Глава 6. Переменные режимы работы турбины

• 6.1 .ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ТУРБИНЫ. СПОСОБЫ J ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

В процессе эксплуатации турбины мощность ее N.. = Т]_и.. ■ G • Н₀ может изменяться в широких пределах. В

большинстве случаев изменение N_э производится регулирующими клапанами, при различной степени открытия которых меняется площадь для прохода пара и, следовательно, его расход G. При частичном открытии клапана в нем происходит дросселирование пара и параметры пара перед проточной частью турбины уменьшаются. Поэтому при частичном открытии клапана уменьшается не только расход пара G, но и располагаемый теплоперепад турбины Н₀. Таким образом, регулирование мощности турбины осуществляется, в

основном, за счет изменения расхода пара Сив меньшей степени за счет изменения располагаемого теплоперепада Н_д.

Организация подачи пара в турбину называется системой (способом) парораспределения или просто парораспределением. На практике наибольшее распространение получили дроссельное, сопловое и обводное парораспределения.

При дроссельном парораспределении весь пар, поступающий в турбину, подвергается предварительному дросселированию. Схема дроссельного парораспределения представлена на рис. 6.1,а. Число одновременно открывающихся дроссельных регулирующих клапанов зависит от мощности турбины (чаще всего их бывает один или два). На рис.6.1,6 показаны тепловые процессы, происходящие в регулирующем клапане и в проточной части турбины.

Рис.6.1. Схема дроссельного парораспределения (а) и про­цессы расширения пара в турбине при различном открытии регулирующего клапана (б):

! - дроссельный регулирующий клапан; 2 - сопла регулирующей ступени

Если дроссельный клапан полностью открыт, то давление Р'_о за клапаном мало отличается от давления Р₀ перед клапаном, и потеря

давления в тепловых единицах АН_к невелика. При этом линия А А изображает процесс дросселирования пара в регулирующем клапане. С прикрытием клапана и, следовательно, с уменьшением расхода па­ра, процессы дросселирования протекают по линиям А₀А^ и А_аАс возрастанием потерь от АК до АЩ.

На рис. 6.1,6 видно, что увеличение потерь на дросселирование приводит к уменьшению внутреннего теплоперепада Я_; и КПД

турбины r)_oi. Применительно к трем режимам работы турбины полу-

чим следующее изменение ее относительного внутреннего КПД"

nl,-= К?Н_в = 0,843>tj", =Н"/Н_о= 0,702>tj'" =Н'!ЧН₀ = 0,5791

Умножая числитель и знаменатель выражения для 7]_ы на

располагаемый теплоперепад Н'₀, взятый по состоянию пара за дроссельным клапаном, получим:

_н^^н'₀_н\ я,

71 . = —ⁱ =

•О! г у у ■*!

н_п н , я; я .

^{= Г}1п, ' У др ■

(6.1)

Таким образом, КПД Т]_ы турбины с дроссельным парораспределением зависит от двух показателей: от степени совершенства работы проточной части при изменяющемся в процессе

дросселирования располагаемом теплоперепаде {Tj¹) и от коэффициента дросселирования /_др. Коэффициент дросселирования Удр ^не зависит от качества проточной части турбины и определяется только относительным расходом пара и его параметрами.

По мере увеличения конечного давления пара Р (отношения У о) ^и уменьшения расхода пара G значения коэффициента у падают. Относительный внутренний КПД (Г)_ы = 7]'_ы ■ у_д ) турбины по мере увеличения Р_к при снижении нагрузки будет уменьшаться еще резче, так как одновременно с уменьшением коэффициента у _)р

будет уменьшаться и 7/_о1. Поэтому применение дроссельного

парораспределения в турбинах с противодавлением, где

теплоперепады относительно малы, а отношение Р /Р - велико,

связано с большими потерями при частичных нагрузках и не должно применяться.

Благодаря простоте конструктивного исполнения и повышенной экономичности при полном открытии клапанов дроссельное парораспределение нашло наибольшее применение в конденсационных турбинах сравнительно большой мощности, переменные режимы которых по расходу пара мало отличаются от номинального.

При сопловом парораспределении увеличение расхода пара через турбину достигается последовательным открытием

НО

регулирующих клапанов, количество которых может колебаться от 3 до 10. На номинальном режиме работы турбины все клапаны полностью открыты.

I Е Ж

■Р1

Рис.6.2. Схема подвода пара регулирующей степени турбины сопловым парораспределением дроссельном парораспределении. После полного открытия первого клапана начинает открываться второй клапан, при этом дросселированию подвергается только пар, который проходит через этот клапан. Далее открывается третий клапан и 1.д.

