что такое тихоходная турбина
АЭС получат первую российскую тихоходную турбину
В Санкт-Петербурге завершается работа над головным образцом тихоходной паровой турбины большой мощности.
По сей день приходится слышать, что тяжелая промышленность в России заглохла, и восстановить ее будет трудно — если вообще возможно. Но вот факт, который спорит с подобного рода утверждениями: на высокотехнологичной производственной площадке Ленинградского металлического завода (ЛМЗ) в Санкт-Петербурге успешно идёт сборка головного образца новейшей тихоходной турбины. Проект разрабатывался и реализуется на ЛМЗ, что называется, с нуля. Вложенные в него 7 млрд рублей позволили возвести и запустить новый производственный цех и создать 200 рабочих мест.
К сегодняшнему дню специалисты ЛМЗ завершили сборку проточной части цилиндров низкого давления и осуществляют установку роторов низкого давления. Уже в этом году завод обещает завершить все работы и провести необходимые испытания.
«Это новый проект, и реализуется он в том числе как замена выбывшим мощностям харьковского завода, где исторически производились тихоходные турбины», — пояснил технический специалист и доцент ИПиНБ РАНХиГС Павел Грибов.
Тише едешь — дольше будешь
По частоте вращения паровые турбины для мощных энергоблоков бывают двух видов — быстроходные и тихоходные. Принципиальное отличие между ними— в количестве оборотов, которое совершает ротор за единицу времени. Для быстроходной турбины это 3000 оборотов в минуту, для тихоходной — в два раза меньше — 1500.
«Чем меньше число оборотов в минуту, тем меньше износ деталей, тем меньше напряжений в общей системе. То есть, при том же КПД, что и у быстроходной, такая турбина может больше и дольше работать, — поясняет физик-ядерщик Андрей Ожаровский. — Сейчас в мире развитие идёт к тому, чтобы делать турбины с меньшим числом оборотов в минуту.»
Тихоходную паровую турбину нового поколения, спроектированную в специальном конструкторском бюро «Турбина» ЛМЗ, специалисты считают на сегодняшний день одной из самых перспективных в мире. А производители говорят, что характеристики ее основных узлов позволят в перспективе создать на базе этой турбины такую, применение которой будет возможно в энергетической установке с единичной мощностью в диапазоне 1600-1800 МВт.
Быстроходная и тихоходная турбины отличаются не только частотой вращения ротора, но и массогабаритными характеристиками. Так, наружный диаметр быстроходной (определяемый длиной лопаток) в 1,5-2 раза меньше — около 4 метров против семи у тихоходной (чтобы было понятнее — это примерно высота двухэтажного дома). Но количество цилиндров у быстроходной больше, поэтому она длиннее. Что же касается веса, то быстроходная турбина на 20-30% легче тихоходной.
Оба варианта могут выдавать аналогичную мощность, поэтому предпочтения заказчика зависят от разных причин — как технико-экономического, так и субъективного характера, отметили в пресс-службе АО «Силовые машины», в состав которого входит ЛМЗ. И подчеркнули, что после завершения сборки и проведения стендовых испытаний ЛМЗ станет единственным российским предприятием, изготавливающим мощные паровые турбины как в быстроходном, так и в тихоходном исполнении.
Планируется что в дальнейшем тихоходные турбины будут использовать на атомных электростанциях проекта ВВЭР-ТОИ — двухблочных, оптимизированных по технико-экономическим показателям АЭС поколения III+ с водо-водяными энергетическими реакторами.
Немного истории
Первая отечественная паровая турбина, изготовленная на Металлическом заводе в Петербурге в далёком 1907 году, выдавала всего 200 кВт мощности. Принятый после революции план ГОЭЛРО потребовал новых, более мощных энергетических установок, и уже в 1927 году на Ленинградском металлическом заводе произвели турбину в 50 раз мощнее — 10 МВт.
К 1938 году единичная мощность турбин достигла 100 МВт, а после войны в Ленинграде изготовили первые в Европе агрегаты мощностью 150 МВт, получившие название «турбин мира» — в честь Стокгольмского воззвания в защиту мира, принятого на сессии Постоянного комитета Всемирного конгресса сторонников мира в марте 1950 года по инициативе знаменитого физика-атомщика Фредерика Жолио-Кюри.
