Способом скользящего давления

В паровых турбинах применяют три способа парораспределения: дроссельное, сопловое и обводное – c наружным или внутренним обводом.

При дроссельном парораспределении всё количество пара, подводимого к турбине, регулируется одним или несколькими одновременно открывающимися клапанами, после которых пар поступает в общую для всех клапанов сопловую группу.

При этом происходит дросселирование всего потока пара, поступающего в турбину при сниженных нагрузках.

При дроссельном парораспределении энтальпия пара перед сопловой решёткой первой ступени при изменении расхода пара через турбину сохраняется постоянной и равной энтальпии свежего пара.

Рассмотрим процесс турбины с дроссельным парораспределением. Предположим, что при расчётном режиме дроссельный клапан открыт полностью, и процесс расширения пара в турбине изображается линией аb в h, s – диаграмме (рис.1). При снижении нагрузки дроссельный клапан будет открыт не полностью, поэтому давление пара перед соплами первой ступени понизится с р₀ до р₁, а его энтальпия h₀ при этом сохранится прежней (точка с). Давление отработавшего пара будем считать постоянным, равным р₂ как при расчётной так и при сниженной нагрузке.

Располагаемый теплоперепад проточной части турбины при сниженном расходе пара уменьшится с Н₀ до Н₀’, и процесс расширения пара изобразится линией cd.

Относительный внутренний КПД турбины при сниженном расходе пара станет меньше, чем при расчётном режиме:

h_oi = H_i^’/H₀.

Умножая числитель и знаменатель правой части на располагаемый теплоперепад H₀^’, взятый по состоянию пара за дроссельным клапаном, получаем:

.

Таким образом, относительный внутренний КПД турбины с дроссельным парораспределением зависит от двух показателей: от степени совершенства работы проточной части при изменяющемся в результате дросселирования располагаемом теплоперепаде и от коэффициента дросселирования g_др. Коэффициент дросселирования g_др не зависит от качества проточной части турбины и определяется только относительным расходом пара, протекающего через турбину, и параметрами пара.

Для определения потерь от дросселирования представим коэффициент дросселирования в таком виде:

,

где x_др – потери, вызванные дросселированием, т.е. относительное уменьшение располагаемого теплоперепада.

Потери от дросселирования можно выразить через начальные параметры пара р₀v₀ и отношение давлений р₂/р₁:

.

Если какая либо ступень турбины при всех режимах работает с критическими скоростями, что характерно, в частности, для конденсационных турбин, отношение давлений р₀/р₁ можно заменить отношением расходов G₀/G₁, тогда:

.

Увеличение потерь от дросселирования при снижении расхода пара через турбину зависит от расчётного отношения давления свежего пара к давлению отработавшего пара р₀/р₂. Чем меньше это отношение, тем больше потери, вызванные дросселированием. Поэтому дроссельное парораспределение для турбин с противодавлением не должно применяться, за исключением вспомогательных турбин небольшой мощности.

При сопловом парораспределении пар протекает через несколько регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к своему отдельному сопловому сегменту, причём открытие клапанов производится последовательно. Благодаря этому потери от дросселирования при сниженной нагрузке распространяются не на всё количество пара, как при дроссельном парораспределении, а только на ту его часть, которая протекает через не полностью открытый клапан. При полном же открытии всех или нескольких регулирующих клапанов и закрытых остальных клапанах потери от дросселирования вообще отсутствуют. Поэтому экономичность турбины с сопловым парораспределением при изменении нагрузки сохраняется более устойчиво, чем турбины с дроссельным парораспределением. Особенно большое преимущество имеет сопловое парораспределение для турбин с противодавлением, в которых из-за большого значения отношения р₂/р₀ потери от дросселирования весьма заметны.

При рассмотрении соплового парораспределения надо различать два потока пара. Основной поток, протекающий через полностью открытые регулирующие клапаны, подходит к сопловым сегментам регулирующей ступени почти без дросселирования и имеет начальное давление, близкое к давлению свежего пара р₀.

Второй поток пара проходит через частично открытый клапан и подвергается дросселированию, тем большему, чем меньше открыт этот клапан, так что давление пара перед соплами значительно ниже давления свежего пара р₀ (рис.2).

В камере регулирующей ступени происходит перемешивание обоих потоков пара. В результате смешения потоков энтальпия смеси h₁ может быть определена:

,

где G_А – расход пара через полностью открытые клапаны; G_В – поток пара, подвергающийся дросселированию в частично открытом клапане; G – суммарный расход пара через турбину: G = G_А + G_В.

На рис.3 показана диаграмма распределения потока пара между отдельными группами сопл. Расход пара, отложенный по оси ординат, состоит из суммы расходов через отдельные регулирующие клапаны.

На рис.4 показан закон изменения давлений пара за регулирующими клапанами в зависимости от расхода пара через турбину. Из рисунка 4 видно, что при изменении нагрузки турбины с сопловым парораспределением наибольший располагаемый теплоперепад возникает при полном открытии первого клапана, когда закрыты остальные клапаны. В этом случае давление пара перед сопловой решёткой, питаемой первым клапаном р₁/р₀, достигает расчётного максимального значения, а давление в камере регулирующей ступени р₁/р₀ значительно ниже расчётного, поскольку оно изменяется пропорционально расходу пара через турбину.

Режим работы турбины при полностью открытом первом регулирующем клапане, когда все остальные клапаны закрыты, по условиям прочности является наиболее тяжёлым для сопловых и особенно для рабочих лопаток регулирующей ступени. Во-первых, при этом режиме максимальны изгибающие напряжения в рабочей решётке, а во-вторых, эти напряжения действуют не непрерывно, а периодически, во время прохождения рабочих лопаток возле открытой сопловой решётки первого клапана, т.е. повторяются через каждый оборот ротора, что вызывает опасные колебания лопаток, приводящие к усталостным поломкам.

При обводном наружном парораспределении после полного открытия регулирующих клапанов, подводящих пар к сопловой решётке первой ступени, дальнейшее увеличение расхода пара производится через обводной клапан к одной из промежуточных ступеней, в обход нескольких первых ступеней, включая регулирующую.

Иногда в турбинах, рассчитанных на высокое давление и высокую начальную температуру, применяют внутренний обвод, при котором пар из камеры регулирующей ступени подаётся через обводной клапан в обход нескольких первых ступеней. При открытии внутреннего обвода открывается дополнительная сопловая группа, подводящая пар к регулирующей ступени, благодаря чему давление и температура пара в камере регулирующей ступени сохраняются приблизительно постоянными, несмотря на увеличение расхода пара.

Принципиальная схема турбины с обводным парораспределением показана на рис.5.

К первой ступени пар подводится через клапан 1, который работает как дроссельный до тех пор, пока давление перед соплами первой ступени не станет равным давлению свежего пара. Как только давление перед первой ступенью станет близким к давлению свежего пара, начинает открываться обводной клапан 2, через который часть пара, обходя первую группу ступеней, направляется непосредственно к третьей ступени.

Проходные сечения третьей ступени больше, чем первой ступени. Поэтому открытие второго клапана позволяет пропустить через турбину увеличенное количество пара и тем самым достигнуть повышения мощности турбины.

Дата добавления: 2015-07-20