Турбины фирм США
Фирмы «Вестингауз» и ДЭ проектируют и изготавливают большое число турбин насыщенного пара для атомной энергетики США, а также на экспорт. Ряд заводов (в Японии и Италии) изготавливают турбины по лицензиям этих фирм.
Отметим следующие общие особенности американских турбин насыщенного пара.
Все турбины выпускаются на пониженную частоту вращения — n=30 с-1 (для экспорта n=25 с-1), кроме турбины для АЭС «Зорита» (Испания) Рэ=160 МВт при n=50 с-1. В выборе тихоходной конструкции большую роль сыграли повышенная частота сети в США, а именно 60 Гц, снижающая целесообразную предельную мощность быстроходной турбины, опыт проектирования и Изготовления тихоходных турбин, наличие производственной базы для изготовления и контроля крупногабаритных элементов турбин, возможность использования многих элементов, в том числе целиком ЦНД, от турбин обычных электростанций. Все изготовляемые агрегаты крупной мощности. После 1975 г. подавляющее большинство турбин американских АЭС с водоохлаждаемыми реакторами составляют агрегаты мощностью 850—1300 МВт. Такое увеличение мощности связано главным образом со снижением стоимости 1 кВт установленной мощности, а также с некоторым снижением стоимости топливной составляющей. Так, по [149], для АЭС с ВВРк при коэффициенте нагрузки 70% и отчислениях на капитальные вложения 7% увеличение мощности с 580 МВт вдвое, т. е. до 1160 МВт, дает сокращение удельной стоимости со 195 до 150 долл/кВт, а при Рэ=2320 МВт — до 140 долл/кВт при соответствующих стоимостях топливной составляющей 1,58; 1,44 и 1,40 мил/(кВт-ч) (мил= =0,001 долл.).
Особенностью американского турбостроения вообще, в том числе и атомного, является большое разнообразие параметров пара и мощностей турбин, несмотря на ограниченное число типоразмеров.
Для АЭС США с водоохлаждаемыми реакторами ВВР изготовленные и заказанные турбины по мощности распределяются следующим образом: для АЭС с ВВРд — 67%, для АЭС с ВВРк —33%. Начальный перегрев пара планируется для 19% (по мощности) агрегатов АЭС с ВВРд.
Если на первом этапе развития АЭС с ВВРк и реже с ВВРд выполнялись без промперегрева, то новые агрегаты, как правило, предусматриваются с промперегревом свежим, а в части АЭС и отборным паром.
Фирма «Вестингауз» в подавляющем большинстве проектирует турбины насыщенного пара для двухконтурных схем с ВВРд. Новые агрегаты крупной мощности создаются с p0= =5,3-6,7 МПа. Фирма имеет несколько заказов на изготовление турбин мощностью Рэ= =800-1100 МВт для работы с ВВРк на p0=6,7 МПа. Начальная влажность составляет у0=0,25%. Разделительное давление выбирается в зоне термодинамически оптимального (см. § 1-2).
Вслед за сепаратором применяются одноступенчатый промежуточный перегрев свежим паром, а в последних агрегатах часто — двухступенчатый. Обычно промперегрев осуществляется до tпп=230-240°С. Из-за больших размеров СПП в мощных турбинах они дублируются. Конструкции СПП см. § 4-4.
Применение промперегрева по данным фирмы повышает в этом случае к. п. д. установки на 2,5—3,5%. Для промперегрева расходуется примерно 6% пара.
Турбины проектируются с сопловым парораспределением, с четырьмя регулирующими клапанами при минимальной парциальности (два полностью открытых клапана) е=0,5. Регулирующая ступень одновенечная; при двухпоточной конструкции ЦВД она выполняется в каждом потоке. По расчетам фирмы при нагрузке Рэ=0,75 Pэмакс выигрыш в экономичности по сравнению с дроссельной системой парораспределения составляет 2,75%.
