следует отметить, что при кольцевой площади всех шести потоков ίΩ=96,5 м2 и глубоком вакууме при мощности Рэ=981 МВт выходная потеря будет чрезвычайно большой: при рк=4,3 кПа для АЭС «Бюже» она составит ∆hв.c=52 кДж/кг. Общая длина турбины L=40,5 м, а всего агрегата 57,1 м (см. приложение).
Для АЭС «Сен-Лоран» с ВВРк (ввод в эксплуатацию в 1979—1981 гг.) турбины мощностью Рэ=1000-1200 МВт будут изготовлены на заводах фирмы КЕМ в сотрудничестве с фирмой ББЦ [89]. Эта турбина насыщенного пара на р0=6,55 МПа при n=25 с-1 реактивного типа, состоит из четырех двухпоточных цилиндров и аналогична по конструкции агрегату ББЦ, показанному на рис. 5-27.
Фирмой КЕМ изготовлена турбина для США мощностью Рэ=1250 МВт на частоту вращения n=30 с-1. Параметры пара на входе в турбину: р0=6,6 МПа, р0=0,996, конечное давление рк=5 кПа, tпп=224°С. Установка имеет расчетный к. п. д. ηэнетто=34,07%. Облопаченный ротор низкого давления с выходной площадью одного потока Ω=98/6=16,3 м2 имеет массу 210 т. Общая длина агрегата составляет 70 м [157].
Рис. 5-19. Тихоходная турбина насыщенного пара фирмы «Альстом» ЦНД показан один.
Турбины ФРГ
В ФРГ имеется ряд заводов, изготавливающих паровые турбины. Однако здесь рассматриваются только турбины фирмы КВУ, так как оборудование, производимое на заводе в г. Мангейме, проектируется по основным принципам швейцарской фирмы ВВЦ и разбирается ниже.
Фирмой КВУ, а ранее заводами фирм «Сименс-Шуккерт» и АЕГ, вошедшими в КВУ, было выпущено несколько турбин насыщенного пара, в том числе ряд турбин мощностью 200—300 МВт. Конструкции этих турбин и некоторый опыт их эксплуатации рассмотрен в [61].
Последней крупной турбиной активного типа, выпущенной на заводе фирмы АЕГ в Западном Берлине, является агрегат для АЭС «Вюргасен». Турбина Рэ=660 МВт предназначена для работы радиоактивным паром с реактором ВВРк. Расход пара G=975 кг/с (см. приложение). Турбина на п=25 с-1 состоит из четырех цилиндров: однопоточного ЦВД, двухпоточного ЦСД и двух двухпоточных ЦНД (рис. 5-20). ЦВД имеет шесть ступеней, ЦСД — пять ступеней в потоке, ступени ЦВД и ЦСД имеют постоянный корневой диаметр dк=2 м, в ЦНД по четыре ступени в потоке с понижающимся корневым диаметром от dк=3,4 до 2,8 м в последнем диске. Последняя ступень имеет длину, предельную для выполненных лопаток, Θ=2,87, Ω=20,29 м2. Масса лопатки, изготовленной из стали 15X13, составляет 220 кг, а центробежная сила у хвостовика при п=25 с-1 более 500 т. Профиль лопатки от корня к периферии закручен на 70°. Хвостовик лопатки вильчатого типа соединяется с диском тремя заклепками, лопатка не имеет связей. Масса диска с 69 лопатками равна 29 т, а всего ротора 185 т.
Процесс расширения пара в турбине АЭС «Вюргасен» приведен в [61]. Максимальная диаграммная влажность за последними ступенями ЦВД и ЦНД =11%. В конденсаторы направляется 554 кг/с пара и 95 000 м3/ч воды при 9,5°C. Поверхность охлаждения конденсатора 42 000 м2 с 36 500 трубками длиной 16 м и внешним диаметром 23 мм. Полная длина турбины 38,14 м, всего турбоагрегата 58 м, масса агрегата с конденсаторами 3800 т.
Некоторые данные по эксплуатации этой турбины, в частности при работе ее в режиме регулирования мощности системы, представлены в гл. 6 и 7.
Рассмотрим основные принципы проектирования турбин насыщенного пара фирмы КВУ.
