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

195 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

3018. Цех по производству изделий бытового назначения методом литья под давлением мощностью 7000 тонн в год 179 KB
  Описание технологической схемы производства: Из полувагона или цистерны полимер в виде гранулятя выгружается краном в контейнерах и перевозится к установке растаривания и передается пневмотранспортом 12 в силосы. Затем...
3019. Определение концентрации серной и соляной кислот 39.5 KB
  Растворы Цель работы: Определить концентрацию серной и соляной кислот. Теория: Титрование – постепенное преливание раствора известной концентрации к раствору с неизвестной концентрацией, но точного объёма. Молярная концентрация – число мол...
3020. Анализ управленческой деятельности открытого акционерного общества Вологодский машиностроительный завод 185 KB
  Организационно - правовая деятельность предприятия. Местом прохождения практики является Открытое акционерное общество Вологодский машиностроительный завод (далее ОАО ВМЗ). Свою деятельность в соответствии с действующим Законодатель...
3021. Анализ рынка банковских векселей 372.73 KB
  Сектор банковских векселей После краха рынка ГКО и потери практически всех средств, инвестированных в госбумаги, многие операторы перенесли свои операции в сектор векселей банков и компаний, своевременно погашающих свои об...
3022. Особенности создания бренда 90 KB
  Общая теория бренда Давайте сначала выясним для себя что есть бренд? Все его видели – немногие знают в лицо. Бренд – американизированный (а значит, сокращенный) вариант английского сложносочиненного brand-name (значение brand: 1.3.: кл...
3023. Атомное ядро. Изучение атомного ядра и частиц 71 KB
  Изучение атомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами. Причина этого ясна: в ядрах атомов частиц так мало, что свойства каждой из них в отдельности не усредняются, а, напротив, играют определяющую роль.
3024. Введение в программирование под Windows 91 KB
  Лекция 1. Введение в программирование под Windows Под термином WINDOWS-программирование можно подразумевать все, что угодно, но в большинстве своем это означает "событийное" программирование. Именно эта концепция используется в Windows. Она кардинал...
3025. Типы данных Windows 194 KB
  Типы данных Windows. Типы данных Исходные тексты любого приложения Windows должны включать файл windows. Этот файл содержит большое количество определений типов данных, макросов, прототипов и так далее. Для создания переносимых приложений в люб...
3026. Исследование согласованного фильтра дискретных сигналов известной формы 392 KB
  Цель работы. Экспериментальное исследование характеристик сложных дискретных сигналов и особенностей их приёма согласованным фильтром. Описание лабораторной установки. Лабораторная установка выполнена в виде программно управляемой модели на ПЭВМ в с...