Конструкция клапанной системы паровпуска показана на рис. 5-32. Несмотря на неизбежное при сопловом парораспределении разделение стопорных и регулирующих клапанов отмечаются (при полностью открытых клапанах) потери в паровпуске Δρ/ρэ=4-5%. Для этого уделяется особое внимание аэродинамической отработке клапанов (рис. 5-32,б), что, в частности, снижает шум в машинном зале [82]. После СПП на входе в ЦНД устанавливаются поворотные заслонки (см. рис. 4-2,в).
Рис. 5-32. Клапаны паровпуска турбин насыщенного пара фирмы «Вестингауз».
а — система клапанов; б — регулирующий клапан.
Облопачивание в турбинах — реактивного типа, роторы ЦВД—барабанного типа, ЦНД — дисковые, обычно с уменьшающимся по потоку пара корневым диаметром. Для последних ступеней фирма применяет два размера рабочих лопаток с lz=1016 и 1117 мм. Разработаны лопатки длиной 1270 мм (Ω=15,35 м2) и 1320 мм. Однако длина последних лопаток, используемых в турбинах насыщенного пара, существенно меньше, чем удвоенная длина лопаток, применяемых фирмой для быстроходных турбин (на n=60 с-1) ТЭС с l=787 мм.
Фирма уделяет большое внимание влагоудалению и борьбе с эрозией лопаток и других элементов турбины. Для этого кроме указанных выше внешней сепарации и промперегрева для влагоудаления используются регенеративные отборы в ЦНД (4 отбора), причем при отборе пара в последний ПНД отводится вода в количестве (по массе), равном 2% всего расхода пара через последнюю ступень. Обоймы в ЦВД, несущие неподвижные лопатки, имеют влагоудаляющие канавки. Влагоудаление в ЦНД показано на рис. 3-14. Перед входом пара на рабочие лопатки последней ступени выполнены периферийные канавки. Удаляемая через них влага по канавкам, просверленным во внутреннем корпусе, направляется за последнюю ступень. Аналогичные дренажные канавки предусмотрены в нижней половине внутреннего корпуса.
Для уменьшения эрозионного воздействия на лопатки принимаются увеличенные осевые зазоры между сопловыми и рабочими лопатками, что, по мнению фирмы, приводит к дроблению капель и увеличению их скорости.
В лопатках с окружной скоростью на периферии более uп=275 м/с устанавливаются стеллитовые накладки.
Серийные турбины в основном проектируются следующих типов: трехцилиндровый агрегат с двумя двухпоточными ЦНД и последней лопаткой длиной 1016 мм применяется для мощностей 450—500 МВт (турбины АЭС «Сан Онофр» и др.), а трехцилиндровый агрегат с двумя двухпоточными ЦНД и последней лопаткой 1117 мм — для мощностей 600—800 МВт. Такая турбина используется, в частности, для АЭС «Хаддам Нек» (Рэ=616 МВт при p0=4,75 МПа и рк=5,1 кПа). Цилиндр высокого давления — двухпоточный с разделенной регулирующей ступенью. Ротор ЦВД — барабанного типа с увеличивающимся dк. После ЦВД пар направляется в четыре совмещенных сепаратора-перегревателя. При расходе пара в турбину G1=970 кг/с в сепараторах выделяется 67 кг/с воды. Пар поступает через четыре регулирующих клапана, после которых гибкими паропроводами подводится к сопловой коробке, расположенной в центральной части ЦВД. Первые два клапана открываются одновременно. Ротор — высокого давления цельнокованый.
Аналогично устроена турбина для АЭС «Палисадес» (Рэ=809 МВт при р0=4,98 МПа). Макет агрегата приведен на рис. 5-33. Вдоль турбины с каждой стороны расположены по два сепаратора-перегревателя. Как обычно, имеются четыре стопорных и четыре регулирующих клапана.
В турбине предусмотрена быстродействующая электрогидравлическая система регулирования. Если турбина отключается при падении нагрузки, разгоне, снижении давления масла в подшипниках, поломке упорного подшипника, то специальный сигнал от масляной линии низкого давления отключает реактор.
