16. Конструкции корпусов, их материал и расчет.
Турбины конденсационные, с противодавлением и теплофикационные относительно небольшой мощности, примерно до 50 МВт, выполняются в одном цилиндре (рис. 10.1, а). Также одноцилиндровой может быть турбина и большей.
мощности—до 100—150 МВт, если она создается с противодавлением, с большими отборами пара для внешнего потребителя и конденсационная с относительно плохим вакуумом. Однако обычно турбины с теплофикационными отборами пара, хотя для них может и не требоваться дублирования потоков пара в части низкого давления, для лучшей организации отборов и их регулирования при мощности 50— 100 МВт не удается выполнить в одном цилиндре.
Паровые турбины для утилизационных ПГУ выполнятся одно- или двухцилиндровыми (рис. 10.1, а и 6).
Многоцилиндровые агрегаты для ТЭС и ТЭЦ состоят из ЦВД, ЦСД (если он имеется), одного или нескольких ЦНД.
Обычно цилиндры располагаются по потоку пара. После ЦНД устанавливается электрогенератор. Для турбин АЭС возможно как такое же расположение цилиндров, так и иное (рис. 10.26, 10.27 и 10.32), когда первый цилиндр ЦВД располагается в центральной части агрегата, а по бокам его находятся ЦНД (рис. 10.1, з).
В настоящее время одновальные турбины проектируются не более чем с пятью цилиндрами. В этом случае валопровод агрегата, состоящий из роторов турбины и ротора генератора, имеет шесть основных участков.
Очевидно, что увеличение числа цилиндров означает не только удорожание турбины, но приводит к большей величине тепловых расширений, большему числу опор — подшипников, соединений роторов — муфт, более густому спектру собственных частот валопровода. При этом возрастают требования к изготовлению и монтажу агрегата, к жесткости фундамента, что в конечном счете вызывает повышенные трудности обеспечения надежности всего турбоагрегата. Кроме того, увеличивается длительность и стоимость ремонта. Поэтому пятицилиндровые агрегаты выполняются только при их большой мощности, сочетаемой в конденсационных турбинах с глубоким расчетным вакуумом. Такими являются турбины для ТЭС мощностью 800 и 1200 МВт, быстроходные турбины для АЭС мощностью 500 МВт и более. Принципиально можно выполнить турбину с шестью цилиндрами. Однако по указанным выше причинам таких турбин нет даже в перспективных проектах агрегатов сверхбольшой мощности. Длительный опыт работы ТЭС и АЭС показал возможность обеспечения высокой эксплуатационной надежности пятицилиндровых машин. Нельзя не отметить некоторой тенденции турбостроительной промышленности к уменьшению числа цилиндров. Это объясняется трудностями обеспечения электростанций холодной циркуляционной водой и, следовательно, получения глубокого вакуума, а также стремлением снизить трудо- и металлоемкость изготовления. Уменьшение числа цилиндров при заданных мощности, частоте вращения и давлении в конденсаторе возможно за счет сокращения числа ЦНД (при этом необходимы или большие размеры — кольцевые площади - последних лопаток, или сохранение тех же последних лопаток и, как следствие, снижение экономичности) и за счет объединения в одном, первом цилиндре частей высокого и среднего давления турбины—совмещенного ЦВСД. Недостатком конструкции совмещенного ЦВСД является ограничение числа ступеней этих двух частей турбины и тем самым некоторое уменьшение КПД, а также определенные трудности компактного, рядом с цилиндром расположения большого числа клапанов.
Направление потоков пара в многоцилиндровой турбине определяется рядом факторов — уменьшением усилий, действующих на упорный подшипник, сокращением взаимных осевых перемещений валопровода и системы корпусов, уменьшением тепловых деформаций, расположением трубопроводов, органов парораспределения и т. д.
Первый цилиндр — ЦВД может выполняться однопоточным с подводом пара с конца или в среднюю часть. При подводе пара в ЦВД в среднюю часть добавляются некоторые потери энергии в проточной части (теряется выходная энергия пара после первого отсека, имеется небольшая потеря давления в перепуске), но сокращаются потери в концевых уплотнениях. Однако главное преимущество такого подвода — меньшие температурные разности в корпусе цилиндра. Достоинством подвода пара в средней части является уравновешивание осевого усилия в пределах одного цилиндра.
В цилиндрах среднего давления внутренние корпуса обычно выполняются после промперегрева в зоне высоких температур, а также в двухпогочных ЦСД. В ЦНД возможно простое однокорпусное выполнение цилиндра, более сложное двухкорпусное и даже трехкорпусное. Такие сложные конструкции ЦНД связаны с трудностями организации отборов пара, с выполнением части корпуса, поддерживающей диафрагмы и сопловые лопатки, независимой от основного, внешнего корпуса, что необходимо для того, чтобы перемещения внешнего корпуса не сказывались на зазорах в проточной части. В некоторых конструкциях внешний корпус ЦНД по существу является корпусом конденсатора, охватывая единую систему ЦНД — конденсатор.
Корпуса турбин активного типа, что характерно для турбин отечественного производства, имеют горизонтальный разъем, плотность которого обеспечивается толстыми фланцами, в которых в ЦВД, а в случае промежуточного перегрева и в ЦСД при переходных режимах могут возникнуть недопустимо большие температурные градиенты.
Корпуса высокого давления обычно не имеют вертикального разъема, поскольку обеспечить плотность на так называемом кресте — месте пересечения вертикального и горизонтального разъемов — при высоком давлении довольно трудно. В то же время в ЦСД, а также в одноцилиндровых турбинах имеются вертикальные фланцы, которые облегчают изготовление корпуса. В ЦНД вертикальное разделение корпуса связано главным образом с необходимостью уменьшения его габаритов для облегчения транспортировки.
Корпуса высокого и среднего давления выполняются литыми из высоколегированных сталей, иногда сварно-литыми, редко сварно-штампованными. Корпуса ЦНД, а также выходные патрубки большинства конденсационных и теплофикационных турбин выполняются сварными из листовой углеродистой стали.