Часть_1. Реновации паротурбинных установок

• Название: Реновации паротурбинных установок
• Дата: 09.11.2022
• Размер: 1.83 Mb.
• Имя файла: Часть_1.doc
• Тип: Документы; #778315
• страница: 6 из 8

Изменение степени реактивности. При изменении расхода пара изменяется располагаемый теплоперепад ступени, а следо­вательно, отношение скоростей при постоянной частоте вращения турбины.

Из определения степени реактивности ступени сле­дует


(5.6)

или


Рассчитав скорости с_1t, w₁ и w_2t при переменных режимах ра­боты ступени, можно по формуле (5.6) определить степень ее реактивности (рис.5.2).

В приближенных расчетах переменных режимов, если скоро­сти пара в ступенях турбины меньше критических, обычно ис­пользуют следующую формулу:

Δρ/( 1 - ρ_о) = (0,5 - ρ_о) [u/c_ф - (u/c_ф)₀]/( u/c_ф)₀, (5.7)

где ρи ρ_о - степени реактивности, а u/c_ф и (u/c_ф)₀ — отношения скоростей соответственно при измененном и расчетном режимах.

Если скорость в рабочей решетке сверхкритическая, увеличе­ние теплоперепада ступени означает постоянство теплоперепада в сопловой решетке и рост теплоперепада H_0р в рабо­чей. Таким образом, несмотря на уменьшение отноше­ния u/c_ф (при n=const), степень реактивности ступени возра­стает (рис 5.3).





Рис 5.2 Зависимость степени реактивности ступени от отношения скоростей

Рис 5.3 Зависимость степени реактивности ступени от ее располагаемого теплоперепада


Изменение КПД ступени. Зависимость КПД η_ол, η_оi от отношения скоростей u/c_ф подробно рассматривалась в разделах 3.3 и 3.5. Параболическая зависимость этих КПД от отношения скоростей бы­ла получена в предположении, что потери в решетках изменяют­ся мало. При изменении нагрузки (расхода) турбины будет изменяться степень реактивности ее ступеней. Как было установ­лено, КПД ступени изменяется не только за счет потерь с выход­ной скоростью, но и других потерь:

в рабочей решетке, так как изменяются угол β₁ входа в ра­бочую решетку и числа М₂и Re₂;

в сопловой решетке, так как изменяется ее теплоперепад, а следовательно, степень реактивности и числа M₁ и Re₁ от тре­ния диска, утечек и влажности.

С
(5.8)
истематическая обработка экспериментальных данных дает параболическую зависимость относительного внутреннего КПД ступени от отношения скоростей (u/c_ф)/( u/c_ф)^опт=x_1ф, которая выражается следующей фор­мулой (рис.5.4):

.

Последняя ступень конденсационной паровой турбины, как указывалось, находится в особых условиях, на ней сильнее всего сказывается изменение расхода пара. Кроме того, давление р₂ за этой ступенью, определяемое давлением в конденсаторе p_k зависит не только от расхода пара, но и от таких факторов, как температура и расход охлаждающей воды, загрязнения трубок конденсатора и др. Важными факторами являются также непо­стоянство параметров потока по высоте ступени.

Рассмотрим процесс расширения пара в среднем сечении по­следней ступени. Предположим, что при изменении давления от­работавшего пара его расход не изменяется. Выясним, какие качественные изменения будут происходить в ступени при пониже­нии давления на выходе из нее при постоянной частоте враще­ния.

Рис 5.4 Зависимость относительного внутреннего кпд ступени от отношения скоростей

Рис 5.5 Треугольники скоростей в последней ступени ЦНД турбины при переменных режимах


Если в решетках последней ступени скорости пара докритические, изменение давления за ступенью будет отражаться как на давлении р₁ в зазоре между сопловой и рабочей решетками, так и на давлении р₀ перед ступенью. Начиная с давления, при котором в одной из решеток последней ступени скорость (с₁ или w₂) станет критической, дальнейшее снижение давления за ступенью р₂ не будет сказываться на скоростях потока в сече­ниях, расположенных до места, где возникла критическая ско­рость.

Треугольники скоростей последней ступени ЦНД при D=const и n = const и различных уменьшающихся давлениях р₂ показаны на рис.5.5, а, где расчетный режим отмечен индексом 0, а крити­ческий - _*^. При уменьшении давления р₂ ниже критического, т. е. р₂<р₂* (при этом w₂>w₂*), входной треугольник скоростей остается неизменным, а скорость w₂ увеличивается вследствие расширения пара и отклонения потока в косом срезе рабочей решетки, т. е. β₂>β_2э. По мере уменьшения давления р₂ может быть получено предельное расширение пара в косом срезе ра­бочей решетки, после чего дальнейшее расширение будет про­исходить за рабочей решеткой (за пределами ступени).

