Парова турбіна та спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій

Реферат: Пікова парова турбіна містить корпус зі ступенями тиску, утвореними діафрагмами з сопловим апаратом і багатоступеневим ротором, на дисках якого розміщено робочі лопатки. Для підвищення енергоефективності і надійності енергоблока при виробленні додаткової потужності в режимі пікових навантажень проточну частину пікової турбіни активного типу, на номінальний перепад спрацювання тиску 3,5-0,25 МПа та оптимальну частоту обертання 6000 об./хв, виконано з кутом конусності не більше ніж 15°, постійним кореневим діаметром, зі ступенем реактивності у кореневих перерізах не менше 0,05, жорстким ротором і чотирма ступенями тиску. При цьому робочі лопатки на дисках двох останніх ступенів виконано зі змінним по висоті перерізом, що спадає від кореня до периферії. Оптимальне характеристичне число Uср./С0 з UA 110369 C2 (12) UA 110369 C2 першого по четвертий ступінь змінюється від 0,48 до 0,56, де Ucp. - лінійна швидкість робочих лопаток на середньому радіусі; С0 - швидкість пари, еквівалентна теплоперепаду, спрацьованому у кожному із ступенів проточної частини. Винаходом також передбачено спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій. UA 110369 C2 5 Винаходи належать до енергомашинобудування та теплоенергетики, зокрема до паротурбінних установок, і можуть бути використані для генерування електроенергії в періоди пікових навантажень електромереж енергосистем, приводу електрогенераторів, компресорів, насосів великої потужності. Відома маловитратна турбіна (RU 2338885, 20.11.2008), яка містить сопловий апарат і робоче колесо з периферійними ущільненнями та робочими каналами, з оптимізацією характеристичних чисел для одноступеневого (u / C 0 )opt  0,35  0,4 і для двоступеневого (u / C 0 )opt  0,22  0,3 виконань, геометричних кутів виходу потоків з першого соплового 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 апарата і робочого колеса при заданих обмеженнях середнього діаметра та пропускної здатності ступеня. Відома одноступенева турбіна максимальної потужності до 1000 кВт із диском великого діаметра і лопатками малої довжини у порівнянні з турбіною, ступінь якої оснащено лопатками оптимальної довжини при еквівалентній витраті пари, відрізняється низьким ККД і може бути використана тільки для генерування механічної енергії в технологічних виробництвах, неефективна як привідна для технічних засобів великої потужності. При цьому конструкція одноступеневого виконання має кут виходу потоку з першого соплового апарата 9°, який нижче припустимої мінімальної межі і ступінь тиску низьконавантажений, а при заявленому куті виходу потоку 0° надходження пари через проточну частину турбіни відсутнє зовсім. Відомий спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій (RU 2070293, 10.12.1996), що включає відбір з базової турбіни частини відпрацьованої пари, яку додатково перегрівають і повертають у частину низького тиску базової турбіни. Спосіб включає поділ холодної пари після циліндра середнього тиску (ЦСТ) на два потоки, один у кількості 90-50 % загального потоку пари турбіни подають у байпасну лінію, інший в кількості 10-50 % подають у проміжний пароперегрівник з перегрівом до 650-850 °C при максимальному тиску 0,1-1,0 МПа, потоки перегрітої і байпасної холодної пари перемішують та подають у базову турбіну. Відомий спосіб не дозволяє істотно підвищити термодинамічний ККД циклу та енергоефективність турбоустановки з покриттям і мобільним підвищенням потужності в години пікових навантажень енергомережі, використовується для підвищення економічності проточної частини циліндра низького тиску (ЦНТ) і надійності робочих лопаток останніх ступенів за рахунок усунення ерозії вологої пари через її перегрів. При цьому високотемпературний промперегрів частини пари навіть при змішуванні у зазначених пропорціях не