Wet Steam Turbines for Nuclear Power Plants By Alexander S Leyzerovich

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Wet Steam Turbines for Nuclear Power Plants By Alexander S Leyzerovich

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Contents

List of Illustrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi
List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxvii
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxix
1. The Nuclear Power Industry
at the Turn of the 21st Century. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
The Early History of Nuclear Wet-Steam Turbines . . . . . . . . . . . . . 1
Operating Performances in the Nuclear Power Industry. . . . . . . 5
Main Types of Reactors Used for Power Production. . . . . . . . . . 18
The Nearest Prospects for Wet-Steam Turbine-Based
Nuclear Power Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2. The Thermal Process in
Wet-Steam Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Initial, Partition, and End Steam Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Features of Wet-Steam Flow in the Turbine Steam Path . . . . . . . 53
Wet-steam fl ow in turbine blade rows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
The influence of wetness on wet-steam turbine effi ciency . . . . . . . . 63
Experimental research of wet-steam fl ow in turbines . . . . . . . . . . . . . 74
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
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viii Wet-Steam Turbines for Nuclear Power Plants
3. Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
General Design Features of Wet-Steam Turbines . . . . . . . . . . . . 104
Influence of single capacity and rotation speed on turbine design . . . 104
Blading, gland seals, and protection against erosion-corrosion wear . 136
Steam admission elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Last Stage Blades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Length of the last stage blades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Roots, shrouds, and snubbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Aerodynamics of LSBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Last stage blade protection against WDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Water Removal from Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Peripheral moisture separation and removal between
the stage rows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Intrachannel moisture separation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Moisture separating stages, or stage-separators . . . . . . . . . . . . . . . . 204
External moisture separators and reheaters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
4. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Operating Conditions of Wet-Steam Turbines . . . . . . . . . . . . . . . 233
Effi ciency of Wet-Steam Turbines and Heat-Rate
Performance Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Some Generic Damages of Wet-Steam Turbines
and Their Causes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Stress-corrosion and corrosion-fatigue cracking . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Erosion-corrosion of turbine casings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Damages to blading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
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Protection and Preservation of Steam/Water Paths
Using Microadditives of Amines-Based Surfactant . . . . . . . . . . . 305
Experimental Research and Calculation of Transients
for Wet-Steam Turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Start-up tests of wet-steam turbines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Calculation of temperature fields for main turbine design elements. . 337
Calculated optimization of start-up diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
Information Support for Operators and Automated Control
During Turbine Transients. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
5. Refurbishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Retrofi tting Versus Repairing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Retrofi tting LP Cylinders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Replacing disk-type rotors with welded ones
(experience of ALSTOM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Replacing LP disk-type rotors with solid ones
(experience of Westinghouse) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
Retrofitting LP cylinders with disk-type rotors
(experience of Siemens) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Complete Upgrading of Turbines
Including Both HP and LP Cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Upgrade Experience of Siemens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Upgrade Experience of Mitsubishi Heavy Industries . . . . . . . . . . . . . . 419
Upgrade Experience of ALSTOM at SONGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Contents ix
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x Wet-Steam Turbines for Nuclear Power Plants
Appendix. List of Abbreviations and Symbols. . . . . 435
Abbreviations of Institutions in the Power Industry. . . . . . . . . . 435
Acronyms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
Subscripts and Superscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
Criteria of Similarity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
Conversion Table for Main Units Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443