Tratat de turbine cu abur si cu gaze
Autor: Gavril Creta
Editura: A.G.I.R.
Format: 17,5x24,5 cm
Nr. pagini: 864 + planse
Coperta: legata
ISBN: 978-973-720-367-0
Anul aparitiei: 2011
CUPRINS
Notatii
Partea I. PROCESE TERMODINAMICE IN TURBINE CU ABUR SI CU GAZE
1. Generalitati
1.1. Evolutia turbinelor cu abur
1.2. Descrierea si functionarea turbinelor cu abur
1.3. Clasificarea turbinelor cu abur
1.4. Descrierea, functionarea si clasificare turbinelor cu gaze
1.5. Istoricul turbinelor cu gaze
1.6. Norme si standarde
1.7. Turbine cu abur fabricate in Romania
1.8. Turbine cu gaze fabricate in Romania
Bibliografie
2. Principalele relatii ale curgerii fluidelor compresibile
2.1. Ecuatia de stare
2.2. Ecuatia continuitatii curgerii
2.3. Ecuatia conservarii energiei
Bibliografie
3. Curgerea prin tuburi si retele de palete fixe
3.1. Curgerea prin tuburi
3.2. Curgerea prin ajutaje neglijand fecarea
3.3. Functionarea ajutajului convergent in regim izentropic, variabil
3.4. Functionarea ajutajului convergent-divergent in regim izentropic, variabil
3.5. Curgerea prin ajutaje luand in considerare si frecarea
3.6. Curgerea prin ajutaje cu sectiunea finala oblica
3.7. Racirea ajutajelor
Bibliografie
4. Transformarile termodinamice din retelele de palete mobile
4.1. Relatiile fundamentale ale turbinelor axiale
4.2. Randamentul la palete in cazul turbinelor axiale
4.2.1. Randamentul la paletele turbinelor axiale cu actiune
4.2.2. Randamentul la paletele turbinelor axiale cu reactiune
4.3. Curgerea in retelele de palete lungi ale turbinelor axiale
4.4. Relatiile fundamentale ale turbinelor radiale
4.5. Racirea paletelor rotorului
4.6. Turatia specifica a turbinelor
Bibliografie
5. Mijloace pentru micsorarea vitezei periferice optime
5.1. Necesitatea micsorarii vitezei perifrice optime
5.2. Etajarea vitezei
5.3. Etajarea presiunilor
6. Cercetari experimentale asupra curgerii in retelele de palete
6.1. Conditiile similitudinii si incercarile aerodinaice pe modele
6.2. Caracteristicile geometrice ale retelelor de palete
6.3. Caracteristicile aerodinamice ale retelelor de palete
6.4. Pierderile din retelele de palete
6.4.1. Piederile de profil din retelele de palete
6.4.2. Pierderile de capat ale retelele de palete
6.4.3. Piederile prin interactiunea retelelor
6.4.4. Piederile prin acoperire si prin efectul de ejectie
6.5. Influenta numerelor Reynolds si Mach si a rugozitatii asupra coeficientului de pierdere
6.6. Cercetari aerodinamice pe retele de palete fixe
6.7. Cercetari aerodinamice pe machete de turbine
6.8. Curgerea aburului umed in retelele de palete
6.8.1. Formarea umiditatii
6.8.2. Cercetari experimentale privind observarea umiditatii
6.9. Trasarea profilurilor de palete
Bibliografie
7. Pierderi si randamente
7.1. Piederile din ajutaje
7.2. Pierderile din paletele rotorului
7.3. Pierderile de la iesire
7.4. Pierderile prin frecarea discului si ventilatia paletelor
7.5. Piederile prin neetanseitati
7.6. Pierderile prin umiditatea aburului
7.7. Piederile mecanice
7.8. Piederile prin radiatie
7.9. Randamentele turbinelor
7.10. Consumul specific de abur
7.11. Factorul de calitate
Bibliografie
8. Ciclurile si influenta lor asupra randamentului
8.1. Mijloacele pentru imbunatatirea randamentului