відповідає технічним умовам експлуатації циліндра низького тиску по температурних деформаціях, оскільки перевищення більш ніж на 50-60 °C припустимих температур у вихлопній частині циліндра низького тиску на номінальному режимі роботи та 120 °C - на холостому ходу при роботі більше однієї години призводить до зниження надійності, втрати працездатності. Найбільш близькою за сукупністю ознак є парова турбіна Р-50/60-12,8/1,3 [1], яка містить корпус зі ступенями тиску, утвореними діафрагмами з сопловим апаратом і багатоступеневим ротором, на дисках якого розміщено робочі лопатки. Відома турбіна малоефективна при використанні її як пікової через низьку частоту обертання 3000 об./хв., досить високий початковий тиск, велику витрату пари (480 т/год.) і високий протитиск, відрізняється великою кількістю (шістнадцятьма) низьконавантажених ступенів і неоптимальними масогабаритними показниками з робочими лопатками підвищеної довжини (122 мм) та значним діаметром проточної частини по середньому перерізу (931 мм), що впливає на погіршення режимних характеристик, обумовлює низьку маневреність і економічність. Найбільш близьким за сукупністю ознак є спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій (UA 90361, 26.04.2010), що включає відбір з базової турбіни частини відпрацьованої в циліндрі високого тиску пари з I-го і ІІ-го відборів, додатковий перегрів до 800-850 °C, подачу її для спрацьовування теплового перепаду в піковій турбіні із власним генератором для вироблення додаткової пікової електричної потужності, повернення відпрацьованої пари з пікової турбіни, у частину низького тиску базової турбіни та догрів живильної води, що подається в котел, теплом димових газів вихідної частини базового котла. Відомий спосіб створення додаткової пікової потужності нездійсненний на частоті обертання -1 ротора пікової турбіни, що дорівнює мережній 50 с через високі масогабаритні характеристики останньої з лопатковим апаратом проточної частини неоптимального виконання та великим числом ступенів тиску, що обумовлює недостатню маневреність турбоустановки та низький темп набору-скидання додаткової потужності для компенсації пікових навантажень 1 UA 110369 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергосистеми, а також підвищені енерговтрати на вінцях ступенів, які призводять до зниження ККД експлуатованої пікової турбіни. Крім того, за відомим способом на додатковий перегрів здійснюють відбір пари при температурі 800-850 °C, тиск якої вище тиску пари на вході у циліндр середнього тиску, що призводить до зниження потужності циліндра низького тиску базової турбіни та обмеження приросту потужності пікової турбіни. В основу винаходу поставлено задачу створення пікової парової турбіни, конструктивне виконання якої дозволяє оптимізувати масогабаритні показники для генерування при заданому теплоперепаді потужності з максимальним окружним ККД проточної частини і мінімальними втратами енергії пари з вихідною швидкістю, за рахунок чого досягнуто підвищення маневреності, енергоефективності і надійності енергоблока при виробленні додаткової потужності в режимі пікових навантажень. В основу винаходу поставлено задачу здійснення способу створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій шляхом реалізації включення у технологічний цикл базової турбіни високотемпературної пікової турбіни оптимального конструктивного виконання з максимальним окружним ККД проточної частини і мінімальними втратами енергії з вихідною швидкістю для високоманевреного набору-скидання навантаження в процесі багаторазового навантаження при виробленні і видачі в електромережу додаткової пікової потужності в період максимальних пікових навантажень енергосистеми, без зміни основних робочих характеристик і елементів теплової схеми базової турбоустановки, за рахунок чого досягнуто підвищення маневреності, енергоефективності та надійності