Диаграммы режимов работы теплофикационных паровых турбин и их применение

Диаграммой режимов паровой турбины называют графическое изображение зависимости между электрической (внутренней) мощностью турбины и расходом пара. В ряде случаев добавляются и другие параметры турбины: отбор пара, противодавление и др.

Наиболее простая диаграмма режимов выглядит для конденсационной турбины, не имеющей отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, поскольку её математическое описание очень простое: , где G – расход пара на турбину. При фиксированных начальных параметрах и давлении в конденсаторе электрическая мощность Р_э зависит от расхода пара G линейно с точностью, с которой относительный электрический КПД η_оэ имеет постоянное значение.

 

Диаграммы режимов получают либо экспериментально, либо путем расчета турбины на переменных режимах. В общем случае они не являются прямыми линиями, но в практических расчетах их считают прямыми линиями. Значительные отклонения от прямой наблюдаются только при малых значениях мощности, когда КПД турбины значительно уменьшается. Он будет равен нулю (Р_э= 0) при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве G_хх, тратится только на поддержание её номинальной частоты вращения (расходуется на преодоление трения в подшипниках и о паровую среду).

Отношение х = , где Gо – номинальный расход пара, называемый коэффициентом холостого хода. Его значение зависит от типа турбины, а для определенного типа – от мощности. Наименьшие значения х характерны для конденсационных турбин, причём почти всегда чем выше мощность турбины, тем меньше х. Для турбин мощностью 300 МВт х 0,03, а для 10 МВт х 0,07; для теплофикационных турбин х = 0,04-0,06; для турбин с противодавлением Х= 0,10-0,12, а иногда и больше. Это из-за того, что турбину приходится вращать в среде повышенной плотности, а не в вакууме.

Диаграмма режимов турбины с противодавлением связывает три параметра: расход, мощность и противодавление Р₂, например, диаграмма турбины Р-40-130/31 ТМЗ.

 

Более сложный вид имеет диаграмма режимов турбины с регулируемым отбором пара, связывающая также три параметра: расход свежего пара G, электрическую мощность Р_э и отбор G_т.

При построении диаграммы по оси абсцисс откладывают электрическую мощность Р_э, отмечая её максимальное Р_эмах и номинальное Р_э0 значения. По оси ординат откладывают расход свежего пара G, отмечая его максимально допустимое значение G_мах. Значения Р_э0, Р_эмах и G_мах определяются заданием на проектирование, условиями надежной работы (например предельно допустимым осевым усилием или прочностью рабочих лопаток) или возможностями другого оборудования (например, предельной мощностью электрического генератора). Таким образом, возможные режимы работы лежат в прямоугольнике, ограниченном осями координат и прямыми G = G_мах и Р_э = Р_эмах.

Для простоты рассмотрим турбину без регенеративных отборов. Построим характеристику ab работы турбины на конденсационном режиме (G= G_к, G_т=0) в предположении полностью открытых регулирующих клапанов ЧНД и максимально допустимого по условиям регулируемого отбора давления перед ЧНД. (Иными словами, расход пара в точке b – это режим с максимально возможным расходом пара через ЧНД при предельно допустимом давлении перед ЧНД. Таким образом, на конденсационном режиме максимальная мощность совпадает с номинальной).

Аналогично строят характеристику работы турбины в чисто теплофикационном режиме (режиме работы с противодавлением), когда G=G_т, а G_к=0 (линия e^/k^/). На практике такой режим недопустим, т.к. теплота, выделяющаяся в ЧНД за счет трения, должна отбираться протекающим паром. Поэтому даже при чисто теплофикационном режиме через ЧНД проходит небольшой (5-10 %) вентиляционный пропуск пара G_к.мin. Линия ek дает геометрическое место режимов минимального пропуска пара в конденсатор.

На диаграмму обычно наносят линии постоянного расхода пара в отбор (G_т =const). В первом приближении – это прямые линии, параллельные линии G_т=0, то есть линия ab. Например, для построения линии постоянного отбора G_т=25 кг/с следует на оси ординат найти точку А, соответствующую значению 25 кг/с провести горизонталь АВ до пересечения с линией G_к =0 и из точки В провести прямую ВС, отвечающую расходу в отбор G_т=25 кг/с.

Для нанесения на диаграмму линий постоянного расхода пара в ЧНД (G_к =const). Эти линии примерно параллельны линии G_к = 0, то есть линии e^/k^/. Например, для построения линии G_к = 37,5 кг/с необходимо провести горизонталь DE, отвечающую расходу 37,5 кг/с, а затем наклонную линию EF, параллельную линии ek. Это и будет линия G_к =37,5 кг/с.

Линия bf соответствует некоторому максимальному пропуску пара в ЧНД, получаемому при номинальном давлении регулируемого отбора между ЧВД и ЧНД. Перегрузку ЧНД можно осуществить увеличением давления перед ЧНД, если такие режимы допускаются заводом-изготовителем. Заштрихованный треугольник bcf изображает эту область перегрузки - нерегулируемую зону.

Область внутри фигуры aekgfba дает область возможных режимов работы турбины с регулируемым отбором пара. Пользуясь диаграммой, можно установить возможность работы турбины на тех или иных режимах и значения расходов свежего пара и отборов, а также мощность турбины.

На диаграммах обязательно указывают условия, к которым они относятся: начальные давления и температура, давление в отборе и конденсаторе. Иногда диаграмма снабжается специальными поправками для учета влияния отклонений условий работы от расчётных.

Диаграмма режимов работы турбины с двумя регулируемыми отборами пара должна связывать 4 величины: мощность, расход свежего пара, расходы в производственный и теплофикационный отборы.

 

 

 

 

№ 60