На рис.6.3 приведена зависимость изменения давления пара за регулирующими клапанами от расхода пара через турбину. При

полностью открытых

открыто 3 клапана
открыто 2клапана
Готкрыт /journal			Л	а \
	р			р1 / fU	Р / от /
	г V			Iе	‘о!
		с'	j	\	D 2
/	Л р /		/ f,	1 1
vh Л/'				! 1
и	,2	.4 G 1		,6 G * 6	,8 7 (

р

К

0,8

0,6

0.4

ол

/1,

В,

до

G

G„ С „ С, G_c

Рис.6.3. Изменение давлений пара за регулирующими клапанами в турбине с сопловым парораспределением

Л₃В₂,

Схема соплового

парораспределения пока­зана на рис. 6.2. Регулирующие клапаны I, II и III подводят пар к своей группе сопел IV первой (регулирующей) ступени. Для увеличения расхода пара через турбину сначала

постепенно открывается первый клапан, в котором происходит дросселирование пара точно так же, как и при

клапанах расход пара через турбину равен расчетному G_p :

G = G_r = G,:

Уменьшение расхода

пара от

осуществляется прикрыти­ем третьего клапана. При этом первый и второй клапаны полностью

открыты, а значительному дросселированию подвер­гается пар проходящий через третий клапан. Давление за клапаном Р_ош изменяется по линии в камере

регулирующей ступени по - В₃В₂. В точке В₂ третий клапан закрыт полностью.

Дальнейшее снижение расхода пара до значения G, производится. прикрытием второго клапана. Давление пара за клапаном Р_оц изменяется по линии А₂В_п а давление в камере регулирующей ступени Р _t - по линии В₂В_Г В точке В_} второй и третий клапаны полностью закрыты.

Рассмотрим промежуточный режим G = G . На данном режиме полностью открыт первый клапан, второй клапан открыт частично. Отрезок ав- характеризует дросселирование пара в этом клапане, а вс - перепад давлений, который срабатывается в соплах второй группы. Перепад давлений по отношению к полностью открытому первому клапану, срабатываемый в соплах первой группы,

будет определяться отрезком А_;С .

Основное преимущество соплового парораспределения состоит в том, что при частичных нагрузках значительному дросселированию подвергается не все количество пара, а лишь часть его, которая направляется через неполностью открытый клапан. Очевидно, что чем больше регулирующих клапанов, тем выше КПД турбины с сопловым парораспределением при частичных нагрузках. Отсюда также следует] что., сопловое парораспределение целесообразно применять для турбины, мощность которой при эксплуатации изменяется в широких пределах.

К недостаткам соплового парораспределения следует отнести обязательное наличие регулирующей ступени. Ее работа с различной парциальностью приводит к переменности силы, .действующей на рабочие лопатки и снижающей их надежность. Экономичность турбины- при полностью открытых регулирующих клапанах с сопловым парораспределением оказывается несколько ниже по сравнению с дроссельным парораспределением.

Обводное парораспределение может быть внешним (рис.6.4,а) и внутренним (рис.6.4,б). Оно применяется для увеличения мощности турбины свыше номинального значения. На практике чаще применяется парораспределение с внешним обводом. В этом случае номинальная нагрузка турбины обеспечивается открытием основных регулирующих клапанов (обводной клапан при этом закрыт). Для получения максимальной (перегрузочной) мощности открывается обводной клапан, через который дополнительно подается свежий пар в какую-либо промежуточную ступень. В этом случае вследствие роста давления пара за группой обведенных ступеней возрастает расход пара через последующие ступени и увеличивается вырабатываемая ими мощность. При этом мощность ступеней,

расположенных перед обводным клапаном, уменьшается из-за большего противодавления, но суммарная мощность турбины

возрастает.

Рис.6.4. Схема парораспределения с внешним (а) и внутренним (б) обводами:

1. основной регулирующий клапан;

2. обводной клапан

В отличие от

парораспределения с внешним обводом (рис.6.4,а), при парораспределении с

внутренним обводом (рис.6.4.б) для увеличения мощности турбины через обводный клапан в промежуточную ступень подается не свежий пар, а в определенной степени

отработавший пар в предыдущих ступенях.

Во избежание опасного разогрева лопаток и дисков из-за

потерь на трение и вентиляцию через обводимую группу ступеней при любом открытии обводного 'клапана должно пропускаться определенное количество пара для их охлаждения.

В последние годы большое внимание уделяется регулированию мощности турбины (точнее блока «котел-турбина») с помощью изменения давления пара и производительности котла. Такой способ получил название "регулирование скользящим давлением". При изменении мощности турбины за счет скользящего давления регулирующие клапаны полностью или почти полностью открыты, а расход пара через турбину, пропорциональный начальному давлению, регулируется котлом.

Основное преимущество регулирования скользящим давлением перед другими способами изменения мощности турбины связано с повышением надежности работы блока «котел-турбина» при пониженных нагрузках и упрощением конструкции цилиндра высокого давления турбины. При скользящем давлении можно отказаться от регулирующей ступени, лопатки которой испытывают большие напряжения и подвергаются значительным динамическим усилиям.