Мощности паровых турбин росли: в конце 1970-х годов было принято решение разработать и изготовить на базе ЛМЗ инновационную, менее металлоёмкую быстроходную машину. В 1982 году первый образец мощностью 1000 МВт был собран.
Венцом конструкторского и инженерно-технического развития второй половины ХХ века стала паровая турбина мощностью 1200 МВт, созданная на ЛМЗ для Костромской ГРЭС. На одном турбинном валу этой турбины удалось сосредоточить мощность почти всех электростанций плана ГОЭЛРО.
«Тихий» атом, или Какие турбины установят на отечественных АЭС
Россия планирует утроить долю атомной энергии в структуре собственной электрогенерации (в настоящее время она составляет 11 процентов), заменить устаревшие электростанции и принять участие в зарубежных проектах строительства новых АЭС.
О том, с чего начинался проект и какие инновационные решения будут применены, рассказали вице-президент подразделения по развитию атомной энергетики ООО «АЛЬСТОМ Атомэнергомаш» Филипп Англарэ и директор подразделения по продвижению продукции в области атомной энергетики ООО «АЛЬСТОМ Атомэнергомаш» Оливье Мандемен.
В феврале 2012 года совместное российско-французское предприятие ООО «АЛЬСТОМ Атомэнергомаш» (ООО «ААЭМ») подписало договор на поставку основного оборудования машинного зала для энергоблоков № 1 и № 2 Балтийской АЭС в Калининградской области, ввод которых в эксплуатацию запланирован на 2016 и 2018 годы, соответственно. Стоимость договора превышает 35 миллиардов рублей (875 миллионов евро). Стоит отметить, что строительство Балтийской АЭС – первый крупный проект совместного предприятия.
Проект Балтийской АЭС базируется на водо-водяном реакторе ВВЭР нового поколения и предусматривает строительство двух идентичных блоков единичной мощностью 1200 МВт каждый. После сдачи в эксплуатацию Балтийская АЭС обеспечит надежность энергоснабжения в Калининградской области и восполнит дефицит электроэнергии в соседних странах за счет экспорта генерируемой мощности.
ООО «ААЭМ» выполнит поставку и монтаж основного оборудования машинного зала, включая паровые турбины ARABELLE™, турбогенераторы, конденсаторы, сепараторы-пароперегреватели, ПНД и ПВД, баки запаса питательной воды и другое вспомогательное оборудование. Несмотря на то что это первый крупный заказ для СП, в этом проекте, в соответствии с программой локализации производства турбины ARABELLE™ для АЭС с реакторами российской разработки, доля оборудования, производимого на территории РФ, составит более 50 процентов. В дальнейшем планируется довести долю локализации до 70 процентов и более.
В рамках отдельного договора ООО «ААЭМ» разработает технический проект машинного зала, включая компоновку машинного зала, схемы технологических процессов и пароводяного цикла для заказчика в лице генерального подрядчика – ОАО «НИАЭП».
Турбины универсального применения
По словам Филиппа Англарэ, при проектировании атомных станций выбор технологии паровой турбины определяется мощностью реакторной установки. Если принять во внимание, что референтный предел мощности быстроходной технологии находится на уровне порядка 1000 МВт, очевидно, что тихоходная технология занимает доминирующее положение при уровне мощности более 1000 МВт. На уровне мощности 1200 МВт тихоходная технология может эффективно применяться на АЭС с различными реакторами и условиями площадки. Таким образом, решение о переходе к энергоблокам увеличенной единичной мощности в рамках проекта «АЭС-2006» (ВВЭР-1200) обусловило выбор в пользу тихоходных паровых турбин для Балтийской АЭС.
Тихоходная технология – единственная технология, способная эффективно работать с достаточно большим объемом низкопотенциального пара, производимого мощными атомными реакторами. Сравнительно низкий уровень механических напряжений, характерный для тихоходных турбин, гарантирует надежность эксплуатации и долговечность оборудования. Увеличение площади выхлопа за счет применения более длинных лопаток последней ступени (ЛПС) ведет к улучшению эксплуатационных показателей в районах с относительно холодным климатом.
