Как протекает работа ступени при переменном режиме. Что такое сетка расходов Л.И. Шегляева.

Рассмотрим, как изменяется тепловой процесс ступени при изменении её теплоперепада. Предположим, что в основу подбора профилей и геометрических размеров сопловых и рабочих решёток рассматриваемой ступени были положены расчётные треугольники скоростей, показанные на рис. 7.1 сплошными линиями.

Рис. 7.1. Треугольники скоростей при расчётном и уменьшенном теплоперепаде ступени

Допустим, что при возникшем нерасчётном режиме теплоперепад этой ступени уменьшился. Значит, уменьшится и абсолютная скорость истечения пара из сопловой решётки с11 < с1 и возрастёт отношение скоростей u/cф.

В результате уменьшения абсолютной скорости с1 до с11 относительная скорость входа пара на рабочие лопатки w1 также уменьшается до w11 и отклоняется от первоначального направления встречая входную кромку рабочих лопаток с отрицательным углом атаки d1 = b1 - b11. При этом поток пара ударяет в спинки лопаток, что приводит к значительным потерям энергии в каналах рабочих лопаток и снижению КПД ступени. Увеличение отношения скоростей u/cф сопровождается увеличением степени реактивности. Сокращение теплоперепада ступени сопровождается также уменьшением относительной скорости выхода пара из рабочей решётки w21 < w2, что приводит к изменению значения и направления абсолютной скорости выхода c21. Натекание потока на входные кромки сопловой решётки последующей ступени при этом будет происходить с отрицательным углом атаки d2 = a2 - a21, что также вызывает дополнительные потери в ней, которые можно ограничить, применяя скругленную входную кромку сопловой решётки.

В случае увеличения располагаемого теплоперепада возрастёт абсолютная скорость выхода пара из сопловой решётки с11 > с1 и уменьшится отношение u/cф (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Треугольники скоростей при расчётном и увеличенном теплоперепадах ступени

Если скорость с11 начнёт превышать скорость звука, поток пара будет отклонятся в косом срезе сопловой решётки. Увеличение скорости с11 вызывает уменьшение угла b11, и поток будет натекать с положительным углом атаки при входе в рабочую решётку. Это может вызвать отрыв потока на спинке профиля и значительный рост потерь в рабочей решётке. Давление перед рабочей решёткой понизится, степень реактивности уменьшится. Абсолютная скорость выхода пара из рабочей решётки увеличится с21 > с2 и изменение её направления приведёт к тому, что натекание на сопловую решётку последующей ступени будет происходить с положительным углом атаки.

Здесь рассмотрен переменный режим работы ступени, при котором частота вращения ротора сохранялась постоянной, а изменению подвергался теплоперепад. Аналогичные результаты получатся, когда теплоперепад будет сохраняться постоянным, а изменяться будет частота вращения.

Зависимость между расходом и давлением для суживающихся решёток выраженная в относительных величинах имеет вид:

или . (7.10)

Уравнение (7.10) связывает между собой относительный расход пара через суживающуюся решётку q0 с начальным и конечным относительными давлениями e0 и e1. На рис. 7.4 представлена сетка расходов А.В. Щегляева, выражающая эту зависимость.

Рис. 7.4. Сетка А.В. Щегляева для относительных расходов пара через турбинную решётку с суживающимися каналами (e* = 0,546)

16. В каких условиях работает последняя ступень конденсационной турбины 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 рк, 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.

17. Какие виды парораспределения вы знаете? Назовите их преимущества и недостатки.

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.

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 В камере регулирующей ступени происходит перемешивание обоих потоков пара. 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.

Три вида парораспределения:

1) дроссельное, когда все количество пара, подводимого к турбине, регулируется одним или несколькими одновременно открывающимися клапанами, после которых пар поступает в общую для всех клапанов сопловую группу;

2) сопловое, когда пар протекает через несколько регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к своему отдельному сопловому сегменту, причем открытие клапанов производится последовательно;

3) обводное наружное, когда после полного открытия регулирующих клапанов, подводящих пар к сопловой решетке первой ступени, дальнейшее увеличение расхода пара производится через обводной клапан к одной из промежуточных ступеней, в обход нескольких первых ступеней, включая регулирующую.

18. Как осуществляется изменение расхода пара через турбину методом скользящего давления?

Для того чтобы оценить изменение экономичности турбинной установки при переходе с клапанного регулирования мощности на регулирование способом скользящего давления, рассмотрим процесс расширения пара в h, s-диаграмме (рис. 8.6) в ЦВД конденсационной турбины, имеющей дроссельное парораспределение, при расчётном (G0) и половинном (G/G0 = 0,5) расходах пара для двух случаев: 1) при постоянном давлении свежего пара, т.е. p0 = const и h0 = const (сплошные линии), 2) при скользящем давлении свежего пара, т.е. p0 = var и t0 = const (штриховые линии).

Рис. 8.6. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме в ЦВД конденсационной турбины с дроссельным парораспределением при постоянном () и скользящем () начальных давлениях

Давление перед первой ступенью ЦВД определяется расходом пара, причём при сниженной нагрузке в режиме скользящего давления р0ск и постоянной температуры t0 = const оно будет несколько выше, чем при дроссельном регулировании и h0 = const, из-за большего удельного объёма, обусловленного более высокой температурой.

Поскольку при скользящем давлении свежего пара температура и давление его перед первой ступенью ЦВД при сниженных нагрузках выше, чем при дроссельном регулировании, то и начальная энтальпия выше. Энтальпия пара за ЦВД при этом тоже выше. Поэтому даже при значительном снижении нагрузки теплоперепад, а следовательно и КПД проточной части ЦВД сохраняются почти постоянными, т.е. такими же как и при полной нагрузке. При дроссельном же регулировании КПД уменьшается при снижении нагрузки из-за потерь от дросселирования пара в регулирующем клапане.

Таким образом, внутренняя мощность ЦВД при регулировании скользящим давлением больше, чем при дроссельном регулировании

КПД турбины при сниженной нагрузке можно выразить так:

при дроссельном регулировании

; (8.8)

при регулировании скользящим давлением

, (8.9)

где НiЦСД+ЦНД – используемый теплоперепад ЦСД и ЦНД турбины с учётом регенеративных отборов. Регулирование мощности скользящим давлением и с точки зрения экономичности при всех режимах частичного пропуска пара предпочтительнее дроссельного регулирования с постоянным давлением.

Дата добавления: 2015-07-21