При неизменном расходе пара окружное усилие R_u, переда­ваемое на лопатки, возрастает лишь до тех пор, пока увеличи­вается сумма проекций скоростей на окружное направление c₁cosα₁ + c₂cosa₂. После того как будет исчерпана возможность расширения пара в косом срезе рабочей решетки, дальнейшее уменьшение давления р₂ приведет лишь к увеличению осевой со­ставляющей усилия R_a, в то время как окружная составляющая усилия R_u, а следовательно, и мощность ступени останутся не­изменными.

Таким образом, при заданном расходе пара противодавления и уменьшении давления р₂ мощность ступени увеличивается не беспредельно, а только до определенного уровня.

Показанные на рис.5.5, треугольники скоростей последней ступени, построенные для постоянного расхода пара D₂ и его пе­ременного давления р₂, могут в общем случае отражать измене­ние объемного расхода пара Dv₂.

Так как параметры пара по высоте последней ступени пере­менны, рассмотренное изменение режима работы ступени явля­ется приближенным. При докритическом обтекании рабочей ре­шетки расходы пара перераспределяются по ее высоте. При ма­лых скоростях пара с₂, соответствующих режиму с небольшим по сравнению с расчетным относительным объемным расходом Dv₂/(Dv₂)_o, поток оттесняется к периферии ступени. При этом поток отрывается от стенок канала в корневой зоне лопаток, где течение приобретает возвратно-вихревой характер. При этом КПД ступени падает, так как от полезной мощности, создаваемой па­ром в периферийной зоне, отбирается вентиляционная мощность вихревой корневой области. При дальнейшем уменьшении объ­емного расхода пара Dv₂, соответственно малом теплоперепаде и очень большом отношении скоростей u/c_ф ступень переходит в режим холостого хода, а затем — в режим потребления мощно­сти. Поскольку эти режимы связаны с вихреобразованием, ча­стоты которого случайны, возможна вибрация лопаток и даже их поломка. Поэтому длительность таких режимов ограничена.

_5.3 Способы парораспределения и их влияние на тепловой процесс

турбины

При постоянных начальных параметрах пара его расход через турбину регулируется клапанами. Систему клапанов, изменяю­щих расход пара, называют парораспределением. Различают дроссельное, сопловое и обводное парораспределение.
Дроссельное парораспределение (рис.5.6, а).


Рис 5.6 Схема дроссельного парораспределения (а) и h,s-диаграмма процесса расширения пара в турбине с таким парораспределением (б):

1-сопловая решетка, 2-регулирующий клапан
В этом случае весь расход пара, подводимого к турбине, регулируется одним или несколькими одновременно открывающимися клапанами. После клапанов пар поступает в общую для всех них решетку 1 с полным подводом.

Если предположить, что при экономической мощности турбины, когда дроссельный клапан полностью открыт, процесс расширения пара изображается в h-s-диаграмме линией ас (рис.5.6,б), то при уменьшении расхода пара через турбину его давление перед соплами первой ступени понижается. Изменение энтальпии пара при дросселировании можно определить по фор­муле

, (5.9)

где индексом 00 обозначены энтальпия и скорость пара на входе в первую ступень турбины при номинальном режиме, а индек­сом 01 —при измененном.

Поскольку с²_оо/2<<H_о и c²_o1/2<<H₀₁, можно считать, что при дросселировании энтальпия не изменяется.

При уменьшенном по сравнению с расчетным расходом пара располагаемый теплоперепад H₀₁ турбины меньше теплоперепада H₀₀ при полностью открытом дроссельном клапане. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме в этом случае изображается линией df.

О
(5.10)
тносительный внутренний КПД турбины при измененном по сравнению с расчетным расходе пара _. Умножив и разделив соответственно числитель и знаменатель этой форму­лы на располагаемый теплоперепад H₀₁ получим

,

где — КПД проточной части при измененном режиме;

γ_др = H₀₁/H₀₀ — коэффициент дросселирования.

