C7-1 Turbine Cu Abur Saturat-curs -Text

5/16/2018 C7-1 Turbine Cu Abur Saturat-curs -Text - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/c7-1-turbine-cu-abur-saturat-curs-text 1/8

7. TURBINE CU ABUR SATURAT PENTRU CNE

Turbinele cu abur saturat sunt caracteristice CNE de tip LW R şi HWR care în prezentşi în viitorul apropiat au şi vor avea ponderea m ajoritar ă în num ărul şi puterea instalat ă în

CNE pe glob.Turbinele cu abur saturat au o construcţie specială diferită de cea a turbinelor cu abur

pentru CTE în special prin lipsa corpului de înaltă presiune.Particularităţile turbinelor cu abur saturat din CNE, comparativ cu turbinele cu abur

supraîncălzit din CTE sunt:1. parametrii iniţiali ai aburului sunt coborâ ţi (40 - 70 bar; 270-330°C fa ţă de 130-250 bar,

540 - 570°C la CTE);2. puteri mari unitare, mai mari ca la CTE (500 - 1600 MW);3. căderi reduse de entalpie deci un număr mai mic de trepte de destindere;4. debite de abur la intrarea în TA (m asice şi volumice) mai mari de 1,5 - 2 ori la aceea şi

putere; corespunzător debite mai mari şi la evacuarea din TA; consum mai mare de apă de r ăcire la condensator;

5. creşte numărul de fluxuri la CMP şi mai ales la CJP (1 - 2 CMP în dublu flux şi 2 - 4 CJPîn dublu flux (n f ));

6. creşte ponderea CMP în producerea energiei (> 60 %);7. creşte secţiunea de eşapare a aburului spre condensator Aesf ,

;es t p es total f p A d l A n d l π π = = ,

8. deci creşte lungimea ultimelor palete (l p=1000-1200 mm la 3000 rot/min; apar vibratii.9. creşterea vitezei de eşapare şi în consecinţa cresc pierderile de energie reziduale;10. creşte lungimea turbinei la 40 - 80 m ; apar dificult ăţi de echilibrare a rotorului; cre şte

volumul sălii turbinelor; creşte investiţia CNE; O soluţie de evitarea a acestor neajunsuri

este reducerea turaţiei TA (1500 sau 1800 rot/min) cu creşterea lungimii paletei finale la1650 mm şi scăderea corespunzătoare a lungimii TA la 30 - 50 m;

11. umiditatea este prezent ă în TA de la prim ele trepte; eroziune, randam entele treptelor scad, coroziune, cresc pierderile datorate um idităţii, se introduc sistem e separare(mecanică şi termică) între corpurile TA;

12. pericol de supraturare la desc ărcarea rapid ă de sarcin ă datorit ă energiei term ice maridin aburul şi apa stagnantă în separatoare. (La 28.06.1958 la CNE Calder Hall 13 buc ăţidin axul TA au fost aruncate la 450 m de sala maşinilor);

13. pornirea şi oprirea TA trebuie f ăcută autom atizat, cu ajutorul calculatorului carecontrolează variaţiile de temperatur ă, diferenţele de temperatur ă abur-metal în corpul TA,

alungirile relative, vibra ţiile, s ăgeata rotoarelor. Viteza de pornire şi oprire a TA estelimitată de eforturile termice din carcasa şi rotorul de înaltă presiune.

7.1. Puterea maximă

Puterea maximă limită a TA este dictată în principal de secţiunea de eşapare a aburuluila ultima treaptă pe un flux: A d es f p= l π ;

] MW [ pnv

c A P spt

f es 2= (1)

unde: Aes f este secţiunea de eşapare a aburului din TA pe un flux, în m 2; c2 - viteza axial ă aaburului la ie şirea din ultim ele palete, în m /s; v - volumul specific al aburului evacuat lacondensator, în m3/kg; n f - numărul de fluxuri; p sp - puterea specifică raportată la debitul deabur evacuat spre condensator, în MJ/kg.

TURBINE CU ABUR SATURAT

Curs CNE I, Prof. Ilie PRISECARU 1



Figura 7.1. Puterea unui flux.

În figura 7.1 se arată cum se poate determina puterea maximă a unei turbine cu abur cu un flux P f , respectiv puterea raportat ă la numărul de fluxuri pentru o turbin ă cu abur cu m ai multefluxuri, cunoscând celelalte mărimi din formulă.