енергоблока при виробленні додаткової потужності в режимі пікових навантажень. Поставлена задача вирішується тим, що в піковій паровій турбіні, яка містить корпус зі ступенями тиску, утвореними діафрагмами з сопловим апаратом і багатоступеневим ротором, на дисках якого розміщено робочі лопатки, згідно з винаходом, проточну частину пікової турбіни активного типу, на номінальний перепад спрацювання тиску 3,5-0,25 МПа та оптимальну частоту обертання 6000 об/хв., виконано з кутом конусності не більше ніж 15°, постійним кореневим діаметром, зі ступенем реактивності у кореневих перерізах не менше 0,05, жорстким ротором і чотирма ступенями тиску, причому робочі лопатки на дисках двох останніх ступенів виконано зі змінним по висоті перерізом, що спадає від кореня до периферії, при цьому оптимальне характеристичне число Ucp / C 0 з першого по четвертий ступінь змінюється від 0,48 до 0,56, де U cp - лінійна швидкість робочих лопаток на середньому радіусі; C 0 - швидкість пари еквівалентна теплоперепаду, спрацьованому у кожному із ступенів проточної частини. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утворення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій, який включає відбір після циліндра високого тиску базової турбіни відпрацьованої пари I-го і II-го відборів, перегрів до 540-565 °C, спрацьовування теплового перепаду в піковій турбіні з одержанням додаткової пікової потужності і повернення відпрацьованої пари у частину низького тиску базової турбіни, згідно з винаходом, спрацьовування теплового перепаду тиску відібраної пари з 3,5 МПа до 0,25 МПа здійснюють на режимах діапазону регулювання базового енергоблока у протитисковій високообертовій, одноциліндровій піковій турбіні на частоті обертання ротора пікової турбіни 6000 об./хв. в об'ємі витраченої пари, еквівалентному сумарній витраті пари двох підігрівників високого тиску базової турбіни. Проточну частину пікової турбіни активного типу виконано з кутом конусності не більше ніж 15°, що дозволяє використовувати лопатки зростаючої довжини для реалізації лопаткових апаратів з поліпшеними динамічними характеристиками на максимальному ККД пікової турбіни для підвищення надійності, енергоефективності та маневреності. Виконання пікової турбіни з постійним кореневим діаметром проточної частини забезпечує конструктивне виконання турбіни з ефективним використанням площі міжосьового обводу прохідних перерізів лопаткових апаратів при виході потоку, а задані кут конусності і ступінь реактивності в кореневому перерізі лопаткових апаратів оптимізують кінцеві втрати у периферійній області ступенів і протікання через розвантажувальні отвори ротора, що при спрацьовуванні заданого теплоперепаду в обмеженому до чотирьох числі ступенів дозволяє знизити втрати в кореневих перерізах лопаток (міжлопаткових каналах) ступенів і забезпечити високий степінь навантаженості останніх. Пікова турбіна із жорстким ротором дозволяє реалізувати обертання ротора із частотою нижче власної, підвищивши маневреність пусків і остановів при відсутності критичних зон з високою питомою потужністю, надійністю та енергоефективністю пікової турбіни. 2 UA 110369 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Робочі лопатки двох останніх ступенів виконано спадними по висоті, площею поперечного перерізу, що забезпечує припустимий рівень напружень у кореневих перерізах робочих лопаток і підвищення надійності при експлуатації пікової турбіни. Спрацьовування тиску пари з 3,5 МПа до 0,25 МПа в об'ємі, еквівалентному сумарній витраті пари двох підігрівників високого тиску, здійснюють у протитисковій високообертовій, одноциліндровій піковій турбіні із чотирма високонавантаженими ступенями тиску, що дозволяє здійснити надійне функціонування енергоблока теплової електростанції з високим темпом набору-скидання додаткової пікової потужності турбоустановки та підвищенням енергоефективності