Таким образом, при дроссельном парораспределении КПД η_0i можно представить как произведение двух коэффициентов. Ко­эффициент γ_др показывает, какую долю исходного от располагае­мого теплоперепада H₀₀ составляет располагаемый теплоперепад H₀₁ для проточной части при дросселировании пара регулирую­щим клапаном. Коэффициент дросселирования не зависит от кон­струкции проточной части турбины и определяется только зави­симостью между относительным количеством протекающего че­рез нее пара и его параметрами. Коэффициент полезного дейст­вия η^пр.ч_oi представляет собой отношение использованного тепло-перепада к располагаемому теплоперепаду проточной части и показывает степень совершенства работы проточной части тур­бины при изменяющемся в результате дросселирования теплоперепаде (рис.5.7,5.8).


Рис. 5.7 Коэффициенты дросселирования Рис. 5.8 Потери от дросселирования

турбин с различными давлениями p₂ за турбин с различным отношением

последней ступенью давлений p₂/p₀
Сопловое парораспределение. В этом случае пар протекает через несколько регулирующих клапанов 1, каждый из которых подводит его к индивидуальному сопловому сегменту 2 (рис.5.9,а).



Рис 5.9 Схема соплового парораспределения (а) и h,s-диаграмма процесса расширения пара в регулирующей ступени турбины с таким парораспределением (б):

1-регулирующий клапан, 2-сопловой сегмент
При этом клапаны открываются последовательно. При со­пловом парораспределении первую ступень турбины называют регулирующей. Таким образом, при сопловом парораспределе­нии потери от дросселирования при уменьшении пропуска пара через турбину распространяются не на все его количество, а толь­ко на ту часть, которая протекает через не полностью открытый клапан. Поэтому экономичность турбин с сопловым парораспре­делением при изменении пропуска пара более устойчива, чем турбин с дроссельным парораспределением.

О собенно велико преимущество соплового парораспределения в турбинах, работающих с большими отношениями давлений p₂/p_о, например в турбинах с противодавлением, в которых поте­ри от дросселирования значительны.

П
Рис 5.10 h,s-диаграмма состояния пара на выходе из регулирующей ступени при различных нагрузках ступени
ри сопловом паро­распределении в регу­лирующей ступени по­ток пара разделяется на два потока: недросселированного пара, проходящего через пол­ностью открытые регу­лирующие клапаны, и дросселированного, проходящего через ча­стично открытый кла­пан. Процесс расши­рения в регулируюющей ступени этих по­токов пара в h,s-диаграмме показан на рис. 5.9,б. Изменение со­стояния в регулиру­ющей ступени потока пара, прошедшего че­рез полностью откры­тые клапаны, показан линией ас, а потока па­ра, прошедшего через частично открытый клапан,— линией df. Точка g на изобаре p₁ (давление пара за регулирующей ступенью) соответствует со­стоянию пара после изобарного смешения обоих потоков. Эн­тальпия


^(5.11)


где D_c и D_f— расходы недросселированного и дросселированно­го пара.

Таким образом, в турбине с сопловым парораспределением теп­лоперепады должны определяться отдельно для указанных двух потоков в пределах регулирующей ступени и отдельно для дру­гих нерегулируемых ступеней.

Так как давление р₁ и энтальпия h₁ пара на выходе из регу­лирующей ступени такие же, как на входе в нерегулируемые, при изменении расхода пара можно по формуле (5.2) или (5.4) определить давление р₁ считая его начальным для последующей группы ступеней. В качестве примера на рис.5.10 показаны на h,s-диаграмме точки, соответствующие состояниям пара на выхо­де его из регулирующей ступени при различных нагрузках кон­денсационной турбины с четырьмя регулирующими клапанами. Как видно из этого рисунка, регулирующая ступень имеет наи­больший использованный теплоперепад при полностью открытом первом клапане, а наименьший — при полностью открытых всех клапанах.

Зависимость КПД турбины η_оi от расхода пара при сопловом парораспределении показана на рис.5.11. Как видно из этого ри­сунка, максимальный КПД турби­ны получают при полностью от­крытых всех клапанах. Так как отношение расхода пара к степе­ни парциальности D/e при режи­ме первого открытого клапана является наибольшим, то изгибающие напряжения в рабочих лопатках регулирующей ступе­ни, пропорциональные отношению D/e и использованному теплоперепаду H_i, при этом режиме будут также максимальны.



Рис 5.11 Зависимость кпд турбины с сопловым парораспределением от расхода пара

Рис 5.12 Схема обводного парораспределения турбины:

1,2-основной и обводной клапаны, 3-камера перегрузки