Рис. 5-33. Типовая трехцилиндровая турбина насыщенного пара фирмы «Вестингауз» (Рэ = 600-800 МВт). Макет агрегата.
Регенеративный цикл представляет собой замкнутую систему с деаэрацией в конденсаторе. Вакуум в конденсаторе поддерживается с помощью сдвоенных паровоздушных эжекторов.
Отбор пара из ЦВД и основной пар, конденсируемый в промежуточном перегревателе, направляются к ПВД. Дренаж из ПВД поступает к ПНД. Уровень воды в дренажном баке сепаратора регулируется автоматически, воздействием на выпуск из дренажных насосов подогревателей. Дренаж из остальных ПНД каскадно направляется к последующему ПНД и в конце концов в конденсатор.
Рис. 5-34. Элементы турбин насыщенного пара фирмы «Вестингауз». а — цилиндр высокого давления с разделенной регулирующей ступенью; б — цилиндр низкого давления; в — поперечный разрез по паровпуску.
Турбины большей мощности (до Рэ=1100 МВт) выполняются из четырех цилиндров, т. е. с добавлением еще одного двухпоточного ЦНД с лопатками 1117 мм. Эти турбины устанавливаются на АЭС «Индиан Пойнт» и др. Общий вид такого агрегата см. [61].
Двухпоточный ЦВД (рис. 5-34,а) спроектирован с подводом пара в среднюю часть через четыре регулирующих клапана, от которых пар по двум трубам направляется к сопловым коробкам нижней части, по двум другим — к верхней части. В каждой из половин цилиндра установлены две отдельные сопловые коробки, имеющие свободное тепловое расширение. В каждом потоке имеются одновенечные регулирующие ступени, после которых располагается по две группы ступеней. В зависимости от объемного пропуска пара на входе в турбину сопловое парораспределение обеспечивает два или три значения расхода при режимах полностью открытых клапанов. Сопловые коробки ЦВД спроектированы с равномерным, свободным подводом пара ко всему сегменту сопл.
В турбинах мощностью около 1 млн. кВт ЦНД (рис. 5-34,6) сконструирован двустенным, причем внутренний цилиндр имеет полную свободу теплового расширения. Предусмотрены тепловые экраны, благодаря которым внешний корпус не подвергается воздействию повышенной температуры. Ротор ЦНД— наборный с дисками, насаженными на вал. Выход пара из ЦНД достаточно свободен, с диффузорными патрубками. Общая длина агрегата мощностью 1 млн. кВт вместе с генератором и возбудителем составляет 63 м.
Рис. 5'35. Последовательное включение (по воде) конденсаторов турбин фирмы «Вестингауз», а — схема с тремя конденсаторами; б — компоновка из двух конденсаторов.
На большинстве турбин АЭС используется турбинный привод питательных насосов [136]. При давлении после парогенератора р≈5МПа турбопривод целесообразен для агрегатов мощностью Рэ>700 МВт; при больших p0 турбопривод становится оправданным при меньших значениях Рэ. Основное внимание при конструировании уделяется надежности этой турбины. При нормальной нагрузке агрегата начальное давление перед турбоприводом составляет 3 МПа. При пуске агрегата и его нагрузке до 40% пар в турбопривод поступает из парогенератора.
Конденсаторы по воде включаются последовательно, что дает заметный выигрыш в экономичности. Этот выигрыш возрастает с увеличением температуры охлаждающей воды и при частичной нагрузке агрегата. Так, для трехступенчатого конденсатора турбины насыщенного пара Рэ=400 МВт и tо.в=25ОС мощность первого (по потоку воды) ЦНД увеличивается на 3,5 МВт, второго — на 1,3 МВт, а третьего уменьшается на 2,5 МВт*. Суммарный выигрыш составляет ∆Рэ=2,3 МВт, т. е. 0,57% и при половинной нагрузке агрегата (в относительных величинах) возрастает втрое. На рис. 5-35,а показана схема с тремя конденсаторами такого типа, а на рис. 5-35,б — конструкция из двух конденсаторов [91].
