1093

Системы парораспределения паровых турбин. Сопловое и дроссельное парораспределение

Лекция

Энергетика

Общая характеристика систем парораспределения. Общий характер суточного графика нагрузок энергосистемы. Схема основных паропроводов турбоустановки К-210-12,8 ЛМЗ. Дроссельное парораспределение

Русский

2013-01-06

651 KB

219 чел.

Лекция №16.  Системы парораспределения паровых турбин. Сопловое и дроссельное парораспределение

16.1. Общая характеристика систем парораспределения

Системы парораспределения паровых турбин обеспечивают изменение нагрузки турбоагрегата в соответствии с диспетчерским графиком нагрузок энергосистемы (рис. 15.1).

Рис. 16.1. Общий характер суточного графика нагрузок энергосистемы

Основными исполнительными элементами систем парораспределения являются регулирующие клапаны (рис. 16.2), в которых осуществляется процесс дросселирования водяного пара и изменение его расхода. Данный процесс осуществляется при истечении пара между чашей клапана и седлом (рис. 16.2,а). В кольцевом зазоре при подъеме чаши РК в процессе расширения водяного пара поток ускоряется, а далее, в диффузорной части, происходит его торможение до давления р01р0. В зависимости от типа турбин, их мощности и назначения используются три способа парораспределения: ДРОССЕЛЬНОЕ, СОПЛОВОЕ И ОБВОДНОЕ.

       

                                                               а)                                                                       б)                                                            

Рис. 16.2. Регулирующие клапаны паровых турбин:

а) конструкция клапана ЦВД

в) конструкция стопорного  и сбросного клапанов ЦСД турбины К-210-12,8 ЛМЗ

Пример схемы главных паропроводов применительно к турбоустановке К-210-12,8 ЛМЗ с указанием расположения регулирующих (РК) и автоматических стопорных (АСК)  клапанов представлен на рис. 16.3. 

Рис. 16.3. Схема основных паропроводов турбоустановки К-210-12,8 ЛМЗ:

1 – свежий пар; 2 – пар из ЦВД на промежуточный перегрев; 3 – пар после промежуточного перегрева;

4 – главная паровая задвижка; 5 – автоматические стопорные клапаны ЦВД; 6 – ЦВД;

7 – регулирующие клапаны ЦВД; 8 – АСК ЦСД; 9 – сбросные клапаны; 10 – задвижки для испытаний АСК ЦСД; 11 – сброс пара в ПСБУ конденсатора; 12 – РК ЦСД; 13 – ЦСД; 14 – водяной пар в ЦНД;

15 – предохранительные клапаны

Водяной пар от котла по двум паропроводам 1 (dу=325 мм) через главные паровые задвижки 4 (ГПЗ) и автоматические стопорные клапаны 5 направляется к регулирующим клапанам 7 ЦВД турбины. Линии 2 представляют «холодные» нитки промежуточного перегрева, а линии 3 –  его «горячие» нитки. Паропроводы имеют перемычки, предназначенные для выравнивания давления пара, а также для организации его сброса через БРОУ или предохранительные клапаны в аварийных ситуациях, а также в режимах пуска и останова турбоагрегата. Перед ЦСД также установлены стопорные 8 и регулирующие 12 клапаны. Действие стопорных клапанов ЦСД связано с работой сбросных клапанов 9. Так, при закрытых стопорных клапанах пар сбрасывается через сбросные клапаны  в ПСБУ (паросбросное устройство) конденсатора. Следует отметить, что регулирующие клапаны ЦСД в отличие от РК ЦВД регулируют расход водяного пара до нагрузки, составляющей примерно 30% номинального ее значения. При больших нагрузках РК ЦСД полностью открыты и в регулировании мощности турбоагрегата не участвуют.

На рис. 16.2, б показана конструкция регулирующего клапана ЦВД паровой турбины (посадочный диаметр чаши клапана d=120 мм). В этой конструкции с помощью предварительно открываемого разгрузочного клапана (его ход 4 мм) осуществляется уменьшение разности давлений пара в клапанной коробке и за клапаном, которая существенна в режимах пуска турбины и требует использования больших размеров сервомоторов для создания соответствующих усилий, а также их передачи через механизмы управления клапанами. Поэтому после выравнивания давлений для подъема основной чаши клапана требуются гораздо меньшие усилия. Для большинства современных паровых турбин большой мощности блоки регулирующих клапанов устанавливаются отдельно от корпуса турбины. Вместе с тем, в ряде паровых турбин с докритическими параметрами водяного пара РК расположены непосредственно на корпусе (рис. 16.6,а). Раздельное расположение клапанов от корпуса позволяет упростить конструкцию цилиндров турбины, систему управления клапанами, а также монтажные и ремонтные операции.

