Турбинные установки ТЭС и АЭС. Устройство, эксплуатация и ремонт

УДК  621.165(075.8)
ББК  31.363я73
 
З-35

Р е ц е н з е н т ы: кафедра энергофизики Белорусского государственного университета (кандидат технических наук Н.С. Конева); начальник турбинного участка ОАО «Белэнергоремналадка», 
кандидат технических наук А.М. Таращук

УДК 621.165(075.8)
ББК 31.363я73

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части не может 
быть осуществлено без разрешения издательства.

ISBN 978-985-06-3220-3 
© Зарубина Н.В., Карницкий Н.Б., 2020

 
© Оформление. УП «Издательство

 
 
“Вышэйшая школа”», 2020

Зарубина, Н. В.
З-35 
Турбинные установки ТЭС и АЭС. Устройство, эксплуатация 
и ремонт : учебное пособие / Н. В. Зарубина, Н. Б. Карницкий. – 
Минск : Вышэйшая школа, 2020. – 431 с. : ил.
ISBN 978-985-06-3220-3.

Изложены основы газодинамики при течении среды через каналы турбинных 
решеток, конструктивные особенности конденсационных и теплофикационных турбин ТЭС и АЭС, а также их вспомогательного оборудования. Рассмотрены основы 
эксплуатации турбинного оборудования согласно ПТЭ, обслуживания работающей 
турбины и вспомогательного оборудования, пуск и останов паровой турбины. Приведены требования к организации ремонтного обслуживания турбин и вспомогательного оборудования. Отражены особенности эксплуатации и ремонта турбин АЭС.
Для студентов учреждений высшего образования по специальностям «Паротурбинные установки атомных электрических станций», «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций», «Тепловые электрические станции», «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами».
Может быть полезно учащимся энергетических колледжей.

Сокращения 
и условные обозначения

АСТ – атомная станция теплоснабжения
АТЭЦ – атомная теплоэлектроцентраль
АЭС – атомная электростанция
БРОУ – быстродействующая редукционно-охладительная установка
БРУ – быстродействующая редукционная установка
БЩУ – блочный щит управления
ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор
ВПУ – валоповоротное устройство
ВПЭН – вспомогательный питательный электронасос
ГПЗ – главная паровая задвижка
ГТ – газовая турбина
ГТУ – газотурбинная установка
КПД – коэффициент полезного действия
КС – камера сгорания
КТЗ – Калужский турбинный завод
КЭН – конденсатный электронасос
ЛМЗ – Ленинградский металлический завод
МУТ – механизм управления турбиной
МЭИ – Московский энергетический институт
ПВД – подогреватель высокого давления
ПНД – подогреватель низкого давления
ПТН – питательный турбонасос
ПТУ – паротурбинная установка
ПЭН – питательный электронасос
РБМК – реактор большой мощности канальный
РВД – ротор высокого давления
РНД – ротор низкого давления
РК – регулирующий клапан
РОУ – редукционно-охладительная установка
РПП – регулятор питания парогенератора
САР – система автоматического регулирования
СН – собственные нужды
СП – сетевой подогреватель
СПП – сепаратор-пароперегреватель
ТДУ – турбодетандерная установка
ТМЗ – Уральский турбомоторный завод
ТПН – турбопитательный насос
ТФУ – теплофикационная установка
ТЭС – тепловая электростанция
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль
ХТЗ – Харьковский турбинный завод
ЦВД – цилиндр высокого давления
ЦНД – цилиндр низкого давления
ЦСД – цилиндр среднего давления
ЦСНД – цилиндр среднего и низкого давления
ЧВД – часть высокого давления паровой турбины
ЧНД – часть низкого давления паровой турбины
ЧСД – часть среднего давления паровой турбины
ЯППУ – ядерная паропроизводящая установка