базового блока. Спрацьовування теплоперепаду тиску відібраної пари проводять при частоті обертання ротора пікової турбіни 6000 об./хв, що дозволяє забезпечити швидкий набір-скидання генерованої додаткової потужності турбоустановки для компенсації пікових навантажень енергосистеми при оптимальних масогабаритних характеристиках пікової турбіни та високій маневреності турбоагрегату у режимі надійного функціонування енергоблока з максимальною енергоефективністю. На фіг. 1 наведено пікову парову турбіну на вибрані параметри пари (поздовжній розріз), на фіг. 2 - принципова теплова схема енергоблока теплової електростанції потужністю 300 МВт на базі турбоустановки К-300-240-2 із запропонованою піковою паровою турбіною оптимального виконання, на фіг. 3 - графік змінення довжини робочої лопатки та середнього діаметра ступенів від частоти обертання ротора для активної проточної частини пікової парової турбіни, на фіг. 4 графік змінення ККД проточної частини пікової парової турбіни у залежності від числа ступенів при 6000 об./хв. Пікова парова протитискова високообертова, одноциліндрова турбіна містить (фіг. 1) корпус 1. У корпусі 1 закріплено сопловий апарат 2 і встановлено жорсткий цільнокований ротор 3 із чотирма дисками 4, на яких установлено робочі лопатки 5, що утворюють робочу решітку. Диски 4 оснащено паророзвантажувальними отворами 6. Між дисками 4 розміщено, закріплені у корпусі 1, три діафрагми 7. При цьому розміщені нерухомо: сопловий апарат 2 і три діафрагми 7 утворюють разом із дисками 4 чотири ступеня тиску. Диски 4 з лопатками 5 становлять робочі колеса. Лопатки 5 від першого до четвертого ступенів у кожному з наступних відносно попередніх робочих коліс виконано зростаючою по висоті довжиною так, що останні формують проточну частину турбіни з кутом конусності не більше ніж 15°. При цьому оптимальне характеристичне число Ucp / C 0 з першого по четвертий ступінь змінюється від 0,48 до 0,56, тобто Ucp / C 0  0,48 - для першого ступеня; Ucp / C 0  0,56 - для останнього ступеня, що відповідає максимальним значенням ККД ступенів. Проточну частину виконано з облопачуванням активного типу при ступені реактивності в корені для всіх ступенів, що дорівнює не нижче 0,05, а перетворення потенційної в кінетичну енергію в проточній частині активного типу для використання на лопатках 5 турбіни відбувається, в основному, у каналах нерухомих елементів ступенів: сопловому апараті 2 і діафрагмах 7. При цьому виконання проточної частини з кутом конусності не більше ніж 15° і ступенями з нерухомими сопловими і обертовими робочими лопатками 5 (на колесах дисків) зростаючої висоти, постійним кореневим діаметром у кожному із ступенів і ступенем реактивності в кореневих перерізах ступенів не нижче 0,05, дозволяє сформувати меридіональний периферійний обвід з оптимальними величинами осьових зазорів для забезпечення мінімальних кінцевих втрат у каналах проточної частини і кореневих перерізах лопаткових апаратів при мінімальному рівні протікання через діафрагмові ущільнення і оптимальному через розвантажувальні отвори у дисках 4 ротора 3. Виконання робочих лопаток двох останніх ступенів зі спадковою по висоті площею поперечного перерізу забезпечує безпечний рівень розтягувальних напружень під дією відцентрової сили на частоті обертання ротора 6000 об./хв і згинальних динамічних напружень у найбільш навантажених кореневих перерізах. Спосіб створення пікової потужності реалізовано на енергоблоці теплової електростанції (фіг. 2), що містить базовий паровий котел 9, з'єднаний трубопроводом 10 гарячої пари із циліндром 11 високого тиску, що сполучений паропроводом 12 холодного промперегріву із проміжним пароперегрівником 13 і паропроводом 14 гарячого промперегріву із циліндром 15 середнього тиску, з'єднаним паропроводом 16 із циліндром 17 низького тиску. Енергоблок теплової електростанції додатково містить