Для подогревателей питательной воды в двухконтурных схемах АЭС трубы в 50% конструкций выполняются из сплавов цветных металлов (монель-металл, медно-никелевые сплавы, адмиралтейский сплав и др.), в остальных случаях — из нержавеющей стали и редко из углеродистой.
Для одноконтурных АЭС дренажи системы подогрева питательной воды направляются каскадно в корпус следующего (по потоку пара) подогревателя, а из последнего в конденсатор. Трубки всех подогревателей выполняются из нержавеющей стали. Применявшиеся ранее трубки из медных сплавов заменены. В подогревателях предусмотрены возможность удаления неконденсирующихся газов и защита от эрозии и коррозии корпуса подогревателей и трубопроводов. Все трубопроводы питательной воды и их арматура выполнены из нержавеющей стали. Отборные патрубки пара и линии дренажа изготовлены из сплава Р/4% Gr, 1,2% Мо. Основная деаэрация производится в конденсаторе.
Конденсаторы имеют достаточные объемы для удаления радиолитических газов. Конденсат должен удерживаться в конденсаторе как минимум две минуты, что связано с временем полураспада радиоактивных элементов. Кроме того, производится контроль количества радиолитического кислорода в различных местах тепловой схемы [91].
Чем меньше нагружена последняя ступень турбины, тем больше будет выигрыш.
Турбины фирмы ДЭ.
Турбины насыщенного пара выпускаются для АЭС с ВВРк (2/3 всех турбин фирмы, предназначенных для АЭС) и для блоков с ВВРд. Все эти турбины спроектированы тихоходными: для США на n=30 с-1, на экспорт — на n=25 и 30 с-1.
Большинство турбин насыщенного пара для ВВРк рассчитаны на р0=6,7 МПа или близкое к этому значению давление. Все турбины имеют одну ступень внешней сепарации. В большинстве турбин для работы с ВВРк и в новых агрегатах с ВВРд применяется двухступенчатый промежуточный перегрев: первая ступень перегрева осуществляется паром, отбираемым из ЦВД в месте, делящем тепло- перепад ЦВД примерно пополам, а вторая ступень — свежим паром. Такая схема повышает экономичность установки на 2%. Перегрев обычно производится до tпп=262-268°С. Конструкции СПП рассмотрены в § 4-4. Разделительное давление принимается высоким и составляет рразд=1,0-1,7 МПа, чаще всего рразд=1,2 МПа. Обычно перед ЦНД устанавливается отсечная арматура.
Турбины компонуются из стандартных элементов в зависимости от мощности и наличия промежуточного перегрева. ЦВД до Рэ=500 МВт выполняется однопоточным, а при больших мощностях — двухпоточным. Все ЦНД — двухпоточные (исключение — турбины рэ=220 МВт для АЭС «Дрезден 1» с тремя потоками). В зависимости от мощности, вакуума и длины последней лопатки турбина имеет один, два или три ЦНД. Фирма ДЭ в турбинах насыщенного пара применяет последние ступени с лопатками меньшей длины, чем фирма «Вестингауз» и европейские заводы. Максимальная длина лопатки 1092 мм при n=30 с-1, в пересчете на n=25 с-1 эта длина при том же Θ соответствует по напряжениям l=1300 мм, т. е. меньше, чем длины 1365, 1450 и 1500 мм для европейских турбин на n=25 с-1. Удельная нагрузка последних ступеней составляет G/Ω=12,5-17 кг/(м2-с). В турбинах высокого давления на n=30 с-1 используются лопатки длиной 1320 мм (см. табл. 2-1). Последние лопатки защищаются стеллитом, свариваемым с основным материалом.