Сегодня около 85 процентов всех блоков АЭС единичной мощностью более 900 МВт оснащено тихоходными паровыми турбинами; на блоках единичной мощностью 1200 МВт и более устанавливаются исключительно тихоходные турбины.
Прежние свойства с новыми особенностями
Главная отличительная черта турбины ARABELLE™ – это уникальная конфигурация. Оливье Мандемен рассказал, что для сокращения длины валопровода турбоагрегата части ВД и СД были перегруппированы и объединены в цилиндре ВД/СД (ЦВСД). Однопоточная конструкция ЦВСД обеспечивает повышение КПД за счет сокращения вторичных потерь у корня и на периферии лопаток. Проточная часть ЦВСД обеспечивает однопоточное расширение пара в диапазоне давлений с 60‑70 бар на входе до примерно 3 бар за последней ступенью СД. Такое расширение пара характеризуется максимальным КПД и обеспечивает до 60 процентов вырабатываемой мощности турбины. По сравнению с предыдущей конструкцией применение однопоточной конструкции позволяет повысить совокупный КПД турбины не менее чем на 1 процент.
Процесс расширения пара в двухпоточных ЦНД проходит при существенно более низком начальном давлении – приблизительно в три раза меньше, чем в тихоходных турбинах предыдущих поколений.
Длина рабочих лопаток последней ступени (ЛПС) турбины ARABELLE™ для Балтийской АЭС составляет 1430 миллиметров. Площадь выхлопа ЦНД с ЛПС данного типоразмера наилучшим образом соответствует массовому расходу производимого реактором пара и конечным условиям теплоотвода на площадке. Конструкция ЛПС с цельнофрезерованной демпферной полкой, обеспечивающей надежную работу, и елочным хвостовиком, упрощающим доступ при проведении проверок (инспекций), отвечает требованиям по длительности межремонтных периодов.
С учетом эффективной виброизоляции, образованной демпферной полкой, данный тип лопатки отличается от свободно стоящих лопаток такой же длины меньшим весом. Относительно легкие лопатки позволяют спроектировать опорную конструкцию, способную выдержать теоретически возможный дисбаланс в случае поломки ЛПС.
Аэродинамические характеристики лопаток последней ступени также были оптимизированы. В результате на последних ступенях ЦНД работают лопатки с объемными профилями, разработанными с применением самых совершенных расчетов и изготовленными по последнему слову техники. В частности, в двух последних диафрагмах использованы изогнутые профили, а не прямые, как в турбинах предыдущих поколений.
Технология сварного ротора является еще одной ключевой особенностью паровых и газовых турбин компании «Альстом». При изготовлении особо крупных роторов эта технология позволяет оптимально контролировать внутренние свойства материала. Благодаря снижению уровня напряжений в сварных роторах по сравнению с конструкцией ротора с насадными дисками для изготовления сварных роторов можно использовать сталь с меньшим пределом текучести, за счет чего обеспечивается лучшее сопротивление коррозионному растрескиванию, а также сохраняются необходимые свойства дисков с ЛПС.
Учитывая влияние конструкции паровой турбины на КПД пароводяного цикла в целом, при проектировании необходимо проанализировать все составляющие пароводяного цикла, чтобы свести возможные потери КПД к минимуму.
На большинстве быстроходных энергоблоков АЭС предыдущих поколений греющим паром СПП (сепаратора-пароперегревателя) служит только острый пар, при этом перегрев пара осуществляется в одноступенчатом подогревателе. На современных энергоблоках термодинамический цикл улучшен за счет применения в СПП дополнительной ступени перегрева паром из отборов в проточной части ВД. Требуемая температура перегретого пара на выходе из СПП достигается при вдвое меньшем расходе острого пара, чем в случае с применением одноступенчатого пароперегревателя. Такая замена острого пара на частично отработанный пар ВД ведет к увеличению КПД цикла на 0,3‑0,6 процента, в зависимости от его параметров. Разница температур на выходе СПП и перепад давления непосредственно влияют на КПД энергоблока.