8.2. Ciclurile turbinelor cu abur
8.2.1. Influenta presiunii si temperaturii initiale ale aburului
8.2.2. Influenta presiunii finale
8.2.3. Influenta umiditatii aburului
8.2.3.1. Efectele umiditatii
8.2.3.2. Mijloace pentru reducerea efectelor umiditatii aburului
8.2.4. Ciclul regeneativ
8.2.5. Influenta resupraincalzirii aburului
8.2.6. Influenta productiei combinate de energie electrica si caldura
8.2.7. Consumul specific de caldura
8.3. Ciclurile ideale ale turbinelor cu gaze.
8.3.1. Ciclul Carnot
8.3.2. Ciclul Ericson
8.3.3. Ciclul cu destindere si compresiune izentropica
8.3.4. Ciclul cu destindere izentropica si cu compresiune izoterma
8.3.5. Ciclul ideal cu ardere fractionata
8.4. Ciclurile reale ale turbinelor cu gaze
8.4.1. Ciclul real simplu
8.4.2. Mijloace pentru imbunatatirea caracteristicilor ciclului termic
8.4.3. Consumul de combustibil si de aer
8.5. Cicluri combinate abur-gaz
Bibliografie
9. Calculul termodinamic al turbinelor pentru regimul economic
9.1. Alegerea tipului si a caracteristicilor principale ale turbinei
9.2. Mersul calculului
9.3. Reprezentarea preliminara a procesului termic in diagrama i-s
9.4. Calculul turbinelor axiale cu actiune
9.4.1. Calculul turbinelor monoetajate
9.4.2. Calculul turbinelor cu trepte de viteza
9.4.3. Calculul turbinelor multietajate
9.4.4. Calculul treptelor avand retele de palete lungi
9.5. Calculul turbinelor axiale cu reactiune
9.6. Calculul turbinelor radiale monoetajate
9.6.1. Calculul dimensiunilor principale
9.6.2. Calculul detaliat al turbinei
9.7. Calculul sectiunilor de curgere ale retelelor de palete
9.7.1. Calculul sectiunilor de curgere ale retelelor cu profil constant
9.7.2. Calculul sectiunilor de curgere ale retelelor cu profil variabil
9.8. Calculul tehnico-economic
9.9. Exemplu de calcul termodinamic
9.9.1. Calculul termodinamic al unei turbine cu abur cu condensatie
de 3 MW de tipul cu actiune
Bibliografie
10. Functionarea turbinei in regim variabil
10.1. Functionarea unei trepte in regim variabil
10.2. Calculul unei trepte in regim variabil
10.3. Calculul detaliat al turbinelor multietajate in regim variabil
10.4. Repartitia presiunilor si caderilor de entalpie pe treptele turbinelor multietajate in regim variabil
10.4.1. Repartitia presiunilor
10.4.2. Repartitia caderilor de entalpie
10.5. Reglarea turbinelor cu abur
10.5.1. Procedeele de reglare a turbinelor cu abur
10.5.2. Reglarea prin laminare
10.5.3. Reglarea prin admisie
10.5.4. Reglarea prin by-pass
10.5.5. Alegerea procedeului de reglare
10.5.6. Calculul ventilelor
10.5.6.1.Clasificarea ventilelor de reglare
10.5.6.2. Calculul ventilului taler si a celui cu dublu scaun
10.5.6.3. Calculul ventilului monoscaun cu difuzor complet deschis
10.5.6.4. Ventilul cu difuzor partial deschis
10.6. Reglarea turbinelor cu gaze
10.6.1. Reglarea turbinelor cu gaze in circuit deschis
10.6.2. Reglarea turbinelor cu gaze in circuit inchis
10.7. Diagramele de consum ale turbinelor cu abur
10.7.1. Diagramele de consum ale turbinelor cu condensatie fara prelevare de abur
10.7.2. Diagramele de consum ale turbinelor cu contrapresiune fara prize de abur
10.7.3. Diagramele de consum ale turbinelor cu o priza de abur reglata