Введение

Дисциплина «Турбины АЭС», читаемая студентам специальности  
1-43 01 08 «Паротурбинные установки атомных электрических станций», и 
дисциплина «Турбины ТЭС», читаемая студентам специальности 1-43 01 04 
«Тепловые электрические станции», являются базовыми при подготовке специалистов с присвоением квалификации «инженер-энергетик». Дисциплина 
«Турбомашины» также входит в число базовых при подготовке специалистов 
по специальности 1-53 01 04 «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами» с присвоением квалификации «инженер-теплоэнергетик 
по автоматизации».
Целью учебного пособия является приобретение обучающимися теоретических и практических знаний по устройству, принципу действия, эксплуатации и ремонту паротурбинных установок ТЭС и АЭС. 
В пособии приведены материалы о конструкциях и принципе действия 
турбинной ступени, об основах газодинамики при течении среды через каналы турбинных решеток, о конструктивных особенностях конденсационных и теплофикационных турбин ТЭС. Особое и главное место занимают 
турбины АЭС, причем выделены отличительные особенности их устройства 
и эксплуатации. Большое внимание уделено вспомогательному оборудованию паротурбинных установок, системам регулирования и защиты паровых 
турбин, их маслосистемам. Приведены организационные требования к эксплуатации оборудования согласно ПТЭ, пуску и останову паровой турбины, 
обслуживанию работающей турбины и эксплуатации вспомогательного оборудования, систем регулирования и защиты, маслосистем и другие важные 
разделы. В учебном пособии отражены особенности эксплуатации и ремонта турбин АЭС.
Приведенные в учебном пособии справочные материалы достаточно обширны, что позволяет изучать вышеназванные дисциплины, не прибегая к 
дополнительным источникам литературы, что особенно важно для 
студентов-заочников.
Основой подготовки учебного пособия послужили книга и пособия известных авторов. К ним следует отнести: «Паровые турбины» А.В. Щегляева, 
«Турбины тепловых и атомных электрических станций» под редакцией 
А.Г. Костюка и В.В. Фролова, «Турбины для атомных электростанций» 
Б.М. Трояновского, «Стационарные паровые турбины» и «Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки» А.Д. Трухний, «Конструкция, прочность и металлы элементов паровых турбин» А.П.Смоленского, «Паровые 
турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода» под редакцией 
Ю.М. Бродова и В.В. Кортенко, «Атомные электрические станции» В.М. Зорина, «Эксплуатация АЭС» В.А. Иванова, «Основное оборудование АЭС» под 
редакцией С.М. Дмитриева, «Теплофикационные турбины» Е.И. Бененсона и 
Л.С. Иоффе, «Энергетические газотурбинные установки» Г.Г. Ольховского, 

«Эксплуатация и ремонт паротурбинных установок» Б.Э. Капеловича и  
И.Г. Логинова, справочник «Тепловые и атомные электростанции» под общей 
редакцией А.В. Клименко и В.М. Зорина, учебно-методические и электронные учебно-методические комплексы, подготовленные работниками кафедры 
«Тепловые электрические станции» БНТУ и ряд других источников 
информации.
Учебное пособие в достаточном объеме содержит иллюстративные и 
справочные материалы, необходимые начинающему конструктору и машинисту турбин, а также иным специалистам.
Пособие предназначено для студентов дневной формы получения образования по специальностям 1-43 01 08 «Паротурбинные установки атомных 
электрических станций», «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций», 1-53 01 04 «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами» и для студентов дневной и заочной форм получения 
образования по специальности 1-43 01 04 «Тепловые электрические станции». Может быть полезно при обучении студентов других энергетических 
специальностей и учащихся энергетических колледжей, а также востребовано работниками электростанций и специалистами, работающими с паротурбинными установками.

Раздел I

КонСтРуКции и пРинцип Работы 
туРбинного обоРудоВания

Глава 1. основные понятия о паро- 
и газотурбинных установках

1.1. Назначение турбин

Развитие современного общества невозможно без энергетики. Энергетика должна развиваться быстрее, чем остальные отрасли промышленности, 
так как без энергии – электрической и тепловой – невозможно развитие ни 
одного производства.
Трудно переоценить роль энергетики и в быту. Сегодня люди научились 
получать электрическую энергию различными способами: солнечные электростанции, ветровые, приливные, геотермальные, атомные, гидростанции 
и т.д. Однако наибольшую долю энергии производят на тепловых электростанциях, сжигающих минеральное топливо.
Электроэнергия вырабатывается электрогенератором, который приводится во вращение паровой или газовой турбиной. 
Турбина – это тепловой двигатель непрерывного действия, в котором тепловая энергия пара или газа превращается в механическую энергию вращения ротора. Ротор турбины соединен с ротором рабочей машины. Причем 
турбина может служить двигателем (приводом) не только для электрогенератора, но и для любой рабочей машины, требующей вращательного движения: компрессора, насоса, вентилятора, воздуходувки и т.д.
Турбины применяют не только в энергетике, но и в различных отраслях 
промышленности, а также для привода винтов морских и речных судов, 
винтов самолетов и т. д.
Простейшая теплосиловая установка (рис. 1.1) состоит из питательного 
насоса 1, котла 2, пароперегревателя 3, паровой турбины 4, конденсатора 5 
и электрического гeнepaтоpa 6. Рабочим телом ее является водяной пар. 
Если эту установку выполнить без пароперегревателя, в турбину будет 
поступать насыщенный пар. В таком случае технически возможно осуществить цикл Карно. Действительно, для влажного пара изобарные процессы 
подвода теплоты в котле и отвода ее путем конденсации части отработавшего пара являются также изотермическими (рис. 1.2).

