2.2. Особенности работы и методы расчета теплового процесса для теплофикационных турбин

Переменные режимы характерны для теплофикационных тур­бин. Условия работы проточной части их зависят не только от нагрузки, начальных и конечных параметров пара, но и от тепло­вой мощности и давления регулируемых отборов пара. При этом необходимо иметь в виду тесную взаимосвязь между турбиной и системой теплоснабжения, в частности давление в отопительных отборах определяется режимом работы, конденсирующей способ­ностью и температурой нагрева воды в сетевых подогревателях.

При переменных режимах работы теплофикационных турбин существенно изменяются к. п. д. следующих отсеков:

1. регулирующих ступеней части высокого и среднего давле­ния (при сопловом парораспределении);

2. последних ступеней при изменении расхода пара и проти­водавления;

3) группы предотборных (предшествующих регулируемым отборам пара) ступеней при изменении тепловой нагрузки и дав­ления в камере отбора;

4) отсека ступеней части низкого давления, расход пара че­рез которые изменяется от максимального при конденсационном режиме до минимально-вентиляционного при номинальных отбо­рах пара, а к. п. д. может снижаться вплоть до отрицательных значений. Режимы отрицательных к. п. д. наступают при малых объемных расходах пара. При этом последние ступени ЧНД мо­гут работать со значительным потреблением мощности и большой неравномерностью потока по радиусу и в окружном направ­лении.

Точное построение процесса расширения пара в теплофика­ционной турбине при переменных режимах представляет значи­тельные трудности. Это обусловлено, во-первых, существенным изменением экономичности указанных выше отсеков; во-вторых, очень сложно точно определить потери на дросселирование пара в регулирующих органах регулируемых отборов. Для регулиро­вания давления в производственных отборах, как правило, при­меняется клапанное парораспределение в ЧСД турбины. Давле­ние в отопительных отборах регулируется с помощью поворот­ных диафрагм, устанавливаемых на входе в ЧНД. В современных турбинах применяются поворотные диафрагмы с неразделен­ным дросселем, в этом случае в соплах регулирующей ступени происходит частичное использование кинетической энергии струи пара, проходящей через щели дросселя. Поэтому опреде­ление потерь на дросселирование в ЧНД в предположении чисто дроссельного парораспределения, когда давление перед соплами первой ступени определяется по формуле Стодола — Флюгеля, записанной для отсека ЧНД, приводит к значительной погреш­ности.

Достаточно точное построение теплового процесса в теплофи­кационных турбинах необходимо для достоверного определения ее характеристик и расчета технико-экономических показателей работы и может основываться на методе учета дополнительных по сравнению с расчетным режимом необратимых потерь в от­дельных отсеках, чувствительных к переменным режимам.

В общем случае дополнительная потеря в данной группе сту­пеней определяется по формуле

(2.3)

где H₀ — располагаемый теплоперепад на отсек при рассматривае­мом режиме; —расчетное и текущее значения к, п. д. отсека. При учете этой дополнительной потери для определения дейст­вительного состояния пара в некоторой точке турбины необходимо учесть возврат тепла (частичное использование потери) между рассматриваемыми точками. Если в точке 1 с параметрами р₁, Т₁ возникла потеря тепла , то для точки 2 с параметрами р₂, действительная величина потери будет меньше и опре­деляется из выражения [75]

(2.4)

где — изоэнтропный к. п. д. па участке расширения пара между изобарами p₁ и р₂; Т_1, Т₂ — абсолютная температура пара в точ­ках 1 и 2.

Вследствие трудности определения степени дросселирования пара в клапанах парораспределения ЧВД и ЧСД турбины их следует рассматривать совместно с соответствующей регулирую­щей ступенью как единые отсеки.

Рассмотрим применение такого метода построения процесса расширения пара для турбины ПТ-60-130/13. Ввиду наличия двух регулируемых отборов этот пример отличается большей общностью. В такой турбине необходимо рассматривать следующие дополни­тельные потери: в органах парораспределения и регулирующей сту­пени части высокого давления _чвд; в органах парораспределения и регулирующей ступени части среднего давления _чcд; в теплофи­кационном отсеке производственного отбора (группе ступеней, пред­шествующих производственному отбору) _п.о; в теплофикационном отсеке отопительного отбора _т.о; в органах парораспределения и ступенях части низкого давления _чнд .

Дополнительные потери _чвд и _чсд определяются по массо­вому расходу пара на входе в ЧВД или ЧСД турбины. Потери _п.о и _т.о удобно находить по объемному расходу пара на вы­ходе из данного отсека.

Для определения потерь _чвд и _чсд можно воспользоваться данными испытаний определенного типа турбин, в том числе и дан­ными экспресс-испытаний, в виде , . По результатам испытаний из уравнения (2.3) с учётом выраже­ния (2.4) легко определяются суммарная и дополнительная потери в данном цилиндре, из которых затем следует выделить потери в теплофикационном отсеке. Последние при отсутствии необходи­мых экспериментальных данных можно найти расчетным путем, определяя для нескольких режимов, отличающихся расходом пара через отсек и давлением в регулируемом отборе, объемный расход пара, давление перед отсеком по уравнению Стодола — Флюгеля, располагаемый теплоперепад на отсек Н₀ и его к. п. д. При этом для приближенного определения к. п. д. можно воспользоваться уравнением (2.2). В состав, теплофикационных отсеков достаточно включать 3—5 ступеней, предшествующих регулируемому отбору. Найденные таким образом с использованием эксперименталь­ных материалов ОРГРЭС дополнительные потери в отсеках тур­бины ПТ-60-130/13 представлены на рис. 2.5, 2.6. Зная эти потери, легко Найти действительное состояние пара в камере произ­водственного и отопительного отборов:

Рис. 2.5. Внутренний относительный к. п. д. и дополнительная потеря в те­плофикационном отсеке производственного (а) и отопительного (б) отборов турбины ПТ-60-130/13 в зависимости от объемного расхода пара через предотборную ступень.

Рис 2.6. Дополнительная потеря в регулирующей ступени и органах парораспределения ЧВД (а) и ЧСД (б) турбины ПТ-60-130/13 в зависимости от расхода свежего пара на входе в цилиндр.

где . (от — энтальпия пара в регулируемых отборах при расчет­ном процессе расширения в турбине.

Рис 2.7. Зависимость используемого теплоперепада и внутреннего относительного к.п.д ЧНД турбины ПТ-60-130/13 от объемного расхода пара в конденсатор.

Рис 2.8. Построение процесса расширения пара в ЧНД и определение его конечного состояния.

Для определения конечного состояния пара за турбиной удобно воспользоваться зависимостью использованного в ЧНД теплоперепада Н_i^чнд от объемного расхода пара в конденсатор . Эта за­висимость строится по опытным данным или с по­мощью универсальной кривой поправок на вакуум. Зависимость для турбины ПТ-60-130/13 представлена на рис. 2.7. Действительное состояние отработавшего пара . Значение для данного режима определяется методом после­довательного приближения, как это показано на рис. 2.8. Для этого вначале предполагается расчетный процесс расширения пара в ЧНД (политропа 0—1), и в точке 1 находятся удельный объем пара Gv_к1 и первое приближенное значение объемного расхода пара Gv_к1. По значению Gv_к1 определяется и строится процесс расширения пара 0—2. По параметрам в точке 2 определяются более точные значения Gv_к2 и и уточняется процесс расширения пара 0—к. При этом, как показывают расчеты, достаточно двух при­ближений.

Рис. 2.9. Построение процесса рас­ширения пара в турбине ПТ-60-130/13 с выделением допол­нительных потерь в ее отсеках.

Построение теплового процесса для турбин с двухступенча­тым отопительным отбором не отличается от приведенного, толь­ко необходимо учесть дополни­тельную потерю тепла в промежу­точном отсеке (группе ступеней между верхним и нижним отопи­тельными отборами).

Рассмотренная методика по­зволяет, не прибегая к детально­му расчету проточной части, с до­статочной точностью построить процесс расширения пара в тур­бине при различных режимах ра­боты, имея данные о расходе све­жего пара, нагрузке и давлении пара в регулируемых отборах.

Пример построения процесса расширения пара в турбине ПТ-60-130/13 с использованием ме­тода выделения дополнительных потерь в ее отсеках показан на рис. 2.9. Здесь пунктиром пока­заны политропы расширения, соот­ветствующие расчетному к. п. д. проточной части; — найденные с учетом возврата тепла дополнительные потери в частях высокого и среднего давления турбины. Потери на дросселирование пара в клапанах ЧВД и ЧСД не выделены, так как они учиты­ваются соответственно при определении величин и . Процесс дросселирования пара в ЧНД (в поворотной диафрагме) показан условно, а конечное состояние пара определяется по ис­пользованному перепаду .