10.7.4. Recalcularea diagramelor de consum in functie de puterea la bornele generatorului
Bibliografie
Partea a II-a. CONSTRUCTIA SI CALCULUL DE REZISTENTA SI DE VIBRATII
11. Paletele rotorului
11.1. Constructia paletelor rotorului
11.2. Constructia pieselor de inchidere
11.3. Bandaje, sarme de rigidizare si sarme de amortizare
11.4. Calculul de rezistenta al paletelor
11.5. Detrminarea caracteristicilor geometrice si mecanice ale profilului
11.6. Determinarea experimentala a tensiunilor din palete
11.7. Calculul bandajului, sarmei de rigidizare si sarmei de amortizare
11.8. Coeficienti de siguranta si solicitari admisibile
11.9. Oscilatiile paletelor
11.9.1. Oscilatii libere si oscilatii fortate
11.9.2. Caracterul periodic al fortelor de impuls
11.9.3. Oscilatiile paletelor individuale
11.9.4. Calculul frecventelor proprii ale paletelor individuale
11.9.4.1. Oscilatiile de incovoiere ale paletelor cu profil constant
11.9.4.2. Calculul frecventelor proprii ale paletelor individuale cu profil variabil
11.9.4.3. Oscilatiile de torsiune ale paletelor
11.9.4.4. Influenta turatiei
11.9.5. Oscilatiile pachetelor de palete
11.9.6. Determinarea experimentala a frecventelor proprii
11.9.7. Aparitia rezonantei si evitarea ei
11.10. Materiale pentru paletele rotorului
11.10.1. Materiale utilizate
11.10.2. Metode de verificare a materialului
11.11. Avarii in legatura cu palete rotorului si remedierea lor
11.11.1. Avarii la turbinele cu abur
11.11.2. Avarii la turbinele cu gaze de ardere
Bibliografie
12. Discurile rotorului
12.1. Constructia discurilor
12.2. Calculul coroanei discului
12.3. Ecuatia diferentiala a discurilor rotitoare
12.4. Calculul discului de grosime constanta
12.5. Calculul discului conic
12.6. Calculul discului de egala rezistenta
12.7. Calculul discului cu un profil oarecare
12.8. Calculul discului cu incarcare laterala
12.8.1. Calculul discului de grosime constanta cu incarcare laterala
12.8.2. Calculul discului cu incarcare laterala
12.8.3. Calculul discului de o forma oarecare cu incarcare laterala
12.8.4. Calculul rotorului cu disc de acoperire
12.9. Calculul discurilor cu ajutorul calculatoarelor electronice numerice
12.10. Influenta concentratorilor
12.11. Valori recomandate si solicitari admisibile
12.12. Oscilatiile discurilor
12.13. Materiale pentru discuri
12.13.1. Materiale utilizate
12.13.2. Metode de verificare a materialului
12.13.3. Proba de supraturare
12.14. Avarii ale discurilor
12.15. Exemplu de calcul de rezistenta
Bibliografie
13. Arborele turbinei
13.1. Constructia arborelui
13.2. Calculul de rezistenta al arborelui
13.3. Calculul turatiei critice a rotorului prin metodele clasice
13.4. Calculul computerizat al turatiilor critice ale agregatului
13.5. Materiale pentru arbori
13.5.1. Materiale utilizate
13.5.2. Metode de verificare a materialului
13.6. Avarii ale arborelui
Bibliografie
14. Echilibrarea rotorului
14.1. Echilibrarea fortelor axiale
14.2. Echilibrarea dinamica a rotorului
15. Cuplajele si virorul
Bibliografie
16. Paletele statorului
16.1. Ajutajele si coroanele de ajutaje
16.2. Paletele directoare ale turbinelor cu reactiune cu rotorul in tambur
16.3. Paletele redresoare
16.4. Canalele redresoare
16.5. Diafragmele
16.5.1. Constructia diafragmelor