високоманеврену пікову парову протитискову турбіну 18. Пікова парова турбіна 18 з облопачуванням проточної частини активного типу, жорстким ротором 3 і чотирма ступенями тиску для приводу генератора 19, 3 UA 110369 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підключена паропроводом 20, через паропровід 14 гарячого промперегріву, проміжний пароперегрівник 13, паропровід 12 холодного промперегріву до I-го і II-го відборів пари циліндра 11 високого тиску, які за допомогою засувок 22, 23, відповідно, відключено від підігрівників 24, 25 високого тиску (на відміну від підключення при експлуатації на номінальному режимі роботи енергоблока). Вихід пікової турбіни 18 паропроводом 26 підключено до частини низького тиску базової турбіни із циліндрами 15, 17 середнього тиску і низького тиску, відповідно. Спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій полягає у подачі пари базового котла 9 енергоблока з номінальними параметрами тиску 23,5 МПа, температури 540 °C паропроводом 10 гарячої пари у циліндр 11 високого тиску базової турбіни. На режимах діапазону регулювання базового енергоблока пари I-го і II-го відборів циліндра 11 високого тиску або одного з них при відключених засувках 22, 23, паропроводом 12 подають на промперегрів до температури 540-565 °C у проміжному пароперегрівнику 13 і паропроводом 20 направляють у пікову турбіну 18. Спрацьовування перепаду тиску пари I-го і ІІ-го відборів циліндра 11 високого тиску з 3,5 МПа до 0,25 МПа в об'ємі, еквівалентному сумарній витраті пари через (другий і третій) підігрівники 24, 25 високого тиску, що функціонують на номінальному режимі роботи енергоблока, здійснюють в одноциліндровій високообертовій піковій паровій турбіні 18. При проходженні через сопловий апарат 2 і напрямні апарати (на кресленні не показано) діафрагм 8 пікової турбіни 18 пара розганяється і, надходячи на робочі лопатки 5 дисків 4, здійснює обертання жорсткого цільнокованого ротора 3 із частотою 6000 об./хв, при якому кінетична енергія пари перетворюється в механічну енергію обертання вала, а потім (генератором 19) в електричну. При ступені реактивності в кореневих перерізах не менше ніж 0,05 у каналах робочої решітки додаткового розширення пари практично не відбуваються і ступінь працює в активному режимі. Передавши енергію обертовому ротору 3 у проточній частині пікової турбіни 18, відпрацьована пара паропроводом 26 надходить у частину низького тиску, приєднану до циліндра 15 середнього і у циліндр 17 низького тисків базової турбоустановки, у яких за рахунок збільшення витрати також виробляє додаткову потужність. При цьому вироблення додаткової (пікової) потужності здійснюється без введення додаткових конструктивних елементів, реконструкції циліндра 17 низького тиску, проточної частини базової турбіни, а також без зміни основних технологічних зв'язків теплової схеми турбоустановки енергоблока та відхилення параметрів від заданих технологічним циклом базової турбоустановки. Для доведення досягнення технічного результату та виконання поставленої задачі проведено багатоваріантне розрахункове дослідження з вибору оптимального конструктивного виконання пікової парової турбіни 18 з раціональною геометрією лопаткового апарата проточної частини і мінімальними масогабаритними показниками, що функціонує на оптимальній частоті обертання ротора 3 при незмінних основних експлуатаційних характеристиках базової турбіни. Початкові параметри пари на вході пікової парової турбіни 18 обмежено тиском 3,5 МПа та температурою 540-565 °C з урахуванням падіння тиску в проміжному пароперегрівнику 13 базового котла 9 за рахунок збільшеної витрати пари промперегріву при відключенні I-го і ІІ-го відборів базової турбіни. Параметри пари на виході з пікової турбіни 18 обмежено тиском 0,25 МПа з урахуванням деякого падіння при змішуванні з основним потоком пари з циліндра 15 середнього тиску