Рис. 5-20. Турбина насыщенного пара фирмы КВУ (АЕГ) для АЭС с ВВРК (Рэ=660 МВт, n=25 с-1).
Рис. 5-21. Типичные тепловые схемы турбинных установок фирмы КВУ для АЭС.
а — в двухконтурных схемах АЭС с ВВРд (на примере АЭС «Библис А»); б — в одноконтурных схемах АЭС с ВВРк (на примере АЭС «Изар»); 1 — пар из реактора; 2 — ЦВД турбины; 3 — СПП; 4 — ЦНД турбины; 5 — конденсатор; 6 — конденсатный насос; 7 — конденсатоочистка; 8 — сальниковый подогреватель; 9 — ПНД; 10 — деаэратор; 11 — питательный насос с электроприводом; 12 — ПВД; 13 — приемный бак сепаратора; 14 — магнитный фильтр; 15 — вспомогательный конденсатный насос; 16 — дренажный насос сепаратора; 17 — вода в реактор.
Турбины практически одинаковой конструкции применяются для двухконтурных и одноконтурных АЭС. Примеры тепловых схем, типичных для АЭС с ВВРд и ВВРк, показаны на рис. 5-21. Установки проектируются без начального перегрева. Если в первых своих установках КВУ принимал для АЭС с ВВРд давление перед турбиной р0=5,1-5,3 МПа, то новые АЭС проектируются с р0=6,87 МПа. Аналогично для АЭС с ВВРк принято р0=7,06 МПа.
Расчетный вакуум выбирается в широких пределах и зависит от способа водоснабжения и месторасположения АЭС.
Во всех турбинах применяются внешняя сепарация и последующий промперегрев пара. Температура пара после промперегрева в большинстве случаев tпп=220°С, в высокооборотных турбинах tпп=240-250°С; разделительное давление рразд≈1 МПа.
Конструкции и опыт эксплуатации СПП представлены в § 4-4 и 7-4.
Турбины создаются как тихоходными (в большинстве), так и быстроходными. Тихоходные на n=25 С-1 (и для США на n=30 c -1) агрегаты, кроме давно работающей установки на АЭС «Штаде», выполняются в двух модификациях: с двумя ЦНД мощностью Рэ=840-1300 МВт и с тремя ЦНД мощностью Рэ=1200-1360 МВт. Все тихоходные (на n=25 с-1) турбины имеют унифицированный ЦНД с последней лопаткой длиной 1365 мм. Быстроходные турбины на n=50 с-1 выпускаются и проектируются в диапазоне мощностей Рэ=480-970 МВт и в зависимости от мощности и вакуума могут иметь два или три ЦНД и разную длину последней лопатки: 825, 875 и 1080 мм. Выбор частоты вращения главным образом зависит от проходных площадей последних ступеней и объемного пропуска пара в конденсатор, т. е. мощности, конечного давления и применяемых фирмой последний ступеней.
Все турбины с облопачиванием реактивного типа; начиная с мощности Рэ=300 МВт все цилиндры выполняются с двухпоточной проточной частью. В каждой турбине один ЦВД и два или три ЦНД, располагаемые между ЦВД и генератором. Парораспределение дроссельное. В последних ступенях ЦНД применяется внутриканальная сепарация влаги, показанная на рис. 3-9.
На рис. 5-22 виден макет тихоходной турбины мощностью Рэ=660 МВт для АЭС «Штаде». Опыт работы этого агрегата рассмотрен в гл. 6 и 7.
Конструкции серийных турбин КВУ рассмотрим на примере тихоходной турбины Рэ=1200-1300 МВт и быстроходной турбины Рэ=970 МВт для АЭС «Гёзген».
Первая из серии турбин Рэ=1200- 1360 МВт на n=25 с-1 пущена на АЭС «Библис А». Тепловая схема установки видна из рис. 5-21,а. Установка включает встроенный в каждый конденсатор сдвоенный подогреватель, в ЦНД имеется еще два отбора, патрубки которых сварены с корпусом конденсатора над встроенным подогревателем.
Турбина состоит из четырех цилиндров (рис. 5-23), в двухпоточном ЦВД 12 ступеней в каждом потоке со средним диаметром d=1600-1824 мм. Масса ротора 40 т, пролет 5,5 м, масса двухкорпусного цилиндра 76 т, критическая частота ротора nкр=55,6 с-1. По бокам рядом с ЦВД установлены четыре стопорно-регулирующих клапана; предусмотрены регулирующие клапаны перед ЦНД. Каждый из трех ЦНД имеет два потока с dк=const. В потоке 9 ступеней, последняя ступень имеет длину l=1365 мм. Масса ротора 172 т, ширина корпуса 15,6 м.
Рис. 5-22. Макет агрегата фирмы КВУ n=25 с-1 для АЭС с ВВРд (Рэ=660 МВт).
Несмотря на реактивную конструкцию для снижения массы роторы ЦНД выполнены с насадными дисками. Роторы ЦНД гибкие, каждый, как и ротор ЦВД, покоится на двух опорных подшипниках. Корпуса (стулья) всех подшипников отделены от цилиндров турбины, и перемещения последних не передаются на подшипники. Уплотнения ЦНД связаны с корпусами подшипников и имеют гибкие связи с ЦНД. Как и в других тихоходных турбинах КВУ, цилиндр выполнен трехкорпусным так, чтобы деформация внешнего корпуса не передавалась на облопачивание.
Расчетный процесс расширения пара в is-диаграмме показан на рис. 5-24; наибольшая расчетная влажность за ЦВД у1=12%, за ЦНД ук=Д0,5%. Объемный расход на выходе составляет GKvK=125-106 м3/ч. Оба потока каждого ЦНД направляются в один коробчатый конденсатор. Конденсаторы рассчитаны на то, чтобы при полном снятии нагрузки агрегата принять и сконденсировать избыточный пар. При перепуске пара помимо турбины при внезапном сбросе нагрузки предусмотрены дроссельные шайбы и впрыск воды.
Конденсаторы одноходовые, разделены по охлаждающей воде таким образом, что можно производить проверку и чистку трубок, не останавливая турбины, а лишь снижая ее нагрузку. Конденсатные трубки изготавливаются из CuZn28Sn. Для защиты от коррозии водяных камер используется многослойное покрытие из эпоксидной смолы, а трубные доски с водяной стороны покрываются для этой же цели эпоксидной шпаклевкой толщиной 5 мм.
Материалы основных деталей турбины Рэ=1300 МВт для АЭС «Библис В» приведены в табл. 5-3.
В табл. 5-4 представлены характеристики турбинных установок трех тихоходных агрегатов фирмы КВУ.
Таблица 5-3
Материалы основных деталей тихоходных турбин фирмы КВУ для работы с ВВРд*
* На примере турбины Рэ=1300 МВт для блока АЭС "Библис В".
** С защитой поверхностей, омываемых паром.
Конструкции сепараторов-промперегревателей, системы регулирования, защита турбины от заброса частоты вращения и опыт эксплуатации рассмотрены соответственно в § 4-4, гл. 6 и 7.
Рис. 5-23. Турбина насыщенного пара фирмы КВУ (Рэ= 1200-1300 МВт на n=25 с -1). Показан один из трех ЦНД.
а — продольный разрез; б — внешний вид ЦНД.
Таблица 5-4
Продолжение табл. 5-4
Сравнительные характеристики серии тихоходных турбин фирмы КВУ с ВВРд
Быстроходные турбины насыщенного пара с частотой вращения n=50 с-1 выполняются четырехцилиндровыми. Все цилиндры имеют двухпоточную конструкцию, роторы цельнокованые с постоянным корневым диаметром в ЦВД и понижением его по потоку в ЦНД. Конструкция такой турбины показана на рис. 5-25. Между цилиндрами расположено по одному опорному подшипнику. Цилиндр высокого давления — двухкорпусный с горизонтальным разъемом каждого корпуса. Подвод пара производится через четыре входных патрубка (рис. 5-25,б). Для предельной из этой серии турбины АЭС «Гёзген» мощностью Ра=970 МВт (см. приложение) последняя лопатка имеет длину l=1080 мм и кольцевую площадь Ω≈10 м2 (рис. 5-25,в).