На этой диаграмме линия 3–4 означает адиабатное сжатие в специальном компрессоре сильно увлажненного пара до eгo полной конденсации, 
линия 4–1 – испарение воды в котле, линия 1–2 – адиабатное расширение 
пара в турбине, линия 2–3 – частичную конденсацию пара в специальном 
конденсаторе.
Учитывая, что подвод теплоты q1 и отвод ее q2 в этом цикле производятся 
при постоянном давлении, находят теоретические значения q1теор и q2теор: 

 
q1теор = h1 – h4;  q2теор = h2 – h3. 
(1.1)

Следовательно, полезная теоретическая внешняя работа:

 
L = q1теор – q2теор = (h1 – h4) – (h2 – h3) = (h1 – h2) – (h4 – h3), 
(1.2)

где h1 – h2 = Lрасш – полезная теоретическая paбота, производимая 1 кг пара 
при eгo адиабатном расширении в турбине; h4 – h3 = Lсж – теоретически затрачиваемая работа на сжатие 1 кг влажного пара в компрессоре. 
Работа сжатия влажного пара до eгo конденсации во мнoгo раз превышает работу сжатия воды. Так, например, при адиабатном сжатии влажного 
водянoгo пара от давления 0,1 МПа до давления 3 МПа, при котором он 
полностью конденсируется, требуется затратить работу, эквивалентную 
455 кДж/кг. При адиабатном же сжатии воды от состояния нaсыщения при 

Рис. 1.1. Теплосиловая установка

Рис. 1.2. Цикл Карно для влажного пара в Т, s-диаграмме

0,1 МПа до давления 3 МПа необходимо затратить 
работу, эквивалентную вceгo лишь 2,75 кДж/кг, 
т.е. меньшую в 165 раз.
Вследствие преимуществ полной конденсации влажного пара цикл Карно в чистом виде в 
паросиловых установках не применяется. Вместо нeгo применяется цикл с полной конденсацией отработавшего пара в конденсаторе, называемый циклом Ренкина.
Идеальный цикл Ренкина для теплосиловой 
устaновки, работающей на перегретом паре, изображен в Т,s-диаграмме на рис. 1.3. На этой диаграмме показаны: а′а – процесс адиабатного 
сжатия воды в питательном насосе; ab – процесс 
нагpeвa воды в котле до температуры кипения; 
bс – испарение воды в котле; cd – перегрев пара 
в перегревателе; dе – изоэнтропийное расширение пара в турбине; еа′ – конденсация отработавшего пара в конденсаторе. 
Процессы нагревa, испарения и перегрева воды в котле происходят при постоянном давлении. Следовательно, все количество теплоты q1, переданное 1 кг 
воды и пара, целиком идет на повышение энтальпии рабочего тела от энтальпии питательной воды hп.в до энтальпии свежего пара h0 и равно их разности:

 
q1 = h0 – hп.в. 
(1.3)

Это количество теплоты в Т,s-диагpамме изображается площадью фигуры 1abcd21. 
Из турбины пар поступает в конденсатор, гдe при постоянном давлении 
конденсируется и отдает теплоту q2 охлаждающей воде. Эту теплоту можно 
определить как разность энтальпий отработавшего пара при изоэнтропийном расширении eгo в турбине hк, и конденсата 
′hк  (в идеальном цикле 
Ренкина): 

q2 = hкt – ′hк .