16.5.2. Calculul de rezistenta al diafragmelor
16.6. Materiale pentru ajutaje si diafragme
16.6.1. Materiale utilizate si coeficienti de siguranta
16.6.2. Metode de verificare a diafragmelor
Bibliografie
17. Etansarile
17.1. Etansarile intermediare
17.2. Etansarile exterioare
Bibliografie
18. Carcasele
18.1. Constructia carcaselor
18.2. Calculul de rezistenta la carcaselor
18.3. Calculul suruburilor carcaselor
18.4. Deformarile carcaselor
18.5. Degradarea materialului
18.6. Eroziunea carcasei la turbinele cu abur nucleare
18.7. Materiale pentru carcase
18.7.1. Materiale utilizate
18.7.2. Metode de verificare a materialului
Bibliografie
19. Lagarele
19.1. Lagarele radiale
19.2. Lagarele axiale
19.3. Lagarele cu rulmenti
Bibliografie
20. Imbracamintea si izolatia
20.1. Izolatia turbinei
20.2. Imbracamintea turbinei
Bibliografie
21. Sistemul de reglare
21.1. Generalitati
21.2. Reglarea turatiei
21.2.1. Regulatoare de turatie
21.2.2. Sistemul de regalare a turatiei
21.2.3. Caracteristicile sistemelor de reglare a turatiei
21.2.4. Reglarea turbinelor cu condensatie cu resupraincalzitoare de abur
21.2.5. Regulatoare izodrome
21.3. Reglarea presiunii
21.4. Rerglajul combinat de turatie si presiune
21.5. Reglarea debitului
21.6. Dispozitive de siguranta
Bibliografie
Partea a III-a. INSTALATII AUXILIARE
22. Instalatia de ungere
22.1. Uleiurile de turbine
22.2. Circuitul de ulei
22.3. Componentele instalatiei de ungere
22.3.1. Pompa principala de ulei
22.3.1.1. Pompa cu roti dintate
22.3.2. Pompa auxiliara de ulei
22.3.3. Filtrul de ulei
22.3.4. Racitorul de ulei
22.3.5. Rezervorul de ulei
Bibliografie
23. Instalatia de condensare
23.1. Constructia condensatoarelor
23.2. Calculul condensatorului
23.3. Calculul de rezistenta al condensatoarelor
23.4. Masinile auxiliare ale instalatiei de condensare
Bibliografie
24. Separatorul de umiditate
Bibliografie
25. Camera de ardere
Bibliografie
26. Conductele instalatiei de turbine
Bibliografie
27. Instalatia de automatizare, masurare si prelucrare a datelor
27.1. Conducerea procesului
27.2. Sistemul de comenzi automate
27.3. Aparatele de masurare si de semnalizare
27.4. Cooperarea intre sistemul de reglare si instalatia de automatizare si de protectie
27.5. Instalatia de prelucrare a datelor
27.6. Sistemul de diagnoza
Bibliografie
28. Fundatia
Bibliografie
29. Constructii de turbine
29.1. Turbine cu abur supraincalzit
29.2. Turbine cu abur saturat
29.2.1. Turbinele cu abur din centralele nuclearo-electrice
29.2.2 Turbinele cu abur din centralele geotermice
29.3. Turbine cu gaze de ardere
29.3.1. Turbine cu gaze de ardere stationare
29.3.2. Turbine cu gaze utilizate in aviatie
29.3.3. Turboagregate de supraalimentare
29.4. Turbine de expansiune
Bibliografie
Partea a IV-a. EXPLOATAREA TURBINELOR CU ABUR
30. Montarea turbinei
30.1. Montarea placilor de baza
30.2. Montarea carcaselor
30.3. Centrarea lagarelor
30.4. Centrarea a doua rotoare alaturate
30 5. Descentrarea rotoarelor
30.6. Centrarea diafragmelor si a etansarilor exterioare
30.7. Exemplu de calcul
Bibliografie
31. Protectia suprafetelor, ambalarea si transportul
31.1. Protectia suprafetelor
31.1.1. Protectia pentru clima temperata
31.1.2. Protectia pentru clima tropicala umeda
31.1.3. Protectia pentru clima tropicala arida