Puterea TA este lim itată de aria secţiunii de e şapare la condensator Aest , care estelimitată de lungimea ultimelor palete ( l p) (ca urmare a solicitărilor maxime admise în palet ă)şi prin numărul de fluxuri de e şapare n f , care nu poate fi m ărit prea mult (n f = max 6 - 8) dinmotive de limitare a dilatărilor termice (l p = 900 - 1000, maxim 1200 pentru oţel aliat).

Efortul de trac ţiune produs de for ţa centrifugă în sec ţiunea de baz ă a ultim ei paletecare limitează secţiunea de eşapare a aburului pe un flux Aes t , se determină cu formula:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∫ 2

2

m

N

A

dr r )r ( Av

b

R

R b

baza ω ρ σ (2)

unde: ρ este densitatea materialului paletei, în kg/m3; ω - viteza unghiular ă , în rad/s; A (r) -secţiunea de rezistenţă a profilului paletei în dreptul razei r , în m2; Ab - secţiunea de rezistenţă a piciorului paletei, în m2.Rezult ă că se poate ob ţine cre şterea sec ţiunii de e şapare pe un flux Aes t , folosind

materiale cu raport σ / ρ cât mai mare:- legi convenabile de variaţie a profilului şi secţiunii de rezistenţă în lungul paletei;- reducerea turaţiei turbinei.

7.2. Alegerea turaţiei turbinei cu abur saturat

Toate turbinele cu abur supraînc ălzit din CTE şi CNE se construiesc pentru o singur ă turaţie: 3000 rot/m in - în cazul frecven ţei 50 Hz şi 3600 rot/m in în cazul frecven ţei 60 Hz(utilizată mai rar, în SUA şi Japonia).

La turbinele cu abur saturat se utilizeaz ă în prezent atât tura ţia 3000 (respectiv 3600)rot/min, cât şi turaţia pe jumătate 1500 (1800) rot/min - turbine lente.





Avantajele reducerii de turaţie (turbinelor lente)

1. creşterea lungimii ultimei palete l p până la 1450 - 1650 m în prezent, 2000 m m în viitor -datorită reducerii efortului în sec ţiunea paletei; viteza periferic ă a paletelor f iind mai mică şi for ţa centrifugă mai mică - solicitările datorate for ţei centrifuge în piesele rotoarelor suntmai reduse;

2. creşterea secţiunii de e şapare a aburului la ultim a treaptă Aes t , pe un flux, deci reducereanumărului de fluxuri n f şi a numărului de corpuri şi deci scurtarea lungimii turbinei cu abur,deci a lungimii (lăţimii) sălii maşinilor - care costă mai puţin;

3. creşterea randamentului turbinei cu abur cu circa 1 % prin sc ăderea pierderilor rezidualecu scăderea vitezei la evacuare;

4. reducerea eroziunii, în special a ultimilor palete;5. dau posibilitatea ob ţinerii unor puteri unitare m ai mari a turbinei cu abur datorit ă ariilor

mai mari ale secţiunii de eşapare la condensator.

Dezavantajele reducerii turaţiei

1. creşterea maselor şi dimensiunile (gabaritelor) pieselor şi a turbinei în ansam blu ceea ceînseamnă: consum m ai m are de m aterial (m etal), cre şterea dim ensiunilor funda ţiilor,creşterea greut ăţii de ridicare a m acaralelor. În tabelul 7.1 se arat ă o com paraţie întrecaracteristicile turbinăei cu abur saturat de 1000 MW pentru VVER-1000, în două variantede turaţie. Rezultă că masele sunt de aproape două ori mai mari în cazul 1500 rot/min;

Tabelul 7.1 Caracteristicile turbinei pentru VVER 1000 în dou ă variante de tura ţ ie

Caracteristica U.M. HTZ

Harkov

K-1000-60/1500-

2

LMZ

Leningrad

K-1000-

60/3000Turaţia rot/min 1500 3000

Număr de corpuri 1x2+3x2=4 1x2+4x4=5Masa corpului de medie presiune t 80 50Masa rotorului CMP t 35 32Masa corpului de joasă presiune t 280 150Masa rotorului CJP t 170 85Masa turbinei t 2200 1200Masa generatorului electric t 500 250Masa excitatricei t 120 65