Фирма КВУ совместно с американскими заводами «Алис-Чалмерс» изготавливает турбины насыщенного пара для американских АЭС. Все агрегаты имеют частоту вращения n=30 с-1. Последняя лопатка моделирует лопатку фирмы КВУ длиной l=1365 мм на n=25 с-1, т. е. имеет длину 1138 мм и кольцевую площадь Ω=13,9 м2.
Рис. 5-24. Расчетная is-диаграмма процесса расширения пара в турбине Рэ=1200 МВт (см. рис. 5-23,а).
С — внешняя сепарация; ПП — промперегрев.
Рис. 5-25. Быстроходная (на n=50 с-1) турбина насыщенного пара фирмы КВУ (Рэ=970-1050 МВт).
а — продольный разрез. Показан один из трех ЦНД; б — паровпуск; в — лопатка последней ступени длиной 1080 мм.
Рис. 5-26. Турбина насыщенного пара завода «Шкода» (Рэ=220 МВт на п=50 с-1). Показан один из двух ЦНД.
При мощности Рэ=990-1200 МВт турбина состоит из трех цилиндров, а при Рэ=1350 МВт — из четырех с шестью потоками ЦНД. Конструкции турбин аналогичны конструкциям турбин КВУ на п=25 с-1.
Турбины ЧССР
В ЧССР на заводе «Шкода» изготовлена турбина насыщенного пара мощностью Рэ=220 МВт на п=50 с-1 состоящая из трех цилиндров — двухпоточного ЦВД и двух двухпоточных ЦНД. Турбина (рис. 5-26) должна работать на АЭС с ВВРд по схеме, близкой к схеме блока № 3 Нововоронежской АЭС (см. рис. 5-3), но с худшим вакуумом: рк=6,5 кПа при 20°С. Парораспределение дроссельное. После ЦВД предусматриваются сепаратор и двухступенчатый пароперегреватель. в ЦНД, каждый поток которого состоит из шести ступеней, диафрагма последней ступени выполнена полой, со щелями для удаления влаги. Последняя ступень с лопаткой длиной 840 мм и Ω=6,44 м2.
На заводе «Шкода» выполнены проекты турбин насыщенного пара К-440-44, К-500-60 и К-1000-60. В связи с повышенным давлением в конденсаторах все эти турбины проектируются быстроходными на п=50 с-1. Компоновка агрегатов аналогична компоновке турбины К-500-65/3000 ХТГЗ (см. рис. 5-7,а), т. е. двухпоточный ЦВД размещается посередине, по бокам от него — по два ЦНД. Для турбины Рэ=1000 МВт разрабатываются последние ступени с лопаткой длиной 1050 мм [25].
Турбины Швейцарии
Одна из ведущих турбостроительных фирм «Броун-Бовери» (ББЦ) с заводами в г. Бадене (Швейцария) и г. Мангейме (ФРГ) производит и проектирует турбины насыщенного пара. Кроме того, турбины насыщенного пара, а также отдельные цилиндры турбин изготавливаются некоторыми фирмами по лицензиям ББЦ. Это относится к французской фирме КЕМ, шведской «Сталь-Лаваль» и др.
Особенности турбин фирмы ББЦ: реактивное облопачивание, широкое использование сварных роторов. Из-за разнообразия требований заказчиков изготавливаются разные типы турбин — на частоту вращения 25, 30, 50 и 60 с-1 для работы в одно- и двухконтурной схеме и при различных параметрах пара.
Турбины Рэ=460-180 МВт установлены на швейцарских АЭС. Конструкция их описана в [61]. Некоторые итоги эксплуатации турбины ББЦ на АЭС «Бецнау» см. гл. 7.
На АЭС «Джентели» с ВТР и одноконтурной схемой работает турбина Рэ=270 МВт на п=60 с-1 (см. приложение и [61]).
Совместно с фирмой «Стал-Лаваль» фирма ББЦ создает ряд турбин для шведских АЭС мощностью Рэ=420-800 МВт на п=50 с-1. Для Финляндии заказана турбина для АЭС с ВВРк на п=50 с-1 мощностью Рэ=700 МВт на р0=6,7 МПа.