До 1966 г. в первых турбинах, включая агрегат Рэ=640 МВт для АЭС «Остер Крик», применялось дроссельное парораспределение. Во многих последующих турбинах первые диафрагмы заменены на сопловые коробки и установлена одновенечная регулирующая ступень. Режимы полностью открытых клапанов соответствуют 60, 85 и 100% номинальной мощности. По расчетам фирмы по сравнению с дроссельным парораспределением выигрыш в экономичности составляет 3,25; 1,5 и 0% соответственно.
Облопачивание в турбинах — активного типа, ротор ЦВД цельнокованый, роторы ЦНД — с насадными дисками.
При выборе материалов для турбин учитываются особенности работы радиоактивным паром и высокая степень влажности. Для корпусов цилиндров, корпусов клапанов и диафрагм высокого давления применяются стали, хорошо сопротивляющиеся эрозии, кроме того, некоторые детали, в частности кромки лопаток, выполняются со специальным покрытием. Для уменьшения размывания стыков и щелей диафрагмы собираются в группы.
Большое внимание уделяется дренированию влаги из «мертвых» зон в цилиндрах. Опыт эксплуатации первой мощной турбины на АЭС «Дрезден 1», показал, что опасения вредного влияния на металл пара, содержащего свободный О2, оказались преувеличенными. Ревизия турбины после 25 тыс. ч работы выявила, что большинство внутренних узлов турбины имело лишь незначительные следы эрозии и коррозии. Фирма заменила чугунные диафрагмы низкого давления, в которых имелись следы эрозионного вымывания.
Некоторые паропроводы, выполненные из углеродистой стали, были заменены новыми, из слаболегированной стали.
В турбинах первого поколения, не имеющих промежуточного перегрева при высоком разделительном давлении, влажность в последних ступенях низкого давления оказалась больше, чем в турбинах высоких параметров и в большинстве турбин насыщенного пара других заводов и фирм. В ряде случаев диаграммная влажность в конце ЦНД достигает ук=16%. Однако в этих турбинах, как правило, используются ЦНД обычных турбин. Этого удалось достигнуть, с одной стороны, за счет развитой системы влагоудаления, с другой — различными методами борьбы с эрозией. Так, в турбине АЭС «Дрезден 1» при номинальном режиме количество удаленной влаги составляло 12,5% общего расхода пара в турбину. Фактическая влажность пара при рк=5,1 кПа составила ук=12,5%. Подробный анализ влагоудаления в этой турбине представлен в § 7-1. С 1952 г. фирма ДЭ применяет в турбинах высоких параметров в области влажного пара зубчиковые лопатки, по мнению фирмы, полностью решающие проблему защиты от эрозии рабочих лопаток. Эта конструкция (см. § 3-3) применяется в турбинах насыщенного пара многих фирм. Следует отметить, что в турбинах по сравнению с рядом турбин европейских заводов и турбин ХТГЗ окружные скорости на периферии лопаток меньше.
Серийные турбины мощностью Рэ=450- 900 МВт для АЭС с ВВРк состоят из трех цилиндров: двухпоточного ЦВД и двух двухпоточных ЦНД (рис. 5-36). Турбины рассчитаны на р0=6,8 МПа с двухступенчатым промперегревом до tпп=268°С. Давление в конденсаторе от рк=3,3 кПа и выше.
Парораспределение в турбине — дроссельное с подводом пара по всей окружности в среднюю часть ЦВД. Четыре совмещенных стопорно-регулирующих клапана расположены группой рядом с ЦВД. Перед каждым ЦНД устанавливаются один стопорный (диаметром 863 мм) и один регулирующий (диаметром 940 мм) клапаны, которые располагаются в одном корпусе.
ЦВД имеет по шесть ступеней в каждом потоке с возрастающим dк. После третьей ступени пар отбирается для промперегрева при pотб=2,9 МПа и tотб=237,5°С (при номинальной нагрузке). Давление пара за ЦВД рразд=1,14 МПа. Диафрагмы и внутренняя расточка ЦВД имеют наплавку твердым слоем для защиты от эрозии.