2. РАБОТА СТУПЕНИ НА НЕРАСЧЕТНОМ РЕЖИМЕ

Каждая ступень турбины рассчитывается и выполняется для одного определенного расчетного режима.

При изменении нагрузки турбины, а следовательно, и расхода пара, при отклонении параметров пара от номинальных режимные характеристики ступени К, и/с_ф. р и т.п. могут значительно отличаться от расчетных.

В стационарных турбинах, работающих с постоянной частотой вращения, окружные скорости при изменении нагрузки турбины . сохраняются постоянными.

Наибольшим изменениям подвергаются теплоперепады последних ступеней и регулирующих ступеней турбин с сопловым ' парораспределением.

Рассмотрим, как изменяется тепловой процесс ступени при изменении ее теплоперепада. Допустим, что на нерасчетном режиме теплоперепад ступени уменьшился. Значит, абсолютная скорость пара

на выходе из сопловой решетки уменьшается С_;<С_; и возрастает

отношение скорости и/С_ф.

Изобразим сплошными линиями треугольники скоростей при расчетном режиме, пунктирными при нерасчетном (рис.6.5.), отложим

Рис. 6.5. Входные треугольники скоростей при расчетном и уменьшенном теплоперепаде ступени

из вершины треугольника

вектор скорости С\, вычтем

геометрически U и получим новую относительную скорость входа пара на рабочие лопатки

Wj<W_t , которая значительно отклонилась и встречает входную кромку рабочих лопаток с отрицательным

углом атаки S, — (5j — (3[, т.е. поток пара ударяет в спинки лопаток, что приводит к значительным потерям энергии в каналах рабочих лопаток и снижению КПД ступени.

На расчетном режиме при вполне определенном соотношении

между скоростями W_f и С_; соблюдалось уравнение неразрывности, составленное для сечений входа в рабочую решетку и сечений выхода из сопловой решетки.

На нерасчетном режиме, в предположении об использовании только проекции скорости Wj • COS 8_t на направление W_/ ,

соотношение между скоростями W{ -cos8, и С, нарушается:

W'_rcos5, Wj^ с; ^<С,‘

Очевидно, что если скорость C_t соответствует условиям

неразрывности в выходном сечении сопел, то составляющая Wj •cos 8_] оказывается недостаточной для того, чтобы все количество пара, вышедшего из сопел, вошло в каналы рабочих лопаток, а, следовательно, вход пара в каналы рабочих лопаток требует.дополнительного ускорения парового потока. Таким образом,

уменьшение С_; приводит к росту отношения скоростей U / Сф и

сопровождается увеличением степени реакции.

Зависимость степени, реакции р от отношения скоростей

при небольших изменениях U / Сф, когда

А (и/С_ф)

0,1 < <0,2 можно принять линейной:

1-р

Ои/Сф)

Ф-'р

(6.2)

Ои/с_ф)_р

Сокращение h ступени сопровождается уменьшением W₂

(W, < W, ), что приводит к изменению значения и направления абсолютной скорости С_?. Натекание потока на входные кромки сопловой решетки последующей ступени будет происходить с отрицательным углом 8₂ — СС₂ — ОС₂, что также вызовет допол­

Рис. 6.6. Выходные треугольники скоростей

нительные потери в ней (рис.6.6).

Из'менение расхода пара, вызванное изменением нагрузки турбины, приводит к изменению параметров пара до и после ступеней. Это определяет дополнительные сложности при выполнении детального расчета ступеней для определения экономичности и надежности работы турбины на нерасчетном режиме.

Решение может быть найдено методом последовательного приближения, причем, задача

упрощается, если расчет вести не от начальных параметров перед рассматриваемой ступенью, которые неизвестны, а от конечного состояния пара при выходе из турбины.

При этом давление пара при выходе из турбины можно принять

постоянным, равным

расчетному, или найти, задавшись зависимостью его от расхода пара. Введем обозначения на расчетном режиме: G₀, Р_ор, V_op-

расход, давление и удель­ный объем пара перед

ступенью;

Рис. 6.7. Процесс расширения пара

^ы I)

!р> ^Ulp

дав-

ление и удельный объем пара в осевом зазоре между сопловой и рабочей решетками; Р_2р, V_2p- дав- ление и удельный объем пара при выходе из каналов рабочей решетки. .

При - измененном режиме эти же величины обозначим: G, Р_о, О, Р_п

О;, Р₂, U₂.

Будем считать

заданными параметры пара за последней ступенью турбины Р₂ и h_?, расход-пара, G и частоту

вращения П. Кроме того, должны быть известны все геометрические характеристики ступени. Расчет проводим с помощью h-S-диаграммы (рис. 6.7). Пусть состояние пара при выходе из последней ступени турбины при изменившемся режиме соответствует точке А. Определив потери на трение Ah_T от парциальности Д/?_я и оценив

потери с выходной скоростью Ah_gc, находим в точке В состояние пара при выходе из каналов рабочей решетки.