Схема подогрева питательной воды была также оптимизирована. Конструкция паровой турбины будет адаптирована к реактору путем такого подбора давления пара из отборов ВД на регенеративный подогрев в последнем ПВД, который может обеспечить требуемый нагрев питательной воды перед ее подачей в реактор. Как показывает опыт, отбор пара на подогрев в турбоустановках ARABELLE™ наиболее эффективен за четвертой ступенью ВД, при этом требуемая температура питательной воды достигается путем незначительных изменений в проточной части.
Такой уровень температуры питательной воды достигается последовательно в нескольких регенеративных подогревателях питательной воды с подводом греющего пара из отборов турбины. Рекомендуемая схема регенеративного подогрева предусматривает семь точек отбора пара с четырьмя ПНД, одним деаэратором и двумя ПВД, что на один подогреватель больше, чем в быстроходных системах предыдущих поколений. Кроме того, для увеличения вырабатываемой мощности блока конденсат греющего пара ПНД закачивается дренажными насосами в линию основного конденсата. Все указанные усовершенствования оказывают ощутимое влияние на вырабатываемую электрическую мощность и таким образом покрывают связанные с их реализацией дополнительные расходы.
Самая мощная в мире
Специалисты компании отметили, что международный опыт применения паровых турбин ARABELLE™ подтвержден успешным вводом в эксплуатацию двухблочной атомной электростанции Линг Ао мощностью 2160 МВт в Китае. Для выполнения конкретных требований проекта строительства Балтийской АЭС проектирование паровой турбины будет осуществляться с учетом потребностей близлежащей теплофикационной сети. Исходная конфигурация турбины ARABELLE™ с раздельными проточными частями ВД и СД особенно хорошо подходит для отбора относительно больших объемов пара на двух отдельных уровнях давления: около 10 бар (в этом случае отбор пара происходит на выходе из проточной части ВД) и около 3 бар (соответствует уровню давления на выходе из проточной части СД).
В частности, тепловая мощность отборов пара из паровой турбины для нужд теплофикации может достигать 300 МВт.
В настоящее время тихоходная турбина ARABELLE™ является самой мощной из всех представленных на рынке; мощность турбины может достигать 1900 МВт, при этом обеспечивается превосходная устойчивость к коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, длительный срок службы (шестьдесят лет), увеличенные интервалы между проверками и удобство в обслуживании.
Созданное с целью реализации Федеральной целевой программы развития атомной энергетики РФ совместное предприятие ООО «ААЭМ» является главным поставщиком оборудования машинных залов АЭС на базе тихоходных турбин ARABELLE™ в России.
В конце 2008 года ООО «ААЭМ» разработало обоснование инвестиций для проекта поставки комплектной турбоустановки для Северской АЭС в Томской области (Западная Сибирь). Изначально ввод АЭС в эксплуатацию был запланирован на 2015 и 2017 годы, но был отложен из‑за сокращения потребности в электроэнергии и глобального экономического кризиса.
В мае 2011 года ООО «ААЭМ» заключило договор на оказание услуг на сумму 3 миллиона евро по разработке технического проекта машинного зала, оснащенного турбиной ARABELLE™ и вспомогательным оборудованием с реакторами ВВЭР последнего поколения – ВВЭР-ТОИ (Типовой оптимизированный и информатизированный проект).
«> «Тихий» атом, или Какие турбины установят на отечественных АЭС Код PHP » data-description=»Россия планирует утроить долю атомной энергии в структуре собственной электрогенерации (в настоящее время она составляет 11 процентов), заменить устаревшие электростанции и принять участие в зарубежных проектах строительства новых АЭС.
Производство первой в России тихоходной паровой турбины набирает обороты
Сборка головного образца уникальной тихоходной турбины проходит на высокотехнологичной производственной площадке Ленинградского Металлического завода в поселке Металлострой в Колпинском районе Санкт-Петербурга. Его запустили в 2012 году.
В настоящее время специалисты ЛМЗ уже завершили сборку проточной части цилиндров низкого давления и осуществляют установку роторов низкого давления. Кстати, уже в этом году они обещают завершить окончательную сборку и провести все необходимые испытания.
Несколько фактов о новом оборудовании: диметр каждого ротора низкого давления с установленными лопатками более 6,5 м при весе свыше 230 тонн.
