Сравнение переменных режимов последних ступеней тихоходных и быстроходных турбин для атомных электростанций

Аннотация

В современных энергосистемах в европейской части РФ существует значительный дефицит маневренной мощности. По оценкам ведущего института «Энергосетьпроект», реализация базового — наиболее выгодного — режима работы атомных электростанций (АЭС) может быть обеспечена, если суммарная их доля не превышает 22…24 % от общей мощности. При дальнейшем развитии атомной энергетики и возрастании доли электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, последние будут вынуждены принимать на себя функции регулирования нагрузки энергосистемы. Фактором, определяющим технический минимум нагрузки для паровых турбин, является разогрев выхлопного патрубка при низких расходах пара из-за возникновения отрыва в корневых сечениях последних ступеней. При проектировании мощных паровых турбин влажного пара (более 500 МВт) возникает альтернатива: создавать быстроходные агрегаты на частоту 50 Гц или тихоходные на 25 Гц для четырехполюсного генератора. Тихоходные турбины имеют определенные преимущества: уменьшается число цилиндров низкого давления (ЦНД) за счет увеличения высоты последних лопаток; оптимальное профилирование последних ступеней легче выполнить из-за уменьшенного градиента давления в межвенцовом зазоре, меньшего оптимального теплоперепада на расчетном режиме и существенно меньших относительных скоростей в корне за сопловыми лопатками и на периферии за рабочими лопатками. Для сравнения работы тихоходных и быстроходных турбин на частичных нагрузках произведены расчеты последних ступеней этих турбин в диапазоне режимов от расчетного до режима холостого хода. Расчеты проведены по методике невязкого осесимметричного потока с учетом потерь энергии по методике кафедры паровых и газовых турбин НИУ «МЭИ». Расчеты показали, что участвовать в регулировании нагрузки в диапазоне 0,3…1,0 от номинальной мощности могут быстроходные турбины, у которых режим отрыва потока в корне рабочих лопаток наступает при меньших относительных объемных расходах, чем у тихоходных турбин.