16.2. Дроссельное парораспределение

При дроссельном парораспределении турбины весь расход водяного пара при частичных нагрузках подвергается процессу дросселирования. При этом его состояние меняется по закону h00+0,5c002=h01+0,5c012, где индекс 0 характеризует параметры пара, подводимого к турбине (свежего пара), а индекс 1 – за регулирующим клапаном (перед сопловой решеткой первой ступени турбины). Поскольку скорости с0 обычно малы, то кинетическими энергиями 0,5c02 пренебрегают и тогда при дроссельном парораспределении энтальпия пара перед первой ступенью сохраняется постоянной и равной энтальпии свежего пара (h01=h00=const).

Процесс расширения водяного пара в h,s- диаграмме для турбин с дроссельным парораспределением представлен на рис. 16.4,а. При пониженной нагрузке регулирующие клапаны открыты частично, поэтому давление перед сопловой решеткой первой ступени турбины сокращается с р00 до р01 (точка с). Давление отработавшего пара будем считать неизменным и равным р2 (рк для конденсационной турбины).

            

                                              а)                                                                                б)

Рис. 16.4. Процесс расширения в турбине с дроссельным парораспределением (а)

и зависимость  (б)

  

Поскольку при любом расходе G водяного пара его энтальпия на входе постоянна, то произведение p01v01p00v00const и, следовательно, расход для конденсационной турбины практически пропорционален давлению за клапаном р01, что следует из закона Стодола-Флюгеля:

                                     .                                               (16.1)

В турбинах с противодавлением, а также в теплофикационных, при неизменном давлении верхнего отбора ротб связь между расходом G1 и давлением р01 определяется выражением:

                                  .                                           (16.2)

     Располагаемый теплоперепад турбины при снижении расхода пара уменьшится с Н00 до Н01 и процесс расширения изобразится линией сd (рис. 15.4,а). При этом для конденсационной турбины давления перед всеми ступенями изменяются пропорционально расходу. Следовательно, располагаемые теплоперепады во всех ступенях, за исключением последней, практически не изменяются. Поэтому уменьшение теплоперепада турбины при G1G0 в широком диапазоне изменения расходов происходит в основном за счет ее последней ступени. Относительный внутренний КПД турбины в сравнении с расчетным режимом при дросселировании уменьшается:

                                                .                                    (16.3)

Здесь коэффициент дросселирования др0100, а oi1 – КПД проточной части турбины при частичном расходе G1. Коэффициент дросселирования не зависит от совершенства проточной части, а определяется только относительным расходом пара и его параметрами. На рис. 16.4,б показана зависимость , которая свидетельствует о том, что по мере увеличения противодавления р2 снижение коэффициента др происходит все интенсивнее при уменьшении расхода пара. Относительный внутренний КПД турбины по мере увеличения противодавления при снижении нагрузки будет уменьшаться еще резче, поскольку одновременно с уменьшением др будет уменьшаться oi1. Поэтому не целесообразно применение дроссельного парораспределения в турбинах типа Р.

Располагаемые теплоперепады Н01 легко находятся по h,s- диаграмме для разных расходов пара. При изменении теплового перепада ступени до 20% oi изменяется в пределах 1%. Для группы ступеней это изменение будет еще меньше. Поэтому для данного диапазона изменения КПД можно считать несущественными. Для ступеней, где теплоперепад изменяется более чем на 20%, изменение КПД oi необходимо учитывать в соответствующих расчетах. Как правило, расчет переменного режима работы турбины проводится от последней ступени к первой до тех пор, пока не будет обеспечено равенство h01=h00=const. Часто этот расчет выполняют при известной зависимости КПД от расхода пара, получаемой на основе испытаний турбины. Существенной является составляющая потерь в электрогенераторе, которая при изменении мощности от нуля до номинального значения возрастает примерно в 2 раза. Такой рост вызван потерями в обмотках  генератора, изменяющимися по мере увеличения нагрузки по закону параболы.

16.3. Сопловое парораспределение

При сопловом парораспределении изменение расхода пара осуществляется несколькими регулирующими клапанами, открывающимися последовательно (рис. 16.6). Каждый клапан (группа клапанов) обслуживает свою группу сопел регулирующей ступени. Ее сопловые решетки выполнены в форме сопловых сегментов, которые устанавливаются в корпусах соответствующих сопловых коробок. Конструктивным признаком паровых турбин с сопловым парораспределением является наличие в ней менее эффективной регулирующей ступени. В турбинах с дроссельным парораспределением таких ступеней нет. Поэтому общая экономичность турбин с дроссельным парораспределением на расчетном режиме выше, чем турбин с сопловым парораспределением.