Для справки. По частоте вращения паровые турбины для мощных энергоблоков бывают двух видов — быстроходные и тихоходные. Принципиальное отличие — в количестве оборотов, которое совершает ротор за минуту. Для быстроходной турбины — это 3000 оборотов в минуту, для тихоходной — в два раза меньше — 1500. На сегодняшний день быстроходные турбины, спроектированные конструкторами ЛМЗ, являются самыми мощными в мире. Ленинградский Металлический завод (ЛМЗ) исторически специализировался на производстве быстроходных агрегатов различной мощности для ТЭС и АЭС.
Читайте также.
Вступайте в наши группы и добавляйте нас в друзья 🙂
А для какого проекта производят эту турбину?
Ничего себе какая дура
Они должны быть дешевле в производстве и эксплуатации, потому что не так нагружены их элементы. Вот на фото она явно стальная, а в быстроходных турбинах высокой мощности титан, как минимум на последней ступени.
«…Однако по массогабаритным показателям тихоходная турбина на 20-30% крупнее быстроходной той же мощности, что суммарно, с учетом металлоемкости турбины, затрат на фундамент и конструктивные элементы машинного зала, ведет к увеличению стоимости машинного зала тихоходной турбины на 20-25% по сравнению с аналогичным решением для быстроходной. …
… Таким образом, тихоходные турбины считаются более надежными и безопасными, однако, являются и более дорогостоящими по сравнению с быстроходными аналогами, несмотря на некоторое превосходство по экономичности, обнаруживающееся в диапазоне свыше 1500 МВт. Преимущество тихоходных турбин тем выше, чем дальше единичная мощность установки переходит барьер 1500 МВт…»
Интересно, а это какая мощность здесь указана, электрическая или тепловая?
Если электрическая, то по проекту ВВЭР-1300 она составит — 1255 МВт (то есть явно мало)
Но скорее всего все же речь о мощности тепловой. У ВВЭР-ТОИ тепловая мощность 3300 МВт, то есть мастерить под такую мощность быстроходную турбину явно не комильфо.
Сравнивать принципа действия работы ну например: «Феррари или спортивный автомобиль» и БЕЛАЗ или ТОНАР/с относительно низкой грузоподъемностью/.Обе системы имеют свои преимущества.Теплофозические параметры для оценки отдельных типов турбин- составляют более ста единиц.
под такую мощность быстроходную турбину явно не комильфо.
1330 максимум 1400 МВт это порог для турбин с широким использованием титана.
А для тихоходных турбин уже проектриуются мощности свыше 1800 МВт.И говорят,что это не предел…
Подробные газодинамические расчеты проточных частей тихоходных и быстроходных вариантов турбин мощностью 1200 МВт и более показали, что, несмотря на несколько меньшую потерю с выходной скоростью в варианте тихоходной турбины за счет большей площади выхлопа, все остальные потери (профильные и вторичные, потери от протечек, потери от влажности и др.) по всем остальным ступеням значительно больше чем у быстроходных. Это приводит к тому, что внутренний относителный к.п.д. проточной части быстроходной турбины мощностью 1200 МВт и более во всем диапазоне конечного давления превосходит к.п.д. тихоходной турбины. При сравнительном анализе рассматривались традиционные конструктивные схемы современных турбин для АЭС:
Быстроходная турина: 2ЦНД+ЦВД+2ЦНД, рабочая лопатка последней ступени 1200 мм.
Тихоходная турбина: ЦВД+3ЦНД, рабочая лопатка последней ступени длиной 1450 мм.
Таким образом, тихоходные турбины считаются более надежными и безопасными
Не все так однозначно,мне кажется.Турбины на 3000 об. в минуту имеют свои преимущества исходя из особенностей конструктивной схемы:
Длительный опыт эксплуатации турбин (К-800-240 с 1972 года, К-1200-240 с 1978 года) в режимах переменных нагрузок свидетельствует о высокой надежности и маневренности турбин.