Lungimea turbineiturboagregatului

m 52,2 74

Lungimea ultimei palete, l p mm 1450 960Suprafaţa inelar ă de eşapare m2 80 69Viteza periferică a paletelor m/s 450 540

2. se complică transportul pieselor grele şi cu gabarite mari (rotorul CJP, statorul GE etc.).3. este necesar ă echiparea uzinei de fabricat turb ine cu abur cu echipam ent nou sau

construirea unor ateliere noi dotate special pe ntru fabricarea turbinelor lente (fabrici noi

sau dot ări suplim entare în cele existente - deci noi investi ţii), prelucrarea pieselor m aimari, palete mai lungi;4. ciclul de fabricaţie este mai lung (cu 6 - 12 luni);





5. tehnologia de fabrica ţie a turbinelor cu abur cu 3000 rot/m in este m ai sim plă şi m aiapropiată de cea utilizată în fabricaţia turbinelor cu abur pentru CTE clasice.

6. costurile turbinei cu abur şi a investiţiei în CNE sunt mai mari în cazul turbinei cu abur cu1500 rot/min, consumul de metal mai mare. Costul turbinei cu abur cre şte cu circa 20-60%.

Figura 7.2. Domeniul de puteri pentru turbine cu abur saturat

În figura 7.2 se indic ă dom eniile de puteri ale turbinelor cu abur saturat la CNE -corespunzătoare celor două turaţii: 3000 şi 1500 rot/min.

Tendinţe pe plan mondial

Pân ă în anii 1970 se considera c ă palierul de putere 450 - 500 MW constituie limitasuperioar ă până la care se pot realiza TA saturat rapide.În prezent limita superioar ă a puterii TA rapide a fost ridicată la 900-1000 MW pentru valoriscăzute ale presiunii în condensator (0,03 - 0,05 bar) şi respectiv 1300 MW pentru valori mairidicate ale presiunii în condensator (0,06 - 0,08 bar) - datorită progresului tehnic înconstrucţia TA: creşterea lungimii ultimei palete la l p ≤ 1200 mm la 3000 rot/min în cazul

folosirii oţelului şi la l p≥

1200 cu materiale speciale, de exemplu aliaj cu titan.Se constată că tot mai multe CNE se realizeaz ă cu valori relativ m ari ale presiunii în

condensator din următoarele motive:- motive economice : pentru reducerea investiţiei (TA, condensatorul)- motive tehnico-ecologice: ca urm are a adopt ării sistemelor de r ăcire în circuit închis cu

temperatur ă mai ridicată a apei de r ăcire, întrucât cantit ăţile mari de c ăldur ă evacuate încondensatoarele TA saturat ar conduce la o poluare term ică inadmisibilă a apelor în cazuladoptării unor sistem e de r ăcire în circuit deschis - sau atunci când nu se g ăsescamplasamente pe malul unor râuri mari.

Alegerea turaţiei TA saturat e o problem ă tehnic ă şi econom ică com plexă care serezolvă în fiecare caz pe baza unui calcul tehnico-econom ic, ţinând seama de to ţi factorii(posibilităţile industriei constructoare de TA, cost materiale, posibilitate de a utiliza la TA





saturat ansambluri de la TA existente (K -1000 - 60/3000 LMZ are CJP identic cu CJP de laK-1200 -240-2 LMZ.))

7.3. Alegerea numărului TA la CNE

La m ajoritatea CNE se instaleaz ă o singur ă TA pentru fiecare RN (solu ţia m onobloc). ÎnURSS s-a adoptat solu ţia dou ă TA la 1 RN (dublu bloc ) la: VVER-400 (2x200): LW GR-1000 (2x500) şi VVER-1000 (2x500).

Soluţia monobloc

Avantaje: - investiţie mai redusă pentru TA (o singur ă TA costă mai puţin decât două de putere

pe jumătate) şi pentru CNE;- schemă mai simplă (conducte mai scurte, ventile mai puţine);

- fiabilitate m ai mare a TA (schem a fiind mai simplă sunt m ai puţine locuri unde se poate defecta TA).