При новом режиме течение пара может быть докритическим или сверхкритическим. Вначале определяется, к какому из этих двух случаев относится рассматриваемый режим. При этом следует иметь в виду, что скорость звука а в сечениях ступени мало меняется при изменении режима:

(6.3)

а ₂ =

к

^Р2'°2

const или Р₂-и₂-а₂/к,

не

где К - показатель адиабаты.

При достижении критического расхода можно написать для минимального выходного сечения рабочей решетки уравнение неразрывности в таком виде:

, G. d f ci *,

Оg/f₂)_k

у,

\—)_Кр ~ ~. ^откУД^а Щ =

2 V ^v-' ' ^х 2 s кр

где F-, - площадь выходного сечения рабочей решетки. Подставляя полученное выражение удельного объема в (6.3), находим давление Ру_кр, которое отвечает критическому истечению при новом расходе

пара:

Р =.i^G) . ^СЬ-

^2кр Р₂ ^кр К

Если давление на выходе из рабочей решетки

(6.4)

2кр

то в

выходном сечении F₂ установится давление Р₂ и течение пара в каналах рабочей решетки будет дозвуковым, причем уравнение неразрывности может быть записано следующим; образом:

^J0 (Pit),

(0-5)

р₂ ■ Р₂ G_n

Если же Р₂ будет меньше, чем Р_2кр, то новый расход пара будет иметь в сечении F, (минимальном) критическую скорость при давлении Р_2кр- Понижение давления от ^Р2_Кр до Р₂ будет происходить в косом срезе рабочей решетки и сопровождаться отклонением потока пара от угла у3₂ ■

Определив относительную скорость „выхода пара из рабочей решетки из выражения W₂ — W_2t ■ ЦТ, где Ц/ & If/_р и угол

отклонения потока пара в косом срезе 8, строится выходной треугольник скоростей, из которого находится абсолютная скорость выхода пара С, и проверяется принятая вначале по оценке потеря

8h_ac =С₂ /2.

При большом расхождении 8И_всс первоначально принятым значением смещаем точку В на диаграмме по изобаре Р₂, соответственно полученным из расчета потерям.

Вычисляем потери энергии в рабочей решетке

wt

v у-V-ys²)

и откладываем это значение в hs-диаграмме от точки В, получаем

точку С.

A/г.,

(6.6)

Зная W-, и предполагая, что

W, W.

, находим теплоперепад

_h -К-w] _w;

о_{Р 2} _

w

21

(6.7)

h_op, срабатываемый в рабочей решетке

Из точки С проводится изоэнтропа до пересечения ее с линией

энтальпии h, = h_2t + h_op. Полученная точка D отвечает

одновременно состоянию пара на входе в рабочую решетку и на выходе из сопловой решетки.

Зная параметры пара в выходном сечении сопловой решетки F,, определим скорость звука и критическое давление так же, как при

расчете рабочей решетки:

Р

(6,8)

/кр

. С^) ^а!

F/^Kp' к'

Здесь F, = 7Г ■ d • е • l_t • sin а_ь- площадь выходного сечения сопловой решетки.

Если Р_/^>Р_1кр, то в сечении F_} устанавливается давление Р_] и истечение из сопловой решетки происходит с дозвуковой скоростью

" К'*, ' "" Ю_Р

Здесь в первом приближении значение Oj_r взято по состоянию пара не в точке Е, а в точке D.

Если же РрР/кр, то в сечении Fj возникает критическая скорость при давлении Р_/кр, а понижение давления от Р_]кр до Р_} происходит в косом срезе сопловой решетки. При этом вначале подсчитывается угол отклонения потока в косом срезе д,, после чего теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки

^С' =- ^К^^Си)_р-~-7~¹¹Г- (69)

расчетному (р.

Из построения входного треугольника скоростей по скорости С,, углу (ос_/э + 5) и окружной скорости и находится

относительная скорость W_t и угол (3_t.

В случае несовпадения значения Wj с выбранным для вычисления h (6.7) расчет ступени проводится повторно, начиная с определения h_op.

Потери в сопловой решетке Ah_c и использованный теплопере­

пад h_nc находятся аналогично нахождению потерь и теплоперепада в

рабочей решетке. На диаграмме наносятся точки Е и F.

