ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ПАРОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С РАСЦЕПНОЙ МУФТОЙ И САМОЦЕНТРОВКОЙ РОТОРА

Область использования
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована при разработке новых и реконструкции действующих теплофикационных паротурбинных энергоустановок.
Уровень техники
В процессе эксплуатации теплофикационных турбин при работе в осенне-зимний период на режиме полной теплофикации, когда в цилиндр низкого давления (ЦНД) поступает минимальный расход пара, а рабочие колеса вращающегося ротора ЦНД, передающего вращающий момент от общего вало-провода на электрогенератор (ЭГ), не вырабатывают, а, наоборот, потребляют мощность из-за больших вентиляционных потерь, ротор и статор ЦНД приходится охлаждать для предотвращения их недопустимого разогрева.
Известно техническое решение, направленное на устранение вентиляционных потерь, сопровождаемых разогревом ЦНД теплофикационной турбины, заключающееся в замене при переводе на теплофикационный режим ротора ЦНД на вал без рабочих колес (фальшвал), который служит только для передачи мощности, вырабатываемой остальными цилиндрами турбины на ЭГ (Л.Л. Симою, Е.И. Эфрос, В.Ф. Гуторов, В.П. Лагун / Теплофикационные паровые турбины: повышение экономичности и надежности. // Санкт-Петербург, Энерготех, 2001, С.39-46 - аналог [1]). Недостатками аналога [1] являются трудоемкость проведения мероприятий, связанных с периодической сезонной заменой ротора ЦНД на фальшвал и обратно с необходимостью вскрытия корпуса ЦНД, что приводит к тому же к экономическими потерям от недовыработки электроэнергии в периоды проведения таких работ, не связанных с необходимостью проведения планового ремонта оборудования.
Известна полезная модель теплофикационной паротурбинной энергоустановки, цилиндр низкого давления которой выполнен с возможностью отключения от подачи пара в осенне-зимний период (RU 2334880, F01D 5/06, 2008 [2]). Согласно [2] эта возможность обеспечивается за счет размещения в осевой полости вала ротора ЦНД второго вала меньшего диаметра, способного вращаться относительно основного вала в укрепленных внутри него подшипниках. Входной конец второго вала меньшего диаметра имеет муфтовое соединение с выходным концом ротора цилиндра среднего давления (ЦСД) общего валопровода, составляющего часть общего валопровода с цилиндром высокого давления (ЦВД).
Выходные концы внешнего и внутреннего валов ротора ЦНД со стороны электрогенератора (ЭГ) для соединения с его валом снабжены отдельными полумуфтами. При переходе на режим полной теплофикации полумуфта внешнего вала и ответная часть полумуфты ЭГ разбалчиваются, позволяя ротор ЦНД остановить и исключая тем самым необходимость охлаждения ЦНД в этом режиме. К недостаткам такого технического решения можно отнести конструктивную и технологическую сложность, ослабление прочности ротора ЦНД из-за введения внутреннего ротора меньшего диаметра по сравнению со штатным, а также необходимость хоть и на меньшее время по сравнению с аналогом [1] останавливать энергоустановку с соответствующей потерей выработки электроэнергии в период переналадки режима.
Известна принятая в качестве прототипа полезной модели теплофикационная паротурбинная энергоустановка, цилиндр низкого давления которой выполнен с возможностью отключения от подачи пара в осенне-зимний период (RU 129994, F01K 17/02, 2013 [3]). Согласно [3] указанный технический результат достигается тем, что в теплофикационной паротурбинной энергоустановке ЦНД выполнен с отделенным от общего валопровода турбины ротором, который соединен с отдельным электрогенератором. Данное техническое решение позволяет переходить на режим полной теплофикации простым перекрытием подачи пара в ЦНД с последующим отключением соединенного с его ротором ЭГ от сети. При этом не требуется изменение конструкции вала ротора ЦНД, а также останов энергоустановки для разбалчивания полумуфт, связывающих его с ЭГ. К недостаткам такого технического решения можно отнести конструктивную и технологическую сложность, установку дополнительного генератора, увеличение стоимость турбоустановки в целом. В литературном источнике [4] (Грибков A.M., Фадеев С.А., статья «Вариант продольной компоновки теплофикационных паровых турбин с расположением генератора со стороны цилиндра высокого давления», журнал Теплоэнергетика, 2013 г. №3 стр. 69-73 [4]) описана теплофикационная турбина с расцепной муфтой. Однако это описание не касается конкретных проблем, возникающих при подробном анализе процесса включения и отключения муфты.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение экономичности турбоустановки, а достигаемым техническим результатом - обеспечение при переводе теплофикационной паровой турбины на режим полной теплофикации возможности исключения вращения ротора ЦНД без ослабления его прочности и необходимости останова энергоустановки.
Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата достигается тем, что в теплофикационной паротурбинной энергоустановке, ЦНД которой выполнен с возможностью отключения от подачи пара в осенне-зимний период, согласно полезной модели ротор высокого и среднего давлений соединены с ротором низкого давления с помощью расцепной муфты, которая позволяет переходить на режим полной теплофикации простым рассоединением полумуфт. При этом не требуется изменение конструкции вала ротора ЦНД. Однако процесс включения и отключения расцепной муфты связан со взаимной центровкой роторов (РВД и РНД) и требует установки дополнительных устройств: устройство для предварительного нагрева ротора низкого давления (РНД) перед включением муфты, электрические датчики для измерения центровки роторов перед включением расцепной муфты, устройство для подъема РНД за счет подачи масла в систему гидроподъема ротора и регулирования его давления. Эти устройства необходимы для нормализации вибрационного состояния агрегата при работе в конденсационном режиме.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен один из возможных примеров принципиальной тепловой схемы теплофикационной паротурбинной энергоустановки согласно полезной модели с предусмотренной работой теплофикационной турбоустановки при большой тепловой нагрузке. В данном случае работают три сетевых подогревателя вместо двух; на фиг. 2 - упрощенная принципиальная схема маслоподачи в систему гидроподъема турбоустановки.
Подробное описание полезной модели
Теплофикационная паротурбинная энергоустановка согласно изображенному на фиг. 1 примеру реализации полезной модели содержит совмещенный цилиндр высокого/среднего давления (ЦВСД) 1 и двухпоточный ЦНД 2. При этом ротор ЦВСД 3 объединен с ЭГ 4 муфтовым соединением (не показано). Ротор ЦНД 5 соединен с ротором ЦВСД 1 с помощью расцепной муфты 6. Вход ЦВСД 1 соединен паропроводом 7 острого пара с паровым выходом парового котла. На указанном паропроводе 7 установлен стопорно-регулирующий клапан (СРК) 8 высокого давления. Выход ЦВСД 1 соединен перепускным паропроводом 9, с установленным на нем СРК 10, способным закрыть подачу пара моментально на входе в двухпоточный ЦНД 2. Выхлопы ЦНД 2 соединены с конденсатором 11, соединенным по конденсату с котлом 34 линией 12, на которой последовательно установлены конденсатный насос (КН) 13, подогреватель низкого давления ПНД 14, деаэратор 15, питательный насос (ПН) 16 и подогреватель высокого давления ПВД17.
На прямом трубопроводе 18 сетевой магистрали последовательно установлены подогреватели сетевой воды ПСГ1 19, ПСГ2 20 и ПСГ3 21, подключенные по греющей стороне к линиям 22, 23 и 24 паровых отборов ЦВСД нарастающего давления с установленной на них запорно-регулирующей арматурой (ЗРА) 25. При этом ПСГ1 19 и ПСГ2 20 соединены по конденсату перепускным паропроводом 26, ПСГ2 20 и ПСГ3 21 соединены по конденсату перепускным паропроводом 27, а ПСГ1 19 соединен с линией 12 основного конденсата линией 28 с установленным на ней дренажным насосом 29. ЦНД оснащен системой подогрева 35 перед включением его в работу.
Позиции элементов на фиг.2 совпадают с соответствующими позициями элементов на фиг.1. ЦНД 2 (фиг.2) оснащен ручным приводом 30 для поворота РНД на 180° при подготовке ЦНД к включению в работу. Полумуфты ротора ЦВСД и ЦНД оснащены электрическими датчиками 32 для измерения центровки этих роторов. Турбогенератор одновальной теплофикационной энергоустановки состоит из возбудителя 31, присоединенного к генератору жесткой муфтой. Возбудитель является валоповоротным устройством турбины в целом, а также генератора, присоединенного к ЦВСД паровой турбины жесткой муфтой. ЦНД оснащен устройством (не показано), позволяющим поднимать и опускать валопровод за счет подачи масла в систему гидроподъема 33.
Работа энергоустановки
Теплофикационная паротурбинная энергоустановка согласно полезной модели работает следующим образом. В весенне-летний период при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии СРК 10 открыт, и электрическая энергия вырабатывается ЭГ 4, а часть отборного пара ЦВСД 1 по линиям 22, 23 при частично прикрытой ЗРА 25 поступает в ПСП 19 и ПСГ2 20 для нагрева сетевой воды горячего водоснабжения. В осенне-зимний период в режиме полной теплофикации СРК 10 закрыт, ротор ЦНД 2 отцепляют от ротора ЦВСД 1 с помощью расцепной муфты 6 и останавливают, при этом ЗРА 25 открывают полностью. Все отборы на теплофикацию берутся из ЦВСД, это означает, что весь осеннее - зимний период энергоустановка работает в теплофикационном режиме, и весь пар отбирается на теплофикацию, при этом ЦНД отключен по пару при помощи расцепной муфты. Для работы в осеннее - зимний период ЦНД оснащен устройством для консервации в ОЗП с помощью инертного газа. В случае повышения тепловой нагрузки работают три сетевых подогревателя вместо двух. Схема сливов дренажей в сетевых подогревателях - каскадная. Конденсация пара при работе в конденсационном режиме происходит в сухой градирне.
Переход с конденсационного режима на полностью теплофикационный не требует останова энергоустановки, что исключает связанные с этим экономические потери от недовыработки электроэнергии. Кроме того, техническое решение согласно полезной модели не требует конструктивного изменения вала ЦНД 2, ослабляющей его прочность.