Высокая маневренность и более низкая инерционность в режимах переменных нагрузок по-моему тоже является показателем безопасности и общей надежности работы.Помимо упомянутых в вашей ссылке особенностей и недостатков по сравнению с массивным типом турбин :
-Для быстроходных турбин характерен какой-то барьер в пределах 1400-1500 МВт в виде сложности дальнейшего изготовления,усложнения самой конструкции и снижения КПД из-за более длинной базы по сравнению с малоборотными,а отсюда вполне объективно следует более высокие потери и снижение относительной эффективность тепломассообменного процесса из-за более длинного тракта передачи тепловой энергии.
Они больше подходят для атомных станций в виду более низкой температуры пара.
Её для АЭС сделают?
Четырехполюсный турбогенератор типа ТВВ-1200-4У3,трехфазный,с традиционной водородно-водяной системой охлаждения, где обмотка статора охлаждается водой, а обмотка ротора и сердечник статора охлаждаются водородом.
Турбогенераторы этого типа обеспечивают более 80% установленной мощности турбогенераторов на ТЭС и АЭС России и стран ближнего зарубежья. Турбогенераторы серии ТВВ предназначены для сопряжения с паровой турбиной и установкой на тепловых и атомных электростанциях в классе мощностей от 160 до 1200 МВт.
Агрегаты большой мощности советского производства начали запускать в эксплутацию еще в начале 80-х. Технологии во всем мире очень продвинулись.Мое мнение может быть старомодным,но в старых или классических так сказать проектах ВВЭР-1000 применяют две энергосиловые установки по 500-600 МВт.Это усложняет и немножко удорожает строительство, снижает общую КПД электростанции, но имеет свои преимущества.
Да нее, не может быть. Любой либерал и прочие сектанты сейчас быстро объяснят, что в России ничего не строят и не производят.
Ну и добавлю то, что неплохо было бы добавить в новость:
«Напомним, специально для производства новых тихоходных агрегатов в 2012 году «Силовые машины» ввели в эксплуатацию новый производственный комплекс, вошедший в состав ЛМЗ. Инвестиции в его строительство и оснащение составили около 7 млрд руб. Комплекс располагается в Санкт-Петербурге в поселке Металлострой.«
А то не всем понятно, что это реально новый производственный комлекс, несмотря на фото.
«Силовые машины» спроектировали и изготовили первую отечественную тихоходную турбину для АЭС
На Ленинградском Металлическом заводе (ЛМЗ, входит в состав компании АО «Силовые машины»), в посёлке Металлострой в Колпинском районе Санкт-Петербурга, успешно проведены испытания головного образца отечественной тихоходной турбины мощностью 1255 МВт. Освоение данной технологии сделало ЛМЗ единственным в мире предприятием, изготавливающим сегодня мощные паровые турбины как в быстроходном, так и в тихоходном исполнении. Об этом сообщила пресс-служба «Силовых машин» 1 июля 2021 г.
Тихоходная турбина нового поколения мощностью 1255 МВт спроектирована и разработана сотрудниками специального конструкторского бюро ЛМЗ «Турбина» с учётом требований инновационного проекта «ВВЭР-ТОИ»*, а также в соответствии с требованиями и при активной поддержке государственной корпорации по атомной энергии «Росатом».
На сегодняшний день она считается одной из самых перспективных в мире — характеристики основных узлов позволят в будущем создать на её базе машину, применение которой будет возможно в турбоустановке с единичной мощностью в диапазоне 1600-1800 МВт.
Ранее продуктовая линейка ЛМЗ для АЭС была представлена исключительно быстроходными турбинами максимальной мощностью 1200 МВт.
Производство головного образца тихоходной турбины большой мощности — это важнейший инновационный проект для российской энергетики в целом, который позволяет АО «Силовые машины» выйти на рынок тихоходных турбин большой мощности и составить в этом сегменте конкуренцию мировым энергомашиностроительным компаниям.
АО «Силовые машины» — российская энергомашиностроительная компания, входящая в десятку мировых лидеров отрасли по объёму установленного оборудования. Компания занимается проектированием, изготовлением и комплектными поставками оборудования для тепловых, атомных и гидроэлектростанций.
*ВВЭР-ТОИ — типовой проект двухблочной оптимизированной по технико-экономическим показателям АЭС поколения III+ с реакторными установками технологии ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор), разработанный в современной информационно-технологической среде проектирования.