Процесс расширения водяного пара в турбине с сопловым парораспределением представлен на рис. 16.7. Линия I-А соответствует потоку, прошедшему полностью открытые клапаны с расходом GA, линия I-II изображает процесс дросселирования в частично открытом клапане, а линия II – процесс для потока, прошедшего этот клапан c расходом GB. Точка С отвечает состоянию пара за регулирующей ступенью (в камере регулирующей ступени). Линия С-Д изображает процесс расширения в последующих за регулирующей ступенях.

а)                                                                                    

                                                                                                б)

Рис. 16.6. Поперечные разрезы в области паровпуска ЦВД турбин

с сопловым  парораспределением: а) со встроенными РК; б) с выносными РК  

 

В камере регулирующей ступени происходит перемешивание потоков из различных сопловых коробок, обслуживаемых полностью и частично открытыми клапанами. В результате смешения потоков с энтальпиями hА и hВ (рис. 16.7) энтальпия смеси составит h1, значение которой определяется по уравнению

                               .                        (16.4)

Рис. 16.7. Процесс расширения водяного пара в турбине при полностью открытых клапанах (I-A) и одном частично открытом  клапане (II-B)

Распределение давлений пара и теплоперепадов в турбине с сопловым парораспределением при изменении нагрузки необходимо рассматривать отдельно для потоков с расходами GА и GВ. Допустим, что расчетный пропуск пара через турбину G0 обеспечивается тремя полностью открытыми клапанами при расчетном давлении в камере регулирующей ступени ррс010, а четвертый клапан является перегрузочным (рис. 16.6,а).   Расчетные пропуски пара GI0, GII0, GIII0 через каждую группу сопел c соответствующим числом сопловых каналов z1, z2, z3 регулирующей ступени при расходе G0 через турбину определяются из выражений:                

                                  GI0=z1G0/z;   GII0=z2G0/z;  GIII0=z3G0/z.                             (16.5)

По расчетному отношению давлений 10100 с помощью сетки относительных расходов (рис. 13.5,б) по верхней кривой (0=1) находится значение относительного расхода q0 и далее вычисляются критические расходы пара через каждую группу сопел при давлении перед ними р0:   

                                      GIкр=GI0/q0; GIIкр=GII0/q0; GIIIкр=GIII0/q0.                               (16.6)

Пропуски пара через полностью открытые клапаны при другом расходе через турбину (при новом IIII0) находят с помощью сетки расходов, по которой определяется значение q1:  

                                         GI=GIкрq1;   GII=GIIкрq1;   GIII=GIIIкрq1.                                (16.7)

Расход пара через частично открытый клапан равен разности полного расхода пара в турбину и суммы пропусков через полностью открытые клапаны:

                                           Gn=G- (GI+GII+…+Gn-1).                                                    (16.8)

Проведя такой расчет при разных расходах пара через турбину, можно построить диаграмму распределения потоков пара между отдельными группами сопл (рис. 16.8,а) и относительных давлений (рис. 16.8,б) за регулирующими клапанами.

         

                                          а)                                                                       б)

Рис. 16.8. Диаграмма распределения расходов пара между группами сопел (а) и относительных давлений (б) за регулирующими клапанами в турбине с сопловым парораспределением

   

Представленная диаграмма показывает, что расходы пара через полностью открытые клапаны сохраняются постоянными только до тех пор, пока отношение давления в камере регулирующей ступени к давлению свежего пара меньше критического (р10=0,546). При отношении этих давлений, большем критического, расходы пара через полностью открытые клапаны по мере увеличения нагрузки и соответствующего повышения давления в камере регулирующей ступени уменьшаются (согласно кривым, представленным в сетке относительных расходов).

Кроме того, полученная диаграмма показывает, что располагаемый теплоперепад регулирующей ступени изменяется в широких пределах. Наибольшее значение теплового перепада имеет место при полном открытии 1-го клапана, когда закрыты остальные. При этом напряжения для сопловых и рабочих лопаток будут максимальными. Кроме того, формируются опасные колебания рабочих лопаток из-за периодического прохождения ими открытой сопловой решетки. Поэтому в ряде турбин с сопловым парораспределением открывают сначала одновременно два клапана.  

В заключение следует отметить, что при сопловом парораспределении потери от дросселирования водяного пара относятся не ко всему расходу пара, а только к той его части, которая протекает через частично открытый клапан. Поэтому экономичность турбин с сопловым парораспределением при частичных нагрузках выше, чем с дроссельным, где потери от дросселирования относятся ко всему расходу пара. По этой причине сопловое парораспределение получило наибольшее распространение в турбинах ТЭС, которые чаще, чем турбины АЭС, работают при частичных нагрузках. Турбины, обеспечивающие несение базовой нагрузки в энергосистемах, выполняются с дроссельным парораспределением.

Лектор:        В.Ф. Касилов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80492. ДЕРЖАВА ТА ПРАВО КИЇВСЬКОЇ РУСІ ( VI – початок XIII ст. ) 202 KB
  ВСТУП ДО КУРСУ ІСТОРІЯ ДЕРЖАВИ ТА ПРАВА УКРАЇНИ. План: Вступ до курсу історія держави та права України. ПРЕДМЕТ ІСТОРІЇ ДЕРЖАВИ І ПРАВА УКРАЇНИ Що ж являє собою історія держави і права України Це наукова дисципліна яка вивчає: еволюцію української державної традиції в цілому; розвиток механізмів державної влади в Україні; зародження та функціонування правової системи в цілому і окремих галузей права України. Історія держави і права України вивчає факти і виявляє закономірності історичного розвитку її перш за все цікавлять юридичні...
80495. ЛИТОВСЬКО-РУСЬКА ДЕРЖАВА ТА ПРАВО (друга пол. XIV - перша пол. XVI ст.) 67.08 KB
  Державною мовою тут була давньоруська близька до української та білоруської Руська правда стала основним джерелом права литовська знать хреститься руськими іменами приймає православну віру. Йому підлягали старости військо був вищою апеляційною інстанцією в судових справах мав виключне право надання в користування земельних володінь. Московські політики твердили про спадкові права московських князів про шапку Мономаха яка ніби то доводить їхні спадкові права на Візантію і на Київ. Придбання шляхтичем маєтку не позбавляло селян що...
80496. Господарство та економічна думка суспільства Європейської цивілізації в період Середньовіччя ( V – XV ст.) 63.5 KB
  Загальна характеристика господарства Європи в V XV ст. Особливості розвитку сільського господарства. Загальна характеристика господарства Європи в V XV ст. Господарство Середньовіччя характеризується такими загальними ознаками: панування приватної власності основою якої була земля у формі феода умовнослужбове спадкове надання що дало назву системі господарства; монополія феодалів на землю яка виявлялася в принципі Немає землі без сеньйора умовний характер ієрархічна структура земельної власності що ґрунтувалася на васальних...
80497. Формування передумов ринкової економіки в країнах Європейської цивілізації (XVI – перша половина XVII ст.) 54.5 KB
  Основні аспекти розвитку господарства країн Західної Європи. Особливості економічного розвитку країн Центральної ПівденноСхідної і Східної Європи. Основні аспекти розвитку господарства країн Західної Європи Протягом 1618 ст. В економічному розвитку Західної Європи велику роль відіграли географічні відкриття кінця ХV початку XVI ст.
80498. Розвиток ринкового господарства в період становлення національних держав (друга половина XVII - перша половина XIX ст.) 113.5 KB
  Петті не був послідовним у своїй теорії трудової вартості. Звідси він змішує абстрактну працю як джерело вартості з конкретною працею як джерелом споживної вартості. Дійсно у створенні споживної вартості беруть участь і праця і земля: Труд батько багатства земля його мати . Але джерелом вартості згідно з теорією трудової вартості може бути тільки праця.
80499. Ринкове господарство країн Європейської цивілізації в період монополістичної конкуренції (друга половина XIX - початок ХХ ст.) 128 KB
  Основним його змістом були структурні зрушення в національних господарствах окремих країн внаслідок яких зявились нові й модернізувалися старі галузі виробництва змінювалась їхня роль в економіці. Почалася електрифікація виробництва транспорту побуту. Зростання продуктивних сил виникнення нових капіталомістких технологій вимагали значного укрупнення виробництва і великих капіталовкладень. Посилився процес концентрації виробництва і централізації капіталу.
80500. Предмет і методи історії економіки та економічної думки 57.5 KB
  Предмет і методи історії економіки та економічної думки 1. Предмет історії економіки та економічної думки. Періодизація історії економіки та економічної думки. Предмет історії економіки та економічної думки Економічне життя суспільства є надзвичайно багатогранним.