31.1.4. Protectia pentru clima tropicala umeda si arida
31.2. Ambalarea
31.3. Depozitarea
31.4 Curatirea pieselor inainte de montare
Bibliografie
32. Exploatarea turbinelor
32.1. Generalitati
32.2. Conditiile normale de livrare
32.3. Prima pornire a turbinei
32.3.1. Problemele pornirii
32.3.2. Lucrari premergatoare primei porniri a turbinei
32.3.2.1. Curatirea conductei principale de abur
32.3.2.2. Curatirea si verificarea circuitului de ulei
32.3.2.3. Verificarea instalatiei de vid
32.3.2.4 Verificarea ventilului rapid
32.3.3. Prima pornire a turbinei
32.4. Pornirea normala a turbinei
32.4.1. Pornirea normala a turbinei din starea rece
32.4.2. Pornirea normala a turbinei din starea calda
32.4.3. Pornirea turbinei cu contrapresiune
32.5. Supravegherea turbinei
32.6. Oprirea turbinei
32.7. Turbina in repaus
32.8. Fiabilitate si mentenanta
32.9. Revizia turbinei
Bibliografie
33. Performantele turbinelor
33.1. Principalele caracteristici ale performantelor
33.2. Consumul specific de caldura
33.3. Siguranta in exploatare
33.4. Flexibilitatea
Bibliografie
Anexa. Transformarea formulelor din sistemul de unitati de masura MKfS in sistemul international SI.
PREFATA:
Studiile recente de prognoza apreciaza ca, cu toate ca pe plan mondial se fac eforturi intense de a folosi resursele de energie primara regenerabile (hidro, eoliana, solara etc.), energia electrica necesara pe plan mondial se va obtine in mare parte - si in deceniile viitoare - prin exploatarea resurselor naturale de combustibili (fosili, nucleari si vegetali) in centrale termoelectrice clasice si nucleare. Aceste transformari de energie se vor realiza cu ajutorul turbinelor cu abur si cu gaze. Daca la aceste masini se mai adauga turbinele folosite in aviatie, pe marile nave comerciale si militare ce utilizeaza combustibili fosili si nucleari, pe submarinele nucleare, pe marile nave specializate, pe turbotrenuri si pe vehiculele cu perna de aer, precum si turbinele folosite in industria chimica, petroliera si in metalurgie, pe magistralele de transport ale gazelor naturale, atunci ne putem forma o imagine asupra rolului pe care il au si il vor avea inca si in viitoarele decenii aceste masini.
In carte s-a prezentat mai pe larg evolutia turbinelor cu abur si a celor cu gaze, clasice si nucleare, pana in zilele noastre, evolutie care a permis: realizarea unor turbine avand puteri uriase - turbine cu abur de 1500 MW si turbine cu gaze de ardere de 290 MW - utilizarea unor temperaturi ale gazelor la intrarea in turbinele stabile de 1060 °C iar in cazul turbinelor cu gaze din aviatia militara a unor temperaturi si mai ridicate. Se arata de asemenea tendintele aparute pe plan mondial in organizarea intreprinderilor in ultimii ani si realizarile din Romania de la inceputul fabricatiei primei turbine cu abur (la Resita) din anul 1951 si pana in anul 1989.
Sunt prezentate problemele fundamentale ale turbinelor cu abur si ale celor cu gaze. O redare mai larga s-a acordat prezentarii rezultatelor cercetarilor experimentale ale curgerii fluidelor in retelele de palete, pierderilor din aceste retele, curgerii aburului umed si studiului ventilelor cu difuzor, pe baza cercetarilor proprii si a celor de pe plan mondial.