Расчеты всех ступеней турбины, которые проводятся, начиная с

Рис. 6.8. Процесс расширения пара в h-S-диаграмме при расчетном и изменившемся режимах группы ступеней

С

G-v,

" sin (gc_h+5)

Mr^FJ

=(C„) ^G

sma_/3

'ivp

Go (цХ sin(a_h+S)

(6.10)

sma

7э

Абсолютная скорость выхода пара Cj—(p-C_It, где коэффициент скорости (р в первом приближении принимаем равным

последней, показывают, что при изменении расхода пара значительно искажается

тепловой процесс только в последних ступенях. В промежуточных же ступе­нях скорости сохраняются близкими к расчетным

(— « const). Поэтому G-ф

внутренние КПД промежу­точных ступеней можно принять постоянными,

равными расчетным, что существенно упрощает расчет турбины на переменный режим.

Если' при построении процесса от конечной ступени к начальной окажется, что произведенный расчет привел

к состоянию пара, не совпадающему с начальным (точки а и рис.

6.8), то это означает, что конечное состояние пара (точка в ) было оценено неправильно. При дроссельном парораспределении на-, чальное состояние пара перед первой ступенью турбины при измененном режиме (точка а) должно остаться на уровне начальной энтальпии V При сопловом парораспределении оно должно

совпасть с состоянием пара на выходе из регулирующей ступени.

При несоответствии следует найти использованный теплоперепад h_i—h_a—h_e, отложить его от уровня начальной

энтальпии h_op вниз и найти в точке б⁷уточненное значение конечных

параметров пара. После этого по новому уточненному состоянию отработавшего пара произвести расчет во втором приближении, которое обычно уже дает вполне удовлетворительное совпадение начальной точки процесса.

2. ИЗМЕНЕНИЯ РАСХОДА И ДАВЛЕНИЯ ПАРА ПО СТУПЕНЯМ НА ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ТУРБИНЫ

Расчет ступеней турбины на переменный режим, начиная с последней и кончая первой, связан с большими затратами труда и времени. Поэтому необходима более простая методика отыскания давлений и теплоперепадов по ступеням турбины при режимах, отличающихся от расчетного.

Рассмотрим два характерных случая работы ступени (группы ступеней) на переменном режиме.

расход пара достигает критического значения уравнения неразрывности:

И

находится из

G..

кр

^Ркр • ^Скр

(а)

Случай 1. В поворотной или рабочей решетке одной из ступеней наступил критический или сверхкритический режим течения, то есть скорость пара равна или больше критической Р/ / Р₀<£_кр:, Р₂ / Рj<£_кр ■ При этом в самом узком сечении сопла

Критическая скорость пара, входящая в выражение (а), определяется следующим образом

(б)

г	к+1
Г. \р	( 2
- F ■, — •
" R	U + ;j
или G = А	■ F • Р
кр	* К

• к

(6.11)

В соответствии с (6.11) расход пара при неизменной площади проходного сечения будет зависеть только от параметров перед решеткой.

Тогда отношение произвольного расхода пара к расчетному для ступени можно представить в виде:

Ро	1	(К	Pop	Пор	£	Pop
Pop	»о .	\Р2 V °Р	Ро	»о	\р2 11 ор	То

G

G _Р„

удельный объем пара V —

ч^л

р

V ^кр J

отношения

давлении

£ =-2- =

р

• , или с учетом критического

Р„„ (2 ^х*

к-1

к + 1

получим

о,

кр

( 2 \

\*+1.

Подставляя (б) и (в) в (а), будем иметь:

к-1

1

■ V .

Тогда =

V.

кр

2

Л

К + 1

(в)

^Скр = Кр ■

2

Л -к-Р -v_n

]/к + 1 ° °

( 2

-1 1

к + 1

находится

f

Из уравнения изоэнтропы Р_кр^_р ⁼ Р₀ ‘ Ц

(6.12)

С„ II т.

Из формулы (6.12) следует, что давление пара перед ступенью Р_о при изменении расхода пара G не зависит от изменения

противодавления Р₂-

Для большинства промежуточных нерегулируемых ступеней приближенно можно считать, что температура пара при изменении расхода сохраняется постоянной Т_ор / Т₀ ~ 1.

При этом выражение (6.12) упрощается:

G1G₀= Р_а/ Р_ор. ' (6.13)

Для первой ступени формула (6.13) неприменима, так как отношение температур Т_др IT₀Ф1.

Выражения (6.12) и (6.13) применяются для поворотных и рабочих решеток ступени, если в них возникают критические или сверхкритические скорости течения.

Если критический режим возник в последней или промежуточной ступени многоступенчатой турбины, то во всех предыдущих ступенях давление пара изменяется прямо пропорционально расходу, а расход пара не будет зависеть от изменения давления за ступенью, работающей на критическом режиме.

Случай 2. Ни в одной из ступеней рассматриваемой группы не наступает критический режим, то есть скорость пара меньше критической: Р_t /Р₀>£_кр; Р₂ /Р/>£_кр■ В этом случае для группы ступеней, работающих с докритическими скоростями:

а,

б/

Формула (6.14) экспериментально была получена Стодолой, а теоретическое решение дал Флюгель, поэтому называется формулой Флюгеля-Стодолы.

