Master's Thesis

Steam turbine for a SMR

Final Thesis 6.18 MB

Author of thesis: Bc. Martin Dvořák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

Abstract:

This master’s thesis deals with the design of a condensing steam turbine with reaction
blading intended to process the thermal power output of a 1360 MW small modular reactor.
The designed turbine consists of a high-pressure section followed by a moisture separator
reheater and a low-pressure section.
First, a thermal scheme of the secondary circuit was developed, including both lowpressure
and high-pressure feedwater regeneration, a water-cooled condenser, and a total of
seven uncontrolled steam extractions, of which two are intended for high-pressure feedwater
heaters, four for low-pressure feedwater heaters, and one for deaeration of the feedwater tank.
The thermal scheme design also includes an analysis of the influence of steam reheating on the
turbine operating parameters.
In the detailed design phase, two steam turbine variants for the rated rotational speed of
3000 𝑚𝑖𝑛􀬿􀬵.were developed. The first concept consists of a double-flow high-pressure casing
and two double-flow low-pressure casings with a total of eighteen stages arranged in eight
cones. In contrast, the second turbine variant includes one additional double-flow low-pressure
casing, resulting in a total of twenty stages. Operating characteristics of the individual stages
were determined and subsequently compared for both proposed turbine designs.

Keywords:

Condensing steam turbine, thermal scheme, thermodynamic design, control stage,
reaction blading

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky. Pan Ing. Sedlák se dotázal na důvod, proč byl zvolen počet NTO na čtyři, a na doplňující dotaz, zda by z technického hlediska bylo možné fungovat bez NTO. Otázky byly zodpovězeny. Dále se pan Ing. Sedlák dotázal na alternativní způsob ke kaskádování. Otázka byla zodpovězena s pomocí. Pan Ing. Nešpor se dotázal, jak byla vyrovnávána axiální síla. Otázka byla zodpovězena.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Nešpor (člen)
Ing. Pavel Sedlák (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem kondenzační parní turbíny pro malý modulární reaktor. V úvodu práce nejprve student navrhl tepelné schéma, ve kterém by měla být parní turbína provozována, ve variantním řešení. Student jednotlivé varianty mezi sebou vhodně porovnal. Hlavní zvolenou variantou pro návrh parní turbíny bylo tepelné schéma se čtyřmi nízkotlakými ohříváky, napájecí nádrží, dvěma vysokotlakými ohříváky a separátorem a přihřívákem páry umístěnými mezi vysokotlakým dílem a nízkotlakými díly parní turbíny.  

Na základě navrženého tepelného schématu student provedl návrh parní turbíny opět ve variantním řešení, kde vysokotlaký díl uvažoval s regulačním stupněm v provedení A-kolo při totálním ostřiku za nominálního provozu a zbylé stupně s přetlakovým typem lopatkování a ve druhé variantě student uvažoval dvouproudý VT díl (diabolo) pouze s přetlakovým typem lopatkování. Nízkotlaký díl student prověřoval ve variantách dva, nebo tři nízkotlaké dvouproudé díly (diabola). Student postupoval při návrhu dílčích částí parní turbíny podle doporučených metodik a provedl optimalizaci, a to včetně jednotlivých stupňů v přetlakové části lopatkování sousledně s bilancí navrženého tepelného schématu. Výsledné návrhy reflektují mimo jiné doporučené bezrozměrné podobnostní součinitele v optimálních mezích s ohledem na dovolené pevnostní namáhání jednotlivých stupňů. Průběhy charakteristických veličin hlavních řešených variant jsou součástí práce. Součástí návrhu je i systém ucpávkové páry jednotlivých těles.

Při zpracování práce student projevil zájem o danou problematiku, prokázal schopnost samostatného řešení zadaného úkolu a dokázal dobře zhodnotit získané výsledky. Práce splnila zadání v celém rozsahu, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím známkou velmi dobře / B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

Cílem DP bylo vytvoření návrhu kondenzační parní turbíny pro malý modulární reaktor s tepelným výkonem 1360 MW, který pracuje v tepelném schématu zahrnujícím vodou chlazený kondenzátor a nízkotlakou a vysokotlakou regeneraci tepla. DP je aktuální, protože MMR je velmi perspektivní směr rozvoje energetiky. DP obsahuje 132 stran textu v 6 kapitolách, 37 obrázků a 17 tabulek. Kapitola č.1 se zabývá návrhem tepelného schématu. Správně dokládá, že schéma se separátorem a přihřívákem vede ke zvýšení   svorkového výkonu i celkové tepelné účinnosti oběhu. Další kapitoly se zabývají pak termodynamickým výpočtem průtočného kanálu turbíny a návrhem ucpávkového systému. V závěru jsou shrnuty výsledné parametry parní turbíny.

Kvalitu práce snižují drobné nepřesnosti: např. záměna značení na obr. 9 a 10 (HB1 a HB2), které se odráží i v dalším textu (1.15.1).

Jinak hodnotím práci jako výpočtově obsáhlou a zdařilou. Zadání bylo splněno ve všech bodech a práci doporučuji k obhajobě, hodnotím známkou velmi dobře B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 2) Zadaný tepelný výkon reaktoru 1360 MW ve vaší DP je srovnatelný s původní ČEZ EDU (1760 MW). Kde tedy dle vás končí MMR a začíná normální velikost JE?
  2. 1) V kap.4.5.2 na str.121 uvádíte: "Na základě dosažených výsledků lze konstatovat, že varianta turbíny s třemi NT díly vykazuje příznivější provozní podmínky a představuje vhodnější koncepci pro další detailní rozpracování". Myslíte, že konstrukční řešení se 3 NT díly by bylo pro výkon moderní turbíny pod 500 MW akceptovatelné?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová