Условия работы последней ступени конденсационных турбин при переменном давлении за ступенью

Последние ступени конденсационных паровых турбин с точки зрения переменного режима работы находятся в особых условиях. С одной стороны, давление пара р₂ за этими ступенями, определяемое давлением в конденсаторе р_к, зависит от многих факторов:расхода пара, температуры и расхода охлаждающей воды, загрязнения трубок конденсатора и т.д. Другой важной особенностью последней ступени является максимальная из всех ступеней турбины веерность и в связи с этим наибольшее расхождение в параметрах потока в корневой и периферийной зонах, наибольшее изменение по высоте профилей рабочих лопаток.

Если в решётках последней ступени не возникает критической скорости, то изменение давления за ступенью будет отражаться также и на давлении перед ступенью. Начиная с режима, когда при понижении давления в одной из решёток последней ступени будет достигнута скорость звука, дальнейшее понижение давления отработавшего пара не будет влиять на давления и скорости пара во всех решётках, расположенных вверх по потоку от этого критического сечения.

На рис.1, а показаны треугольники скоростей последней ступени при различном давлении отработавшего пара. Звёздочкой отмечена критическая относительная скорость выхода w_2* из рабочей решётки. При повышении противодавления уменьшаются не только скорости при выходе из ступени, но и скорости пара при выходе из сопловой решётки. Треугольники скоростей, отвечающие этому случаю, имеют индекс 1. При понижении противодавления ниже критического треугольник входа остаётся неизменным, а скорость w₂ начинает превышать критическую за счёт расширения пара в косом срезе рабочей решётки. Это сопровождается отклонением потока пара в косом срезе. По мере понижения противодавления можно достигнуть предельного расширения в косом срезе, после чего последующее расширение будет происходить за ступенью турбины, при этом прекращается увеличение проекции w₂×cosb₂ с понижением давления р₂, а следовательно, прекращается также и увеличение мощности последней ступени.

Если при изменении давления р₂ критическая скорость сначала возникает в выходном сечении сопловой решётки, то здесь расширение будет также происходить в косом срезе и сопровождаться отклонением струи пара. После достижения критической скорости w_2* в выходном сечении рабочей решётки дальнейшее понижение давления за ступенью не вызовет изменения давления в зазоре между сопловой и рабочей решётками и будет влиять на скорость выхода из рабочей решётки. Этому случаю соответствуют треугольники рис. 1,б, причём скорости с₁, w₁, w₂, c₂ отвечают тому давлению, при котором скорость w₂ достигла критической, скорости c₁₂, w₁₂, w₂₂, c₂₂ соответствуют достижению критической скорости с_1* при выходе из сопловой решётки. Треугольники с индексами 1 изображают скорости при докритическом протекании пара, а треугольники с векторами c₁₄, w₁₄, w₂₄, c₂₄ отвечают предельному расширению пара в косом срезе рабочих решёток.

При понижении давления за ступенью и неизменном расходе пара окружное усилие R_u, передаваемое на лопатки ступени, возрастает лишь до тех пор, пока растёт сумма проекций скоростей:

c₁×cosa₁ + c₂×cosa₂ = w₁×cosb₁ + w₂×cosb₂.

После того как исчерпается возможность расширения в косом срезе рабочей решётки, дальнейшее понижение р₂ будет вызывать лишь увеличение осевой составляющей R_a, в то время как окружная составляющая R_u, а следовательно, и мощность ступени будут сохраняться неизменными.

Таким образом, при заданном расходе пара каждая ступень при понижении противодавления способна увеличивать мощность не беспредельно, а только до вполне определённого уровня.

Рассмотрим как будет меняться скорость w_2t по высоте рабочей лопатки при изменении объёмного пропуска пара G×v₂. Обычно в ступенях большой веерности скорость w_2t у корня существенно меньше, чем у периферии.

Если уменьшится объёмный пропуск пара G×v₂, то уменьшатся скорости w_2t по всей высоте ступени. Так как наименьшие значения скорости w_2t соответствуют корневой зоне, то именно в этой зоне обтекание рабочей решётки раньше, чем в других сечениях по высоте, будет происходить с дозвуковыми скоростями w_2t<a₂. В этой зоне произойдёт изменение давления перед рабочей решёткой. При этом изменится градиент давления по радиусу dp₁/dr за сопловой решёткой. Этот градиент давления определяется углом выхода потока из сопловой решётки, который останется почти тем же, и изменением меридиональных линий тока.

Изменение dp₁/dr по сравнению с расчётным режимом возможно при соответствующем изменении меридиональных линий тока в корневой зоне, а вслед за этим и в других расположенных выше участках ступени. Меридиональные линии тока в рабочей решётке будут отклоняться от оси ступени. Поскольку для корневой зоны при w_2t<a₂ будут меняться р₁, с₁ и w₁, то также будут меняться условия обтекания рабочей решётки. К тому же в корневой зоне каналы рабочей решётки имеют наименьшую конфузорность и наибольший поворот потока. При нерасчётных углах входа b₁ коэффициент расхода m₂ этой части рабочей решётки будет уменьшаться. Вследствие этого поток пара, выходящий из сопловой решётки, будет стремиться в верхние участки рабочего колеса, где из-за бо¢льшей конфузорности и меньшей чувствительности сечений рабочей решётки к изменению угла входа условия обтекания более благоприятны.

Всё это приводит к перераспределению расходов пара по высоте, увеличению удельного расхода в периферийной части и сокращению его в корневой.

Чем меньше объёмный пропуск пара через ступень, тем резче сказывается это перераспределение удельных расходов пара и при определённом режиме G×v₂/(G×v₂)₀» 0,8 за ступенью скорость с_2а, а значит и расход пара DG в корневой зоне становятся равными нулю, т.е. в корневой зоне из рабочей решётки пар не выходит. Происходит отрыв отрыв потока в радиальном направлении от корневого обвода рабочей решётки. С уменьшением G×v₂ зона корневого отрыва, т.е. той части выходного сечения ступени, где нет выхода пара, увеличивается. Более того, чем меньше G×v₂, тем выше по потоку начинается отрыв, а в отрывной зоне происходит обратное, сильно завихрённое движение пара.

Нерасчётный характер течения пара в ступени, сопровождающийся вихревым движением, существенно снижает экономичность ступени.

Лекция №3 РАБОТА СТУПЕНИ И ТУРБИНЫ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ (продолжение)

Дата добавления: 2015-07-20