Для АЭС «Дональд Кук 2» (США) с ВВРд изготовлена одновальная турбина на п=30 с-1 мощностью 1160 МВт. Расход пара G1=1750 кг/с (см. приложение). Турбина (рис. 5-27) состоит из двухпоточного ЦВД и трех двухпоточных ЦНД. Пар поступает в турбину, пройдя четыре комбинированных стопорно-регулирующих клапана, устанавливаемых на качающейся подвеске по бокам рядом с ЦВД.
В каждом потоке ЦВД имеется 10 ступеней с увеличивающимся dк. ЦВД — однокорпусный с периферийным влагоудалением. Корпус ЦВД изготовляется из стального литья с гомогенной структурой металла и очень гладкой внутренней поверхностью, что необходимо для уменьшения возможного вымывания металла радиоактивным паром (при работе с ВВРк). Протечки пара в ЦВД должны отсутствовать благодаря плотному прилеганию фланцевых соединений корпуса с обоймами и специальной схеме концевых уплотнений (см. рис. 4-5,а), в которые подается нерадиоактивный пар (при работе с ВВРк). Из уплотнения ЦВД пар направляется в уплотнения ЦНД. Для защиты от эрозии в уплотнениях и корпусах турбины предусмотрены специальные кольца или покрытия.
Конструкция ротора, состоящего из большого числа дисков, позволяет при больших диаметрах ротора хорошо проковать и надежно исследовать все его элементы. В каждом потоке ЦНД по семь ступеней постоянного корневого диаметра.
Облопачивание ступеней реактивное, все неподвижные и большая часть рабочих лопаток имеют бандажи, причем бандажи и хвостовики лопаток изготавливаются заодно с лопатками. В рабочих лопатках отсутствуют проволочные связи.
Последняя ступень ЦНД имеет лопатки длиной 1320 мм и Ω=16,42 м2. Центробежная сила одной лопатки составляет около 500 т. Дуговой елочный хвостовик обеспечивает поверхность прилегания, достаточную для восприятия этой большой силы, и позволяет облопатить ротор при сильно закрученных лопатках.
Корпус низкого давления двойной: внешний — сварной, внутренний — сварной с литыми обоймами, поддерживающими неподвижные лопатки. Внутренний корпус ЦНД опирается прямо на фундамент, внешний корпус служит для направления потоков пара, и его деформация не передается на облопачивание. Уплотнения ЦНД висят на корпусах подшипников и связаны с корпусом через компенсаторы. Из-за больших габаритов корпус ЦНД собирается и сваривается на месте установки.
Перед ЦНД предусмотрены отсечные и регулирующие клапаны. Полная длина агрегата составляет 65 м. Общий вид установки показан на рис. 5-28.
Рис. 5-28. Общий вид агрегата фирмы ББЦ для АЭС с ВВРд (Рэ=1160 МВт при 30 с-1).
Турбины имеют полностью гидравлическую систему регулирования и по требованиям эксплуатации снабжаются также электронным регулятором.
В турбинах, рассчитанных на работу радиоактивным паром, вся установка заключается в защитный кожух, однако при этом система маслоснабжения и некоторые трубопроводы доступны для обслуживания.
Фирма ББЦ (частично с фирмой КЕМ) имеет заказы на турбины для американских АЭС с ВВРд мощностью Рэ=1200 и 1300 МВт и для АЭС с ВВРк мощностью Рэ=1270 МВт. Все эти агрегаты на 30 с-1.
Рассмотрим ряд турбин фирмы ББЦ большой мощности для сети с частотой 50 Гц.
Для АЭС «Мюльхейм-Кёрлих» (ФРГ) с ВВРд спроектирована турбина на n=25 с-1 максимальной мощностью Рэ=1295 МВт на параметры пара: p0=6,72 МПа, t0=312°С, т. е. с начальным перегревом пара Δt=t0—t0s= —28°С. Это первая в Европе АЭС с ВВРд с начальным перегревом пара. Основная причина применения такого перегрева — выигрыш в экономичности АЭС, составляющий 1,9% [135]. Тепловая схема представлена на рис. 5-29. При мощности
Для отвода избыточного пара при пуске и остановке турбоагрегата, а также при необходимости сохранения тепловой мощности реактора предусмотрена система перепуска пара. При полном сбросе нагрузки эта система может перепустить помимо турбины в конденсатор 95% максимального расхода пара.