Dezavantaj:- la orice oprire a TA se opre şte toată CNE (deci oprirea alim entării consumatorilor sau pornirea CE de rezervă din sistem).

Doua turbine la un reactor

Avantaje: - disponibilitatea CE mai mare, deoarece soluţia 2 TA la 1 RN permite ca RN să nu fie

oprit în cazul opririi (de avarie sau planificate) a uneia din cele 2 TA;- elasticitate m ai m are în exploatare a CNE, posibilitatea ca blocul energetic s ă

continue să funcţioneze (la un nivel m ai redus de putere), în cazurile când una din TA refuz ă să funcţioneze (cu posibilitatea restabilirii rapide a TA oprite);- siguranţă de func ţionare a blocurilor m ai m are, deci o siguran ţă ma i ma re î n

alimentarea consum atorilor datorit ă probabilit ăţii m ai m ici ca am bele TA s ă ias ă dinfuncţiune simultan;

- siguran ţa în func ţionare a TA saturat a fost m ai m ică decât cea aechipamentului nuclear mai ales la puteri m ari (TA se opresc m ai des decât RN). Pe m ăsuraacumulării experienţei în exploatare a TA saturat, a perfec ţionării lor, siguranţa în funcţionarea crescut şi soluţia monobloc s-a generalizat. La primele CNE VVER 1000 s-au instalat2x500 - în prezent o singur ă TA de 1000 MW;

- realizarea unor TA de puteri m ai mici (220, 500 MW ) este m ai uşoar ă (palete m aiscurte, eroziune mai mică, condensatori mai mici etc.) decât la puteri mari;

- posibilitatea producerii unei cantit ăţi anuale mai mari de energie electric ă, deci cu oeconomie mai mare de combustibil clasic.Statistica arată că: coeficientul mediu anual de utilizare a puterii instalate la CNE tip LWR

a crescut (cca.80-85%)

7.4. Alegerea puterii unitare a TA

Investi ţia specific ă a CNE scade rapid la cre şterea puterii. De aceea, se constat ă tendinţa de cre ştere a puterii unitare a TA din CNE m ai mare decât în CTE (de exem plu laCNE EPR TA are puterea de 1600MWe fata de CNE clasice 800MWe

In România CTE 330 MW, în CNE 706 MW.





TA-in proiect cu cea m ai mare putere unitara de 1 600 MW(EPR) respectiv1700 MW(ABWR II).Firma Brown Boveri a proiectat o TA saturat de 2000 MWe.

15001000500

CTE

CNE

$i kW

⎡ ⎤

⎢ ⎥⎣ ⎦

[ ] P MWe

Figura 7.3

7.5. Eroziunea

Criteriile de eroziune - care evalueaz ă pericolul de eroziune a paletelor m obile aleTA datorită umidităţii - utilizate de firme constructoare de TA:

Criteriul firmei Escher Wyss:

2

2

2

2

1

1 400200

1

400200⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

uc

v

)k ( y E ;

uc

k v

y E a s

EW a

s

EW (3)

Criteriul firmei Kraftwerk Union:

E y

pk d

n E

y

pk

u KWU d v KWU d =

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠⎟ =

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠⎟

2 2 2 3

3000 157 ; (4)

unde y este um iditatea aburului la intrarea în treapt ă; v1 - volum ul specif ic la intrarea întreaptă, în m3/kg; v2 - volumul specific al aburului la ieşire, în m3/kg; p - presiunea la intrareaîn treapt ă, în bar; k s - coeficient care ţine seam a de sistem ele interioare de separare a

picăturilor de apă (k s = 0,15 - 0,3); c1a - viteza axială a aburului la intrarea în paletele mobileale treptei, în m/s; c2a - viteza axială a aburului la ieşire, în m/s; u - viteza periferică la vârful

paletelor mobile, în m/s; k d - coeficient care ţine seama de dimensiunile picăturilor de apă d şi de intersti ţiul stator - rotor δ ; d v - diametrul la vârful paletelor mobile, în m; n - tura ţiaturbinei, în rot/min.