і пропуску збільшеної витрати через частину низького тиску, при цьому роздільний тиск між циліндрами середнього 15 та низького 17 тисків дорівнює 0,22 МПа. Витрата пари через пікову турбіну вдосконалюваного конструктивного виконання, еквівалентна об'єму пари, що витрачається через другий 24 (63 т/год.) і третій 25 (84 т/год.) підігрівники високого тиску 147 т/год. (40,8 кг/с) при номінальному режимі роботи базової турбоустановки з максимально допустимою витратою 193,3 т/год. (53,7 кг/с). При заданому перепаді тисків з 3,5 МПа до 0,25 МПа, визначеної пропускної здатності проточної частини пікової турбіни 18 з витратою, що дорівнює витраті 193 т/год., а також виходячи з умов забезпечення окружного ККД на рівні, близькому до максимального при мінімальних втратах енергії з вихідною швидкістю останнього ступеня, було визначено геометричні розміри лопаткових апаратів проточної частини пікової турбіни для оптимального значення співвідношення Ucp / C 0 , де U cp - лінійна швидкість робочих лопаток на середньому радіусі; C 0 - швидкість пари еквівалентна теплоперепаду, спрацьованому у кожному із ступенів проточної частини з урахуванням тривалої міцності робочих лопаток, диска, хвостових з'єднань лопаток і корпусних елементів пікової турбіни. 4 UA 110369 C2 Геометричні розміри першого ступеня з урахуванням діапазону частот обертання ротора і позитивного ступеня реактивності в кореневих перерізах ступенів визначалися відповідно до залежності lc  5 де G  1т , 20  n  d tg1эф (1   ср ) 2 cp G - витрата пари через ступінь; 1т - ізоентропний питомий об'єм пари за соплом; n частота обертання ротора, об./хв; d cp . - середній діаметр ступеня;  1еф - ефективний кут 10 виходу потоку пари із соплового апарата;  ср . - ступінь реактивності ступеня на середньому діаметрі. При цьому ККД на вінці ступеня визначався підбором оптимального співвідношення характеристик: середнього діаметра, частоти обертання ротора, кута виходу потоку з коректуванням на технологічні обмеження. Ефективний кут виходу потоку з каналів напрямних апаратів склав: активного ступеня і 15 20 1еф  11 13 - для 1еф  14  20 - для реактивного ступеня. Крім того, геометрія проточної частини пікової турбіни, обумовлена висотою робочої лопатки l.л. останнього ступеня і кореневим діаметром її робочого колеса d к. , вибиралася з умови припустимих максимальних напружень у кореневих перерізах робочих лопаток на оптимальній частоті обертання ротора з діапазону n  3000  12000 об./хв. Відносна швидкість виходу пари з робочої лопатки з урахуванням рівнянь для трикутників швидкостей у ступені може бути подано у вигляді: 2 W2  2  103 [ 2 (1  )  ]  hp  u 2  2u 2  103 (1  )  hp  cos 1еф , 2   - реактивність ступеня в середньому діаметрі; h p - упорядковуваний теплоперепад на ступінь; u - окружна швидкість;  ,  - коефіцієнти швидкості соплових і робочих лопаток відповідно; W 2 - відносна швидкість виходу пари із робочих лопаток. де Прийнявши позначення 25 2 W2 a  2  10 [ (1  )  ], k  u  2 , z  2u 2  103 (1  )  cos 1еф  3 2 2 теплоперепад, що спрацьовується у робочому колесі ступеня може бути поданий як: 2  2ak  z 2   k  2ak  z 2 , hp      2a 2    a   2a 2     2 тоді при осьовому виході потоку з останнього ступеня з мінімальною втратою енергії вихідна швидкість потоку із робочого колеса дорівнює 30 2 W2  u 2  c 2 z , 2 де c 2 - осьова складова вихідної швидкості потоку за робочою решіткою, визначена як z c 2z  G  2т , dcp  l л G - витрата пари через останній ступінь;  2т - питомий об'єм пари за останнім ступенем; d cp . - середній діаметр останнього ступеня; l л - висота робочої лопатки останнього де 35 ступеня. При заданій витраті пари і його термодинамічних параметрах за турбіною, варіюючи значеннями діаметра кореневого перерізу, соплових лопаток і лопаток останнього ступеня методом послідовних наближень, визначено упорядковуваний теплоперепад для останнього ступеня, що відповідає мінімальній втраті енергії з вихідною швидкістю. 