Формулу можно применять для группы ступеней при числе

ступеней* Z'_em>3.

Из формулы следует, что давление пара перед группой ступеней Р₀ при изменении расхода, зависит от противодавления за группой

рур.f

Ро 1-1Р₂1Р₀)²

Pi - р

op

2 Р

Р_ор

2 р ор)

ступеней Р₂ и определяется:

(6.14)

(6.15)

Таким образом, выражения (6.12) и (6.13) применяются как для отдельной ступени, так и для группы ступеней при их работе на критическом или сверхкритическом режиме, а уравнение (6.14) справедливо для группы ступеней при докритическом режиме течения пара.

^r

2. ИЗМЕНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕПАДОВ СТУПЕНЕЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ.

Зная перераспределение давлений в ступенях турбины при режимах, отличающихся от расчетного, можно найти перераспределение теплоперепадов.

h

к

к -1

(6.16)

Пользуясь уравнением для идеального газа, выразим приближенно теплоперепад промежуточной ступени при расчетном и произвольном режимах:

Рассмотрим два характерных случая.

Случай 1. Ступень работает на критическом или

сверхкритическом режиме. Согласно (6.13) G'IG_g—P₀IP и G/G_o — Р₇ /Р_1р, то есть отношения давлений Р_д /Р_др — Р₂! Р’_2р,

следовательно Р_2р I Р_др = Р₂ ! Р₀- Допуская Т_д/Т_ор&1 из (6.16) получим:

(6.17)

частности, теплоперепады промежуточных ступеней

Таким образом, теплоперепады промежуточных ступеней, после которых имеются ступени, работающие с критическими скоростями, в

конденсационных турбин, не зависят от расхода пара.

Случай 2, Ступени работают на' докритическом режиме. Обозначим давление за группой ступеней на расчетном и переменном

режимах через P_Zp и Р_г. Допуская отношение Т_д1Т_ор~1, в

соответствии с формулой (6.15) для промежуточной ступени имеем:

квадрат отношения давлений за и перед ступенью

\^Рор)

(р \

^гг_Р

Р

V °_Р

+

р

\^ðРJ

1-

fp V

^г'1р

р

\ °р

+

Гр\²

¹ 2

р

\^Гор )

(6.18)

Обозначим G/G₀ — q- относительный расход пара. Найдем

Из (6.18) следует, что по мере уменьшения расхода пара q отношение Р₂ / Р_о будет возрастать, а теплоперепад

рассматриваемой ступени в соответствии с (6.16) сокращаться. При этом теплоперепад снижается тем сильнее, чем больше отношение ^Zp ‘ ^Рор > ^{то есть чем} ближе рассматриваемая ступень находится к последней ступени. Поэтому при изменении расхода пара через группу нерегулируемых ступеней в первую очередь изменяются теплоперепады последних нерегулируемых ступеней. Теплоперепады же первых нерегулируемых и промежуточных ступеней изменяются незначительно.

Рассмотрим пример изменения

Рис.6.9. Изменение располагаемых теплоперепадов ступеней при переменном расходе пара

располагаемых теплоперепадов отдельных ступеней пятисту­пенчатой турбины с противодавлением P_z / Р_о = =0,118 при переменном расходе пара. Предположим, что при расчетном расходе пара теплоперепады всех ступеней равны между собой, а отношение давлений для каждой ступени составляет Р2 _р! Рор-^Р ^По мере

уменьшения расхода пара наиболее интенсивно

снижается теплоперепад

последней, пятой ступени, затем четвертой и так далее (рис.6.9). Теплоперепад первой ступени начинает резко уменьшаться лишь при расходах пара, меньших 0,4 полного расхода.

2. ДИАГРАММЫ РЕЖИМОВ ТУРБИНЫ

В общем случае диаграмма режимов турбины выражает в графической форме зависимость между электрической мощностью N₃ и параметрами пара турбины: массовым расходом G,

производственным G_n и теплофикационным G_T отборами, начальным Р и конечным jР давлениями, давлениями

О К

регулируемых отборов Р_п и Р_т и другими величинами, определяющими режим работы турбоустановки. На практике обычно используются диаграммы, выражающие связь между наиболее характерными параметрами турбины: мощностью 7V₃, расходами G,

G_n и G_T, давлениями Р_п> Р_т ^и Р_к ■

Диаграмма режимов турбины строится либо на базе ее расчета на частичные нагрузки, либо в результате экспериментальных исследований. При этом по оси абсцисс откладывается электрическая мощность N_э, а по оси ординат - массовый расход пара G.