Sunt redate de asemenea solutiile constructive ale turbinelor clasice, dar si cele mai noi solutii aparute in ultimele decenii pentru paletele statorului si rotorului, carcase, lagare, sistem de reglare s.a.
O extindere mai larga s-a acordat si capitolelor referitoare la calculele de rezistenta si de vibratii ale paletelor rotorului, ale pachetelor de palete si discurilor rotorului si utilizarii calculatoarelor personale la proiectarea turbinelor, la determinarea caracteristicilor geometrice si mecanice ale profilelor de palete (aria, centrul de greutate, momentele principale de inertie, axele principale de inertie). Sunt prezentate materialele folosite, metodele de verificare a materialului si avariile care apar in exploatare ale paletelor, ale arborelui si remedierea lui, deformarea carcaselor, degradarea materialului, eroziunea carcaselor turbinelor nucleare etc.
In carte se prezinta unele solutii constructive noi, instalatia de ungere (este tratat pe larg proiectarea pompei cu roti dintate cilindrice), sistemul de reglare, instalatia de condensare, separatoarele de umiditate din centralele nucleare, instalatia de automatizare (sistemul de diagnoza on line) si fundatia.
Partea a patra a acestui tratat am preluat-o din cartea „Turbine cu abur, montare, protectia suprafetelor, exploatare”, pe care am publicat-o la Editura Politehnica Timisoara in anul 2004. Aceasta preluare s-a facut cu acordul scris al Editurii Politehnica. Problemele tratate in aceasta carte sunt prezentate pe scurt in cele ce urmeaza.
Este abordata tehnologia de montare a turbinelor cu abur, care se ocupa de succesiunea operatiilor de montare si de dispozitivele necesare acestor lucrari. Se prezinta metodele de centrare a lagarelor, a diafragmelor si a etansarilor exterioare, precum si centrarea a doua rotoare alaturate. Se insista asupra modului cum trebuie realizata „descentrarea” rotorului in faza de montaj (in stare rece si in repaus), pentru a asigura centrarea corecta din timpul functionarii in regimul normal al agregatului. Modul cum trebuie determinate aceste corectii referitoare la descentrarea rotoarelor sunt prezentate printr-un exemplu numeric concret.
Se prezinta metodele de protectie a suprafetelor pieselor componente ale turbinei fata de actiunile daunatoare ale mediului ambiant in care va fi montata turbina si ale celui din timpul transportului de la uzina producatoare la locul de destinatie, inclusiv procedeele de ambalare pentru transport si conditiile de depozitare pana la inceperea montajului.
Sunt abordate si problemele de exploatare ale turbinelor. Sunt prezentate operatiile care trebuie efectuate dupa terminarea montarii grupului pentru a asigura o functionare corecta si pentru evitarea unor deranjamente. O parte din aceste operatii se vor executa si dupa reparatiile si reviziile capitale ale turbinei. Sunt analizate conditiile in care trebuie pornita o turbina cu abur cu condensatie si una cu contrapresiune, din starea rece sau din starea calda ; sunt analizate recomandarile mai vechi pentru incalzirea si incarcarea turbinei, precum si indicatiile mai noi rezultate in urma unor cercetari aprofundate. Sunt de asemenea prezentate recomandarile privind supravegherea turbinei in timpul functionarii, manevrele de oprire si de intretinere a turbinei in repaus. Capitolul se incheie cu indicatii referitoare la revizia turbinei cu ocazia reparatiilor curente si a celor capitale.
Pentru a usura folosirea materialului bibliografic de specialitate publicat anterior, in anexa, sunt date regulile pentru transformarea formulelor din sistemul de unitati de masura MKfS in sistemul international, utilizat in aceasta lucrare.
Cartea de fata se adreseaza tuturor celor care au preocupari in domeniul turbinelor cu abur: cercetatori, proiectanti, tehnologi, montori, sau conducatori ai procesele de exploatare, precum si studentilor care doresc sa lucreze in viitor in acest domeniu.
Timisoara, 09.03.2011
Gavril CRETA