5 UA 110369 C2 Для визначеного значення діаметра кореневого перерізу d к прийнято оптимальну форму проточної частини і, виходячи з мінімальних значень кутів  1еф , визначено висоти соплових решіток ступенів, покладені в основу повного термогазодинамічного розрахунку проточної частини пікової турбіни в широкому діапазоні змінення частот обертання ротора 5   50  200 c 1 ( n  3000  12000 об./хв) для вибору оптимальної частоти обертання 10 ротора пікової турбіни (фіг. 3). За результатами виконання чисельного дослідження надано графік змінення ККД пікової парової турбіни (фіг. 4), що підтверджує доцільність використання пікової турбіни запропонованого конструктивного виконання із чотирма ступенями тиску на швидкості n  6000 об./хв, для забезпечення високої маневреності, енергоефективності і надійності енергоблока при виробленні додаткової потужності в режимі пікових навантажень. Рівень (ступінь) реактивності проточної частини при спрацьовуванні теплоперепаду тиску в ступені h p  f (, u,  1 ) із забезпеченням оптимального співвідношення Ucp / C 0 і осьового 15 20 25 30 виходу потоку із ступеня з мінімальною вихідною швидкістю c 2 потоку за робочими лопатками визначався виходячи із зіставлення розрахункових характеристик турбін з активним і реактивним облопачуванням. Так, виконання пікової турбіни з реактивним облопачуванням (  ст  0,5 ) при n  6000 об./хв відрізняється більш низьким рівнем ККД проточної частини, пов'язаним із втратами потужності, що досягають 10 % від оптимальних значень турбіни з активною проточною частиною. Тепловий розрахунок пікової турбіни з облопачуванням реактивного типу при  ст  0,5 ступенів за умови забезпечення максимального ККД доводить збільшення характеристичного числа Ucp / C 0 пікової турбіни до 0,69, у порівнянні зі значеннями 0,48-0,56 для турбіни з облопачуванням активного типу. Середній діаметр останнього ступеня пікової турбіни з реактивною проточною частиною при рівному числі ступенів в 1,8 разу перевищує значення середнього діаметра турбіни з активною проточною частиною. Це призводить до зниження навантаження на ступені і необхідності збільшення числа ступенів до семи, тобто до підвищення масогабаритних показників через збільшення діаметра та осьового розміру, що, у свою чергу, призведе до зниження маневреності пікової турбіни та енергоблока в цілому при виробленні пікової потужності. При практично рівних значеннях максимальної потужності ( Nmax  31,4 МВт) ККД проточної частини для активної турбіни на 1,2 % вище, ніж для реактивної. При цьому максимальне значення ККД на вінці ступенів турбіни з активною проточною частиною досягається на частоті обертання ротора   100 c 1 ( n  6000 об./хв), а турбіни з реактивною - на більш високій   150 c 1 ( n  9000 об./хв) частоті обертання. Це призведе до більш високих напружень у 35 40 45 50 робочих лопатках, дисках останніх ступенів і знизить надійність роботи пікової турбіни. При цьому експлуатація пікової турбіни з активним типом облопачування на більш низькій мережній (   50 c 1 ) частоті обертання ротора з низьконавантаженими ступенями передбачає виконання проточної частини зі ступенями великого діаметра та малими висотами лопаткових апаратів, що призведе до підвищення масогабаритних показників (характеристик), низьких маневреності, енергоефективності, надійності і невідповідності вимогам, що висуваються до пікових турбін для енергоблоків. Порівняльний аналіз результатів розрахункового дослідження напружень розтягання та згину для пікових турбін з облопачуванням активного і реактивного типів при оптимальних частотах обертання (табл. 1), які відповідають максимальному значенню ККД, доводить, що для турбіни активного типу рівень напружень у робочих лопатках нижче та ще й при значному запасі міцності, що забезпечує надійність роботи лопаткового апарата за великої кількості пусків і зупинок пікової турбіниза час експлуатації. При цьому виконання найбільш навантажених робочих лопаток двох останніх ступенів зі спадковою по висоті площею поперечного перерізу, як підтверджує розрахунок на міцність, має достатній коефіцієнт запасу міцності при використанні на високих частотах коливань із забезпеченням надійності пікової турбіни. 