Рис. 5-29. Тепловая схема АЭС с ВВРд и турбиной ББЦ (Рмаксэ=1295 МВт при 30 с-1)
Рис. 5-30. Паровая турбина насыщенного или слабоперегретого пара фирмы ББЦ (Рэ=1000-1200 МВт на n=50 с-1 при р0=6,8 МПа, рк=8-10 кПа, 950-1200 мм). Показан один из трех ЦНД.
Конденсат из конденсатора подается тремя основными конденсатными насосами. Весь конденсат проходит очистку в фильтре Н-ОН-ионирования с внешней регенерацией. Деаэрация происходит при скользящем давлении, номинальное значение которого составляет около 1 МПа. Подача питательной воды осуществляется системой питательных насосов (предвключенных и основных). Каждый из четырех главных питательных насосов рассчитан на 1/3 полной производительности. Чтобы при любой нагрузке температура питательной воды на входе в парогенератор поддерживалась в допустимых пределах, предусмотрено использование для верхнего ПВД редуцированного свежего пара. При необходимости слив конденсата из ПВД может быть направлен в деаэратор, а из ПНД — в конденсатор. Система подогрева питательной воды — двухниточная.
Турбина состоит из трех двухпоточных цилиндров: в ЦВД сварной внешний и литой внутренний корпус; в ЦНД сварной внешний корпус и литые обоймы, в которых подвешены диафрагмы.
Для строящихся швейцарских АЭС с ВВРк «Кайзераугст», «Лейбштадт» и «Грабен» каждая мощностью Рэ=1000-1200 МВт фирма ББЦ проектирует турбины на n=50 с-1. Для этих АЭС начальное давление насыщенного или слабоперегретого пара составляет р0=6,8 МПа, разделительное давление рразд=1,11 МПа. Промперегрев одноступенчатый, свежим паром в количестве 9% начального расхода пара, tпп=263°С.
Конечное давление рк=8 кПа при температуре охлаждающей воды tо.в=24,6°С (АЭС «Лейбштадт»). Подогрев питательной воды производится в трех ПНД горизонтального расположения, горизонтальном деаэраторе длиной 36 м, питаемом паром из ЦВД при рразд, и двух вертикальных ПВД; tп.в=215. Линия питательной воды — двухниточная. Сепарат из сепаратора сливается в деаэратор. Очистка конденсата предусмотрена сразу после конденсатора, а также перед реактором, так как сепарат и часть конденсата не проходят через конденсатор. Подача питательной воды производится системой питательных насосов (главных и бустерных), расположенных между деаэратором и ПВД. Основные питательные насосы (два, каждый половинной производительностью) имеют турбопривод, резервные— два с производительностью каждый в 25% —приводятся электродвигателями.
Для регулирования давления на выходе из реактора при прогреве реактора и пуске турбины, а также при отключении установки предусмотрена система байпасирования. Эта система позволяет перепустить в конденсатор 40% номинального расхода свежего пара. Свежий пар при этом дросселируется и охлаждается в двух пароохладителях, куда впрыскивается конденсат.
Для биологической защиты машинный зал, а внутри него собственно турбина с СПП и деаэратор имеют бетонные ограждения.
Турбина (рис. 5-30) состоит из четырех двухпоточных цилиндров. Парораспределение дроссельное. Турбина имеет относительно длинный ротор высокого давления с 15 ступенями в каждом потоке. Длина последней лопатки 950 мм. Лопатки турбины выполняются из 12 %-ной хромистой стали. Входные кромки лопаток последней ступени в верхней трети закалены. В этой ступени после сопловых лопаток увеличен осевой зазор, а перед последней ступенью предусмотрен отбор пара в систему подогрева питательной воды.
Для АЭС «Грабен» с рк=8,8 кПа и Рэ= 1140 МВт предполагается использование лопатки последней ступени с l=1200 мм, Ω=12,25 м2 и u=700 мм [141, 143]. Первая ступень ЦНД — с радиальными сопловыми лопатками.
Конденсаторы поперечного расположения, прямоугольной формы жестко связаны с ЦНД. Конденсатор по воде разделен на четыре отсека и допускает, таким образом, работу агрегата при несколько сниженной нагрузке и отключении 1/4 трубок; всего трубок 41 600 шт., каждая длиной 15 м. Трубки объединены в 16 секций. При пуске установки отсос воздуха производится водокольцевыми насосами (3 насоса) с электроприводом. При нормальной работе включаются два пароструйных эжектора.