Полезная теоретическая работа, осуществляемая 1 кг пара, равна разности между подведенной и отведенной теплотой: 

 
L = q1 – q2 = (h0 – hп.в) – (hкt – ′hк ) = (h0 – hкt) – (hп.в – ′hк ). 
(1.4)

Разность энтальпий h0 – hкt представляет собой работу, производимую 
1 кг пара в идеальной турбине. Разность энтальпий hп.в – ′hк  есть работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воды в питательном насосе. 
Полезная теоретическая работа, совершаемая 1 кг пара, эквивалентна 
площади заштрихованной фигуры в T,s-диаграмме. Отношение этой работы 
к подведенной теплоте называется абсолютным или термическим КПД 
идеаль ной установки: 

Рис. 1.3. Цикл Ренкина

ηt
t
L
q

h
h
h
h

h
h
=
=
−
(
)−
− ′
(
)

−
1

0

0

к
п.в
к

п.в
. 
(1.5)

Вычитая и прибавляя в знаменателе этого выpaжения величину h , 
получаем 

 
ηt
t
h
h
h
h

h
h
h
h

=
−
(
)−
− ′
(
)

− ′
(
)−
− ′
(
)

0

0

к
п.в
к

к
п.в
к
. 
(1.6)

Если экономичность турбинной установки pacсматривать без учета работы питательного насоса, то абсолютный КПД идеального цикла составит

 
ηt
t
h
h
h
h
H

h
h
=
−
− ′ =
− ′

0

0

0

0

к

к
к

, 
(1.7)

гдe величину Н0 = h0 – hкt принято называть pacполагаемым теплоперепадом 
турбины. 
Значения располагаемого теплоперепада ∆Н0 удобно определять c помощью h,s-диаграммы (рис. 1.4). Для этого на ней находят начальную энтальпию h0, соответствующую точке пересечения d заданных начальных параме
Рис. 1.4. Процесс pacширения пара в 
тypбине в h,s-диаграмме
Рис. 1.5. Схема паротурбинной установки ТЭС:
1 – конденсатный насос; 2 – ПНД (регенеративный 
подогреватель низкого давления); 3 – питательный 
насос; 4 – ПВД (регенеративный подогреватель высокого давления)

тров пара перед турбиной р0 и t0. Из этой точки проводят вертикальную 
линию изоэнтропийного расширения пара в турбине до заданного конечного давления рк. Длина полученного отрезка Н0 = h0 – hкt определяет теоретическую работу, совершаемую 1 кг пара в турбине, и является располагаемым 
теплоперепадом турбины.
Принципиальная схема паротурбинной установки ТЭС представлена на 
рис. 1.5.

1.2. Классификация паровых турбин

Паровые турбины классифицируются и маркируются по начальным параметрам пара и по характеру теплового процесса в них. Согласно ГОСТ 24278-89 
«Установки паровые турбинные стационарные для привода электрических генераторов ТЭС. Общие технические условия» (М.: Издательство стандартов, 
1989) и ГОСТ 24277-91 «Установки паротурбинные стационарные для атомных электростанций. Общие технические условия» (М.: Издательство стандартов, 1992) в настоящее время выпускаются турбины следующих типов.
По характеру теплового процесса:
К – конденсационные турбины с регенерацией. Регенерация в данном 
случае означает возврат тепла в цикле турбоустановки. Подогрев конденсата 
и питательной воды в регенеративных подогревателях осуществляется паром, отбираемым из промежуточных ступеней турбины, поэтому уменьшаются потери тепла в конденсаторе и в цикле в целом повышается КПД;
Т, П, ПТ – конденсационные турбины с одним или двумя регулируемыми отборами пара для производственных или отопительных целей:
 •
турбины типа Т имеют один или 
два отбора для нужд отопления или горячего водоснабжения. Регулируется 
обычно один из них. Отборы «Т» имеют 
давление 3 кгс/см2 и ниже;
 •
турбины типа П имеют отбор 
пара для производственных нужд. Отборы «П» имеют давление 5 кгс/см2 и 
выше. Стандартные давления в промышленных отборах: 7, 13, 15 кгс/см2. 
Турбины типа П выполняются маломощными и применяются на крупных 
промышленных предприятиях для собственных нужд;
 •
турбины типа ПТ имеют регулируемые отборы на промышленные и теплофикационные нужды (рис. 1.6). От
Рис. 1.6. Принципиальная схема турбоустановки типа ПТ:
СП – сетевой подогреватель, в который поступает обратная сетевая вода (ОСВ), подогревается паром из отбора турбины и поступает к 
потребителю – прямая сетевая вода (ПСВ) на 
нужды отопления и горячего водоснабжения. 
Пар, поступающий в сетевой подогреватель, 
нагревая сетевую воду, конденсируется и подается в линию основного конденсата