Рис. 5-36. Типовая турбина насыщенного или слабоперегретого пара фирмы ДЭ (Рэ= 850 МВт на n = 30 с-1.
а — цилиндр высокого давления; б— цилиндр низкого давления; в — продольный разрез турбины.
Из ЦВД пар по четырем ресиверам диаметром 915 мм направляется к сепараторам, а затем в пароперегреватели, после чего проходит систему отсечных и регулирующих клапанов. Пароперегреватели попарно установлены по обе стороны турбины, к нижним (первая ступень) подводится пар из отбора ЦВД, к верхним (вторая ступень) — свежий пар.
Поверхность нагрева каждого перегревателя 6740 м2. Трубки перегревателя диаметром 15,8 мм изготовлены из углеродистой стали.
Цилиндры низкого давления выполнены с насадными дисками, с восемью ступенями
Рис. 5-37. Типовая турбина насыщенного пара фирмы ДЭ (Рэ= 1100-1300 МВт на n=30 с-1).
в каждом потоке и последней лопаткой с Зубчиковой поверхностью длиной 965 мм (до Рэ=850 МВт) и с l=1092 мм (для Рэ>850 МВт). Корневой диаметр ступеней понижается по потоку. На выходе из последней ступени установлены диффузоры. В ЦНД имеется система отборов пара на регенеративный подогрев питательной воды; в ЦВД отборов нет. Масса ротора длиной 10 м составляет 100 т. В ЦНД два корпуса — внешний, находящийся под внутренним разряжением, и внутренний, несущий диафрагмы и опираемый на нижнюю половину выходного патрубка. Несмотря на осевое уравновешивание как ЦВД, так и ЦНД упорный подшипник турбины, находящийся между ЦВД и первым ЦНД, рассчитан на усилие 45 т. Каждый ЦНД имеет свою мертвую точку, расположенную в его средней части.
Рядом с ЦВД установлена группа из девяти обводных клапанов, которые служат для байпасирования пара, необходимого при сбросах нагрузки, и поддержания давления в реакторе во время пуска. Обводные клапаны управляются регулятором давления свежего пара и обеспечивают пропуск до 40% наибольшего расхода пара через турбину. Байпасирование в конденсатор осуществляется через редукционную установку от паропроводов перед стопорными клапанами.
Расчеты фирмы показали, что если не устанавливать отсечной арматуры перед ЦНД, то возможен динамический заброс частоты вращения на 30%.
Типовую турбину мощностью более 1 млн. кВт рассмотрим на примере турбины для АЭС «Браунс Ферри» с ВВРк. Турбина рассчитана на р0=6,8 МПа, t0=284°С и рк=6,8 кПа, номинальная мощность турбины Рэ=1100 МВт, а при отключенном подогревателе высокого давления Рэмакс=1130 МВт. Турбина при n=30 с-1 выполняется одновальной с четырьмя цилиндрами: двухпоточным ЦВД и тремя двухпоточными ЦНД (рис. 5-37).
Пар подается от реактора через четыре паропровода диаметром 712 мм в количестве 0=1640 кг/с и проходит через четыре стопорных клапана диаметром 610 мм и четыре регулирующих клапана диаметром 508 мм. Угловая конструкция клапанов принята в результате аэродинамической отработки, показавшей небольшое падение давления и улучшение стабильности при работе. После регулирующих клапанов пар поступает в среднюю часть ЦВД, где в первой ступени осуществляется подвод пара по всей окружности. Два верхних подвода видны на рис. 5-37.
В ЦВД пар проходит через двухпоточную диафрагму и семь ступеней в каждом потоке. Ротор ЦВД — цельнокованый диаметром 975 мм. Масса ротора в собранном виде — около 68 т. Мощность ЦВД примерно 370 МВт.
Диафрагмы соединены попарно, сболчены по горизонтальному разъему; поверхности, где возможны протечки влажного пара, имеют повышенную твердость. В диафрагмах над лопатками предусмотрены влагоулавливающие карманы, которые тщательно дренируются, чтобы не допустить возврата влаги в паровой поток.