Получаемые графические зависимости обычно представляются прямыми линиями; наибольшее отклонение от прямой наблюдается при малых мощностях из-за значительного -уменьшения КПД турбины. Он равен нулю при холостом ходе турбогенератора (N₃=0), когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве G_xx, и соответствующая ему мощность N_xx расходуется только на работу главного масляного насоса, на преодоление трения в подшипниках и о паровую среду при номинальной частоте вращения ротора.

Отношение X = G_xx / G₀ называется коэффициентом холостого хода. Его величина X зависит от типа турбины и ее мощности. Наименьшие значения X характерны для конденсационных турбин, причём почти всегда, чем выше мощность,турбины, тем меньше X. Так, для конденсационных турбин мощностью 300 МВт Х=0,03, а при мощности 10 МВт X =0,07; для теплофикационных турбин Х=0,04-Ю,06; для турбин с противодавлением X =0,10-Д), 12, что связано с вращением ротора в рабочей среде повышенной плотности.

2. ДИАГРАММА РЕЖИМОВ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ТУРБИНЫ

Для конденсационной турбины, не имеющей отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, диаграмма режимов является наиболее простой (рис. 6.10). Это следует из уравнения электрической мощности : N₃ = Т]_оэ • G ■ Н_Q, в соответствии с

которым при фиксированных начальных параметрах пара Р и t и

давлении в конденсаторе Р_к (располагаемый теплопе­репад Н₀= const)

мощность N_э зависит

40

А

О

	1			X
в
	|£;Г.)Г

80

линейно от расхода пара G (участок ВС), поскольку при этом относительный электрический КПД Г]_оэ практически не изменяется. На участке АВ из-за существенного снижения

Рис.6.10. Упрощенная диаграмма режимов конденсационной турбины

7оэ линейность диаграммы нарушается.

2. ДИАГРАММА РЕЖИМОВ ПРОТИВОДАВЛЕНЧЕСКОЙ ТУРБИНЫ

Рис.6.11. Диаграмма режимов ^противодавлением выпол- противодавленческой турбины . ^{СеТКИ КРИВЫХ}

Р-40-130/31 ТМЗ ^ - У Он) при различных

значениях Р_к~ const. В качестве примера на рис. 6.11 представлена линеаризованными кривыми диаграмма режимов противодавленческой турбины. На ней линии 1-5 соответствуют давлениям Р= 3,6; 3,4; 3,2; 3,1 и 3,0 МПа.

Для этого типа турбин диаграмма режимов связы­вает уже не два, а три параметра: массовый расход G, электрическую мощность и противодавление Р_к по уравнению:

G = f(N₃,P_K). (б.₁₉)

Из трех параметров, входящих в (6.19), наименьшее влияние имеет давление Р_к. Поэтому диаграмма режимов турбины

8. ДИАГРАММА РЕЖИМОВ ТУРБИНЫ С ОДНИМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ ПАРА

Эта диаграмма режимов турбины имеет более сложный вид по сравнению с предыдущими диаграммами. Она выражает зависимость электрической мощности N₃ от расхода пара на турбину G, величины отбора G_n и давления в отборе Р_п:

G = f(N₃,G_n,P_п). (6.20)

При построении диаграммы режимов турбины с регулируемым отбором можно принять давление Р_п практически неизменяющимся, что характерно для турбин с производственным отбором пара. Тогда зависимость (6.20) выразится через серию кривых G = f(N₃) при G_n = const.

На рис. 6.12 представлена упрощенная диаграмма режимов конденсационной турбины с производственным регулируемым отбором пара при номинальной мощности Ж,_н= 50 МВт, максимальном расходе Cr_max= 75 кг/с и отсутствии регенеративных отборов. Наибольшая мощность, развиваемая турбиной, составляет К_зтт =60 МВт. Как видно, возможные режимы работы турбины лежат в прямоугольнике, ограниченном осями координат и прямыми

g-g^n-n,^.

Основой диаграммы режимов являются граничные линии, построенные для наиболее характерных режимов работы турбины: чисто конденсационному (линия ав), на котором G-G_K, G_n= 0, и режиму работы турбины с постоянным производственным отбором (линия iV) при G=G_n, G_K= 0. Линии ав и i^/g^/ определяют максимальные расходы пара G_к и G_n при различных мощностях N_J турбины.

Построение линии конденсационного режима осуществляется по точкам в и а. Точка в соответствует максимальному пропуску пара G через турбину при номинальной мощности N_3H =50 МВт. Ордината точки а определяет расход пара G^ при нулевой мощности (холостом ходе). Линия конденсационного режима ав, проходящая через точку а', на оси абсцисс отсекает отрезок аО, ориентировочно определяющий мощность холостого хода N_xx.

Действительная зависимость G_K = f (N_э) при

конденсационном режиме отличается от прямолинейной ав, имея

более сложный вид вследствие изменения внутреннего КПД, температуры отработавшего пара в ЧВД и других факторов, определяющих работу турбины при изменении мощности.