Турбины Швеции
Шведская атомная энергетика ориентируется на использование различных типов реакторов: ВВРк, ВВРд и ТТР и предусматривает установку турбин, как правило, работающих на насыщенном паре. Турбостроительная фирма «Де Стал-Юнгстрем» изготовила турбину Рэ=12 МВт для теплофикационной АЭС «Агеста», а фирма «Стал-Лаваль» — турбины для АЭС «Марвикен» и «Оскархам». Для других заказанных агрегатов турбины или импортируются (АЭС «Рингхалс 1» из Англии, изготовитель — фирма ЕЕ), или выполняются совместно или по лицензии фирмы ББЦ (АЭС «Рингхалс 2», «Берзебек»).
Турбина для АЭС «Марвикен» максимальной мощностью Рмакс=200 МВт предназначена для работы с кипящим реактором при одноконтурной схеме на насыщенном паре при р0=4,3 МПа.
Турбина имеет ЧВД радиального типа с лопатками, вращающимися в противоположные стороны. Давление за ЧВД рразд=0,2 МПа. По обе стороны ЧВД расположены трехпоточные ЧНД и два генератора по Рэ=100 МВт противоположного вращения (n=50 с-1). После ЧВД пар направляется во внешний сепаратор.
Особенности конструкции присущи обычным турбинам типа Юнгстрем. При проектировании данной турбины особое внимание уделялось проблемам обеспечения плотности, связанным с радиоактивностью пара и стремлением снизить утечки дорогостоящего D2O. В турбине широко применяется сварка; фланцы трубопроводов между регулирующими клапанами и проточной частью ЦВД — двойные с дренажем из промежуточной камеры, в ЦВД отсутствует горизонтальный разъем корпуса, поэтому необходимо обеспечить лишь плотность концевых уплотнений. На всех линиях уплотнений и дренажа предусмотрены измерения, контролирующие плотность.
Для биологической защиты турбина устанавливается в закрытом помещении. Только некоторые элементы вспомогательной установки, например масляный бак, доступны для обслуживания. Регулирование турбины полностью автоматизировано и управляется ЭВМ, которая обеспечивает пуск, нагружение, эксплуатацию и контроль во время работы.
Турбина фирмы «Стал-Лаваль» для АЭС «Оскархам» с ВВРк рассчитана на работу насыщенным паром. Мощность ее Рэ=460 МВт, расход пара G=639 кг/с. Комбинированный СПП имеет две ступени промперегрева: первая ступень питается паром из отбора ЦВД при р=2,4 МПа. В схеме установки не предусматривается ни деаэратор, ни бак питательной воды. Вся деаэрация должна производиться в конденсаторе.
Турбина работает с частотой вращения n=50 с-1 и приводит два электрических генератора. Турбина состоит из семи цилиндров. ЦВД — конструкции Юнгстрем с радиальным потоком пара от центра к периферии (рис. 5-31). После ЦВД пар направляется в СПП и затем к ЧНД левого и правого валов. На каждом валу в трех цилиндрах расположены пять таких ЧНД. Таким образом, турбина имеет 10 выходов в конденсатор. Облопачивание в ЦНД — реактивного типа, спроектировано фирмой ББЦ.
Для защиты от эрозии в последних ступенях ЦНД используются лопатки — зубчикового типа, а сопловые лопатки — полые, с влагоудалением через выходную кромку (см. рис. 3-21,а). Расчетная диаграммная влажность за последней ступенью ук=11,5%, в конце расширения ЦВД у1=13%.
Парораспределение в турбине — дроссельное, регулирование — электрогидравлическое.
Рис. 5-31. Турбина насыщенного пара фирмы «Стал-Лаваль» (Рэ=460 МВт на n=50 с-1). ЦВД со ступенями типа Юнгстрем.
Зарезервирован перепуск 100% пара помимо турбины в конденсатор. Перепуск производится через систему из десяти клапанов, а на входе в конденсатор для приема свежего пара предусмотрены охлаждение и защита трубок.