Давление пара на выходе из ЦВД рразд=1,45 МПа. Пар из ЦВД направляется по шести паропроводам диаметром 1760 мм, присоединенным к ЦВД по три с каждого конца — из них один сверху и два снизу. При влажности у=12% пар поступает на подсушку. Затем по трубам диаметром 915 мм направляется в ЦНД, пройдя предварительно систему комбинированных клапанов, состоящую из фильтра, стопорного клапана диаметром 863 мм и регулирующего клапана диаметром 945 мм и располагаемую в одном кованом корпусе.
Рис. 5-38. Тепловая схема АЭС с ВВРд и начальным перегревом пара с турбиной ДЭ (Рэ=922 МВт). С — сепаратор; ПП — промперегреватель.
Конструкции ЦНД подобны тем, которые использованы для турбины сверхкритических параметров Рэ=900 МВт для ТЭС «Бул Ран». Мощность каждого ЦНД примерно равна 250 МВт. В каждом потоке по семь ступеней, lz=1092 мм. Последние пять ступеней имеют рабочие лопатки с зубчиковой поверхностью. Длина ротора 11,9 м, а масса его в собранном виде составляет 136 т. Корпус ЦНД выполнен двойным: пар поступает с двух сторон по ресиверам диаметром 950 мм; подвод производится ниже горизонтального разъема (но выше фундамента), что позволяет поднимать верхнюю крышку ЦНД, не трогая ресиверов. Каждый цилиндр имеет свободное расширение: мертвые точки всех ЦНД находятся посередине корпуса. Разность тепловых расширений последнего корпуса ЦНД составляет примерно 5 см, что указывает на необходимость тщательного подхода к выбору осевых зазоров. Общая длина агрегата 68,6 м, а собственно турбины 49,7 м.
Для турбины разработана электрогидравлическая система регулирования с использованием ЭВМ. Гидравлическая система высокого давления работает на негорючей жидкости и приводит в действие паровые клапаны. Эта система отделена от маслоснабжения подшипников. Во время нормальной работы турбины регулирующие клапаны поддерживают постоянное начальное давление пара, так как рециркуляция в реакторе регулируется соответственно требуемой нагрузке.
Для ряда мощных блоков с ВВРд мощностью Рэ=880-1300 МВт фирма ДЭ проектирует установки с начальным перегревом пара ∆t0≥20°С. Примером такого блока может служить установка, упрощенная схема которой показана на рис. 5-38. После ЦВД пар направляется на подсушку во внешний сепаратор и далее в двухступенчатый перегреватель. Система регенерации включает два отбора из ЦВД и четыре из ЦНД.
Установки с начальным перегревом пара составляют примерно 40% всех агрегатов фирмы для АЭС с ВВРд. В основном они сочетаются с парогенератором фирмы «Бабкок-Вилькокс». На АЭС «Окони» для этих парогенераторов были получены следующие результаты. При номинальной нагрузке, когда G=670 кг/с, р0=6,4 МПа, температура пара t0=313,3°C при температуре насыщения ∆t0=279,8°С, т. е. ∆t0=33,5°C. Это существенно выше гарантийного значения ∆t0=19°С.
При перегрузке G=745 кг/с, р0=6,44 МПа, =280,2, tп.в=218°С, начальная температура пара t0=311,l°C, т. е. ∆t0=30,9°С. Отмечается высокая надежность работы парогенератора и устойчивость режимных параметров. При расходе мощности на собственные нужды АЭС Рс.н=36 МВт, т. е. при
Турбина четырехцилиндровая: один двухпоточный ЦВД с дроссельным парораспределением и три двухпоточных ЦНД с 965мм. Турбины такого типа широко применяются фирмой ДЭ и для работы насыщенным паром.