Приближенная зависимость G_n = f (N₃~), когда весь пар после ЧВД поступает в отбор, на диаграмме., режимов (рис.6.12) изображается прямой ig⁷, проходящей через точку а⁷, которая, как и при конденсационном режиме,характеризует мощность холостого хода N . (Точка g⁷ соответствует режиму работы турбины с максимальным расходом пара (?_тах = 75 кг/с).

В действительности режимы турбины, когда G=G_n и G_K-О из условий надежной работы элементов ЧНД недопустимы, так как теплота, выделяющаяся за счет трения, должна отбираться, протекающим паром. Поэтому даже при чисто производственном режиме через ЧНД пропускается некоторое количество пара G_{K min} = (0,05-Ю, 10)- G, что характеризуется линией ig. По этой причине величина наибольшего отбора пара G_n составляет около 72,0 кг/с при G_{к min} несколько более 3,0 кг/с.

На диаграмму наносятся линии постоянного расхода, пара в отбор (G_n = const). В первом приближении это прямые, параллельные линии G_n= 0, т.е. прямой ав. Например, для построения линии постоянного отбора G_n=25 кг/с, из точки А на оси ординат, соответствующей G= 25 кг/с, проводится горизонталь АВ до пересечения с линией G-G_n. Прямая ВС, параллельная ав (G_n= 0), будет отвечать расходу в отбор G_n= 25 кг/с.

Подобным образом строятся линии постоянного расхода пара в ЧНД (линии. G_K = const). Они примерно параллельны прямой i⁷g⁷ (G_l{~0). Так, например, при построении линии постоянного расхода G_K= 37,5 кг/с проводится горизонталь DE, отвечающая расходу G= 37,5 кг/с, затем наклонная линия EF, параллельная прямой G_K =0, которая и будет линией G_K = 37,5 кг/с.

Линия ed соответствует максимальному пропуску пара в ЧНД (G_{к :11ах} -42,5 кг/с), полученному при номинальном давлении в камере

Рис.6.12. Диаграмма режимов конденсационной турбины с регулируемым.

регулируемого отбора. Дальнейшее увеличение G„>G„

а а шах

возможно при повышении давления перед ЧНД выше номинального, если такие режимы предусмотрены заводом-изготовителем турбины. Заштрихованный треугольник Bed (рис.6.12) изображает область перегрузки ЧНД, называемую нерегулируемой'зоной. Область внутри фигуры aigedb характеризует возможные режимы работы турбины с регулируемым отбором пара.

Использование упрощенной диаграммы режимов позволяет с достаточной для практики точностью определять мощность турбины ■ ^Ns по заданному расходу G и отбору G_n, находить максимальные значения А^_этах и G_nmaK, решать другие подобные задачи. Это иллюстрируется приводимыми ниже примерами.

Пример 1. Определить параметры турбины при ее работе на но­минальном режиме.

Номинальному режиму отвечает точка f, в которой Л^_э = ⁼ ЛГ,„⁼50 МВт и G = G_max=75 кг/с. Линия fm, параллельная ab, определяет на прямой пт величину отбора G_{n н}- 60 кг/с.

Расход пара в ЧНД, характеризуемый линией fr {параллельной i g) на прямой гр, определяется величиной G_{K н}=\ 5 кг/с.

Пример 2/Найти значение расхода пара в отбор при максималь­ной Мощности турбины. ■

Режиму работы турбины N_3mm =60 МВт соответствует точка е. Проведя линию ек, параллельную ab, получаем, что G_n =46 кг/с. При этом через ЧНД расход пара G_K= G_Kmx-G_n=75-46=29 кг/с. Таким образом, при максимальной мощности расход пара в отбор меньше, чем при работе турбины на номинальном режиме. •. *

Пример 3. Определить мощность турбины при максимально возможном производственном отборе пара.

Максимальной величине отбора G_n~ 72,0 кг/с (_min ~3,0 кг/с) соответствует точка h на линии hg, параллельной ab. Мощность турбины на этом режиме равна всего 41,3 МВт.

Пример 4. Определить расход пара G, если при мощности N_э = 25 МВт требуется в отбор G_n = 20 кг/с.

Проводится линия KL и прямая LN, параллельная ab. При пересечении вертикали RM с линией LN точка М определит расход пара в турбину G=34,3 кг/с при мощности N_э = 25 МВт (точка R). На этом режиме через ЧНД проходит количество пара G_K-=14,3 кг/с.

Диаграмма режимов работы турбины с двумя регулируемыми отборами пара (например, типа ПТ) связывает четыре величины: мощ­ность N_э , расход G, производственный G_n и теплофикационный G_T отборы. Построение таких диаграмм и пользование ими, по

сравнению с рассмотренными, значительно сложнее

На диаграммах режимов турбин указываются условия, к которым они относятся: начальные давление и температура, давления в отборах и за турбиной.