6 UA 110369 C2 Таблиця 1 Напруження розтягання і згину в кореневому перерізі робочих лопаток активної і реактивної пікових турбін при оптимальних частотах обертання Номер ступеня III Параметр Од. виміру І p МПа 47,4 95,5 128 195  зг МПа 9,7 18,4 24,3 39 II Активна турбіна, n  100 c IV 1 Реактивна турбіна, n  150 c 1 III V VII І p 105 182,6 265 349  зг 5 МПа МПа 19,7 37,5 41,0 46 При цьому за виконання лопаток робочих коліс третього та четвертого ступенів зі спадковою по висоті площею поперечного перерізу з жароміцної сталі 08 × 12ВНМФ (сплав ЕІ-802) з межею міцності  пp  580 МПа при температурі 500 °C і допустимими напруженнями плинності  0,2  380 МПа дозволяє забезпечити експлуатацію останніх при температурі до 570 °C 10 протягом не менше ніж 100 тис.год. Таким чином, використання в енергоблоці та експлуатація за способом на відборах частини пари з циліндра високого тиску базової турбіни, високоманевреної пікової парової турбіни із проточною частиною активного типу облопачування, ротором жорсткої конструкції та чотирма ступенями підвищеного навантаження, на частоті   100 c 1 ( n  6000 об./хв), забезпечує підвищену потужність на вінці 15 N  31348 кВт при ККД u  0,876 і оптимальні показники надійності, маневреності, енергоефективності енергоблока при виробленні додаткової потужності в режимі пікових навантажень. Джерела інформації: 1. Бойко Е.А. Паросиловые электростанции (Паротурбинные энергетические установки ТЭС) Справочное пособие / Е.А. Бойко, К.В. Баженов, П.А. Грачев / Красноярск: ИНЦ КГТУ. 2006. - 152 с. 2. Щегляев А.В. Паровые турбины / А.В. Щегляев. - М: Энергия. - 1996. - 368 с. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 1. Пікова парова турбіна, яка містить корпус зі ступенями тиску, утвореними діафрагмами з сопловим апаратом і багатоступеневим ротором, на дисках якого розміщено робочі лопатки, яка відрізняється тим, що проточну частину пікової турбіни активного типу, на номінальний перепад спрацювання тиску 3,5-0,25 МПа та оптимальну частоту обертання 6000 об./хв, виконано з кутом конусності не більше ніж 15°, постійним кореневим діаметром, зі ступенем реактивності у кореневих перерізах не менше 0,05, жорстким ротором і чотирма ступенями тиску, причому робочі лопатки на дисках двох останніх ступенів виконано зі змінним по висоті перерізом, що спадає від кореня до периферії, при цьому оптимальне характеристичне число Uср./С0 з першого по четвертий ступінь змінюється від 0,48 до 0,56, де Ucp. - лінійна швидкість робочих лопаток на середньому радіусі; С0 - швидкість пари, еквівалентна теплоперепаду, спрацьованому у кожному із ступенів проточної частини. 2. Спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій, який включає відбір після циліндра високого тиску базової турбіни відпрацьованої пари I-го і ІІ-го відборів, перегрів пари до 540-565 °C, спрацьовування теплового перепаду в піковій турбіні з одержанням додаткової пікової потужності і повернення відпрацьованої пари у частину низького тиску базової турбіни, який відрізняється тим, що спрацьовування перепаду тиску відібраної пари з 3,5 МПа до 0,25 МПа здійснюють на режимах діапазону регулювання базового енергоблока у протитисковій високообертовій, одноциліндровій піковій паровій турбіні на частоті 7 UA 110369 C2 обертання ротора пікової турбіни 6000 об./хв в об'ємі витраченої пари, еквівалентному сумарній витраті пари двох підігрівників високого тиску базової турбіни. 8 UA 110369 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9