Firma EW recomandă măsuri speciale de protejare a paletelor în cazul EEW > 1.Firma KW U indica: E KWU < 0,2 - nu apare eroziunea, 0,5< E KWU > 0,2 - eroziune

slabă, ce nu necesit ă protejarea paletelor, E KWU > 0,5 - eroziune m edie, este necesar ă protejarea; valorile maxime EKWU: 1,4 pentru TA din CTE f ăr ă supraîncălzire intermediar ă; 2- pentru TA din CTE cu supraîncălzire intermediar ă, şi 3 - pentru TA din CNE cu abur saturat.

Criteriul firmei Alsthom:





2

31

1

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

−=

u

c

pth

u

c

p Nl

) x( G E

p

A

δ

(5)

unde: G este debitul de abur, în kg/s; x - titlul aburului; N - numărul de palete; l p -înălţimea paletei, în m ; c - viteza aburului, în m /s; p - presiunea aburului în kg/m 2; δ -distanţa ajutaj-paletă, în mm. Se consider ă că eroziunea este periculoasă pentru E A > 0,2.

Cantitatea de metal erodată se poate determina din:

( ) [ ]V ak E t mm mm A

b= − 0 2 3 , / (6)

7.6. Separarea umidităţii

Pentru reducerea efectelor negative ale umidităţii se prevăd sisteme interioare şi exterioare de

separare mecanică a umidităţii şi aparate termice de supraîncălzire intermediar ă a aburului cuajutorul aburului viu.

Figura 7.4. Separarea interna de umiditate. Palete goale la interior:1- canal colector condensat;2- fante pentru colectarea pic ăturilor

În fig.7.4 se arat ă dispoziţia uscătoarelor mecanice şi termice şi a condensatoarelor laturbinele cu abur saturat din CNE (I, II - usc ătoare cu ax vertical, III, IV, usc ătoare cu axorizontal).





7.7. Separatoare de umiditate externe turbinei cu abur saturat

Separatoare mecanice

Au fost f olosite la prim ele CNE - f ăr ă supraîncălzitoare cu abur şi apoi ca o prim ă

treaptă de separare - urmate de supraîncălzitoare termice cu abur.Clasificarea separatoarelor mecanice:1. după dispoziţia axului aparatului:- orizontale- verticale

2. după modul cum se face separarea şi tipul de dispozitiv care separ ă picăturile din abur:I - cu efect iner ţial: schimbarea de direcţie a curgerii

a) centrifugale - cu rozetă sau ciclon b) cu schimbarea direcţiei de curgere - cu table ondulate sau jaluzele

II - cu efect pelicular - for ţe de adeziune a apei la suprafeţele metalicea) cu table drepte

b) cu site, plase, umplutur ă III - combinate.

Exemple de realizări:

Exemple de realizăriI. Cu efect iner ţialI.1a. tip centrifugal cu rozetă I.1b. tip centrifugal cu ciclon verticalI.2a. cu efect iner ţial cu table ondulate (cu schimbarea direcţiei de curgere)I.2b. cu efect iner ţial cu jaluzele sau sistem Peerless (cu schimbarea direcţiei de

curgere)II. cu efect pelicular

1. Cu table drepte2. Cu site

III. combinat

Separatoare mixte

Separatoare mixte în care are loc separarea m ecanică urm ată de supraînc ălzireaaburului în una sau două trepte; se pot clasifica în:1. orizontale sau verticale - dup ă dispozi ţia axului aparatului - cele verticale ocupând m ai

puţin loc în plan (Biblis, VVER-440; VVER-1000) - v.figura2. după numărul de separatoare term ice cu unul sau dou ă supraîncălzitoare: 1 - Cernavoda,Biblis, 2 - PWR Framatome 1000, 1300, 1500 MW, VVER-1000.

3. după dispoziţia separatoarelor în aparat- separatorul mecanic aşezat la baza aparatului şi supraîncălzitorul deasupra (Biblis,

Donald Cook, Muhleberg.- separatorul mecanic aşezat la partea superioar ă a aparatului, iar supraîncălzitoruldedesupt (VVER-440, RBMK-1000)

4. după realizarea sistemului de separare mecanică (tablă ondulată, separator centrifugal etc.)şi a suprafe ţelor de schim b de c ăldur ă ale supraînc ălzitorului apă-abur ( ţevi cu aripioare,ţevi drepte, ţevi în T etc.).



C7-1 Turbine Cu Abur Saturat-curs -Text

Documents

Transcript of C7-1 Turbine Cu Abur Saturat-curs -Text