Турбины фирм Японии
Японская атомная энергетика в основном базируется на АЭС с водоохлаждаемыми реакторами, из которых по мощности находящихся в эксплуатации, строящихся и заказанных около 60% составляют АЭС с ВВРк. Турбины для АЭС (так же, как и для ТЭС) изготавливаются тремя фирмами, тесно связанными с американскими фирмами и использующими их конструкции. Так, фирма «Мицубиси», выпускающая турбины для АЭС с ВВРд, связана с фирмой «Вестингауз», а фирмы «Тосиба» и «Хитачи» — с фирмой ДЭ.
Следует отметить, что за последние годы японские турбостроительные фирмы создали хорошо оснащенные лаборатории, а фирмы «Хитачи» и «Тосиба» имеют натурные стенды низкого давления. Экспериментальные исследования, собственные разработки, активное использование для расчетов и проектирования ЭВМ позволили японским фирмам отойти от лицензионных конструкций.
Одной из особенностей японской энергетики является разная частота электрической сети 50 и 60 Гц. Японские турбины насыщенного пара начиная с мощности Р=340 МВт изготавливаются тихоходными и в зависимости от месторасположения АЭС имеют n=25 и 30 с-1.
Фирма «Мицубиси» выпускает и проектирует агрегаты насыщенного пара на n=30 с-1 мощностью от 340 до 1180 МВт для работы с ВВРд и начальное давление р0=5,1 МПа и реже на р0=5,9 МПа. Эти турбины с облопачиванием реактивного типа с конструкцией, аналогичной турбинам фирмы «Вестингауз».
Рис. 5-39. Турбина насыщенного пара фирмы «Тосиба» (Рэ=784 МВт, n=25 с-1). Показан один из трех ЦНД.
Фирма «Тосиба» производит и проектирует турбины насыщенного пара на n=25 с-1 (и реже на n=30 с-1) для работы с ВВРк. Давление пара перед турбиной р0=6,56 МПа. мощность от 360 до 1200 МВт. Примером такой турбины является агрегат для АЭС «Фукушима» (блоки № 3 и 4) мощностью Рэ=784 МВт, частота вращения n=25 с-1 [112].
Турбина состоит из четырех двухпоточных цилиндров (рис. 5-39). Начальные параметры: р0=6,56 МПа, у0=0,4%. После ЦВД пар направляется в сепаратор типа Пирлес, конструкция которого описана в § 4-4. Разделительное давление рразд=1,3 МПа, конечное давление рк=5 кПа. Подогрев питательной воды до tп.в=198°С производится в трех ПНД и двух ПВД; имеется деаэратор. Питательные насосы имеют привод от паровой турбины, получающей пар после СПП. Расход пара G1=1230 кг/с.
Турбина имеет дроссельное парораспределение, в ЦВД каждый поток состоит из 8 ступеней, а в ЦНД — из 10 ступеней. Длина последней лопатки 889 мм. Описание системы влагоудаления, в том числе используемых фирмой зубчиковых лопаток, см. в гл. 4. Длина турбины 44,5 м, высота оси агрегата 12,2 м. По расчету фирмы влажность пара перед сепаратором у1=l2,2%, после сепаратора у1=2%, а за последней ступенью ук=14,2%.
Фирма «Хитачи» изготавливает турбины на те же параметры пара для работы с ВВРк и аналогичной конструкции.
Турбина мощностью 540 МВт на n=30 с-1 состоит из однопоточного ЦВД и двух двухпоточных ЦНД с последней лопаткой длиной 965 мм (см. [61]). Облопачивание — активного типа. ЦВД имеет шесть ступеней постоянного диаметра dк, расположенных на цельнокованом роторе. Парораспределение дроссельное. В ЦНД диски насадные. В каждом потоке по восемь ступеней с существенно понижающимся корневым диаметром. В ЦНД развита система влагоудаления (см. рис. 3-12); все лопатки, включая последнюю, имеют периферийный бандаж. В трех последних ступенях лопатки выполнены с зубчиковой поверхностью. В заказах фирмы имеются турбины мощностью до Рэ=840 МВт.
