Вопрос № 10. Классификация паровых турбин: по назначению, конструктивному выполнению, принципу действия, принципу реализации частичных нагрузок, давлению.

Паровая или газовая турбина является двигателем, в котором теплота и давление рабочего тела последовательно преобразуются в кинетическую энергию, а затем – в механическую работу. При этом газ или пар направляется в сопло, где он разгоняется, а из сопла он попадает на лопатки турбины, где и производит работу. Сила действия струи на лопатку зависит от её скорости w, формы и расположения лопатки. При прочих равных условиях наибольшая сила воздействия на стенку возникает, когда применяют канал, где струя меняет своё направление.

Классификация:

1. По направлению движения рабочего тела:

- осевые (поток движется параллельно оси),

- радиально-осевые и радиальные, когда поток направлен от периферии к оси ротора (центростремительные турбины) или наоборот (центробежные машины).

Преимущественное распространение получили осевые турбины.

2. По назначению турбины бывают следующих типов:

К – конденсационные (весь отработанный пар направляется в конденсатор);

П – конденсационные с отбором пара для промышленного потребления;

Т – с отбором пара на теплофикацию;

ПТ – с двумя регулируемыми отборами пара (потребителю и на теплофикацию);

Р – с противодавлением на выходе из установки;

ПР – с производственным отбором и противодавлением;

ТР – теплофикационные с противодавлением.

3. По конструктивному выполнению турбины бывают:

одноступенчатые (малой мощности);

- многоступенчатые.

- стационарные;

- транспортные;

- с постоянным или переменным числом оборотов;

- одноцилиндровые;

- двухцилиндровые;

- многоцилиндровые;

- с дроссельным регулированием (редко);

- с сопловым парораспределением и регулирующими клапанами;

- с обводным распределением, когда свежий пар с пониженными параметрами полностью или частично подаётся на последующие ступени или даже во второй, третий цилиндры, минуя предыдущие (устарели).

4. По принципу действия:

- активные

- реактивные

5. По давлению:

- среднего,

- повышенного,

- высокого,

- сверхкритического давления

6. По принципу реализации частичных нагрузок:

- регулированием при помощи дросселирования свежего пара при впуске в турбину

- подводом свежего пара к одной или двум промежуточным ступеням (обводное распределение пара)

- изменением числа открытых для свежего пара сопл в регулирующей ступени турбины (сопловое распределение). При этом изменяется степень парциальности.

- комбинацией вышеперечисленных способов.

Вопрос № 11. Парогазовые установки. Основные типы пту. Количественные показатели термодинамических циклов пгу.

1. Парогазовые установки с котлами полного горения (ПГУПГ) создают, объединяя серийные газотурбинные агрегаты и паротурбинные установки. При работе в парогазовом режиме выхлопные газы газотурбинного агрегата 1 поступают к горелкам парового котла 2, куда подают также топливо с расходом G_т. Полученный в котле пар направляют в паровую турбину 4, имеющую систему регенеративного подогрева 5. Уходящие газы котла проходят через газоводяные теплообменники 6, где отдают теплоту конденсату и питательной воде.

1 – газотурбинный агрегат; 2 – паровой котёл; 3 – газовая горелка для сжигания дополнительного газа; 4 – паровая турбина; 5 – система регенеративного подогрева; 6 – газоводяные теплообменники; 7 – вентилятор; 8 – переключающая арматура газовоздухопроводов; 9 – выхлопная труба; К – компрессор; КС – камера сгорания;

ГТ – газовая турбина; Д – деаэратор; КД – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПН – питательный насос; ЭГ – электрогенератор.

При останове газотурбинного агрегата (ГТА) паротурбинная часть парогазовой установки может работать автономно по паротурбинному циклу.

Паровые котлы, входящие в состав парогазовых установок рассматриваемого типа, от серийных паровых котлов отличаются наличием газоводяных теплообменников, устанавливаемых вместо ненужных в парогазовом цикле воздухоподогревателей, и увеличенным сечением газового тракта горелок. В ряде случаев незначительно корректируется поверхность нагрева котла.

В составе парогазовых установок с котлами полного горения обычно используют серийные паровые турбины большой мощности с высокими или закритическими начальными параметрами и промежуточным перегревом пара. Основная особенность работы этих турбин в составе парогазовых установок — значительное снижение расхода конденсата и питательной воды через регенеративные подогреватели паровой турбины, что приводит к пропорциональному уменьшению регенеративных отборов пара. Направление значительной части конденсата и питательной воды помимо регенеративных подогревателей турбины в газоводяные теплообменники объясняется необходимостью снижения температуры уходящих газов котла до заданной величины.

Указанное уменьшение регенеративных отборов пара может вызвать значительное снижение мощности паровой турбины и связанное с этим ухудшение экономических показателей установки. Если же вытесненный пар регенеративных отборов направить в часть низкого давления турбины, можно получить дополнительную электрическую мощность. Вместе с тем пропуск дополнительного количества пара, как правило, ограничен прочностными характеристиками турбины. Поэтому номинальная мощность серийной паровой турбины при ее работе в составе парогазовой установки может быть получена либо при наличии значительных запасов прочности в конструкции этой турбины, либо после реконструкции проточной части турбины.

2. Парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами (ПГУВ). В тепловой схеме парогазовых установок этого типа паровой котел расположен в газовоздушном тракте газотурбинного агрегата между компрессором и газовой турбиной. Такой котел совмещает функции камеры сгорания газотурбинного агрегата и парогенерирующего устройства паротурбинной установки. Рабочие процессы в газовоздушном тракте этого котла протекают при повышенном избыточном давлении, что приводит к радикальным изменениям в его конструкции. Поэтому такие котлы называют высоконапорными парогенераторами.

1, 2 – высоконапорный парогенератор, совмещённый с камерой сгорания;

3 – подача топлива; 4 – паровая турбина; 5 – система регенеративного подогрева; 6 – газоводяные теплообменники;

К – компрессор; ГТ – газовая турбина; Д – деаэратор; КД – конденсатор;

КН – конденсатный насос; ПН – питательный насос; ЭГ – электрогенератор.

Сжатый в компрессоре 1 воздух поступает в топку высоконапорного парогенератора (ВПГ), в котором осуществляется сжигание всего топлива парогазовой установки и где расположены испарительные и перегревательные поверхности нагрева. Горение топлива и теплообмен в ВПГ происходят при давлении воздуха за компрессором ГТА, которое в современных установках составляет 1,0 — 2,0 МПа. Осуществление рабочих процессов в ВПГ при высоком давлении продуктов сгорания приводит к их интенсификации и значительному сокращению поверхностей нагрева.

После ВПГ продукты сгорания топлива поступают в газовую турбину. Через газовую турбину ПГУВ проходят продукты сгорания всего топлива парогазовой установки, что при прочих равных условиях обеспечивает повышенную мощность ГТА. После газовой турбины продукты сгорания топлива направляются в газоводяные теплообменники 6, где их температура понижается до требуемого уровня.

Серийные газотурбинные установки, как правило, не могут быть использованы в составе парогазовых установок с высоконапорными парогенераторами. В связи с увеличенным расходом продуктов сгорания топлива через газовую турбину для этих установок либо разрабатывают специальные газотурбинные агрегаты, либо реконструируют серийные.

3. Парогазовые установки с котлами-утилизаторами были созданы позже парогазовых установок других типов. Их реализации предшествовало освоение высокотемпературных газовых турбин и котельных труб с устройствами для интенсификации теплообмена. К настоящему времени этот тип парогазовых установок получил наибольшее распространение.

Принципиальное отличие парогазовых установок с котлами-утилизаторами от парогазовых установок с котлами полного горения заключается в том, что котлы-утилизаторы не рассчитаны на обеспечение автономной работы паротурбинной части установки при останове газотурбинного агрегата.

Выхлопные газы газотурбинного агрегата 1 поступают в котел-утилизатор 2. В секции высокого давления 3 этого котла вырабатывается пар для паровой турбины 5. Для более полной утилизации теплоты выхлопных газов ГТА котел-утилизатор имеет секцию низкого давления 4, в которой подогревается конденсат паровой турбины и вырабатывается пар низкого давления для паровой турбины и греющий пар для деаэратора. Автономная работа газотурбинного агрегата и пусковые режимы установки обеспечиваются с помощью выхлопной трубы 6 и отключающей арматуры 7.

В составе парогазовых установок с котлами-утилизаторами, как правило, используют несколько серийных газотурбинных установок. Чаще всего их бывает две, но бывает одна, три, четыре и даже пять. Доля мощности газотурбинных агрегатов в суммарной мощности современных парогазовых установок с котлами-утилизаторами достигает 70 %.

1 – газотурбинный агрегат; 2 – котёл-утилизатор; 3 – секция высокого давления; 4 – секция низкого давления; 5 – паровая турбина; 6 – выхлопная труба; 7 – переключающая арматура;

К – компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; Д – деаэратор; КД – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПНВ – питательный насос высокого давления; ПНВ – питательный насос низкого давления;

ЦН – циркуляционные насосы; ЭГ – электрогенератор.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ПГУ

Основные расчетные соотношения цикла ГТУ.

- Температура воздуха после компрессора:

- Температура газов на выходе из турбины:

- Степень повышения давления в компрессоре: ,

- Коэффициент полезного действия идеального цикла:

- Количество подведенной теплоты в цикле ГТУ:

- Количество отведенной теплоты:

- Полезная работа цикла:

где ε = (k-1)/k.

- Доля теплоты топлива газотурбинной установки δ. Этот показатель представляет собой отношение количества теплоты, выделенной при сжигании топлива в газотурбинной части установки, к общему количеству теплоты, выделенной в парогазовой установке.

- Степень бинарности цикла β. Степень бинарности показывает, какую часть в суммарном количестве теплоты, подведенной к рабочему телу нижнего цикла, составляет теплота, отведенная от рабочего тела верхнего цикла.

- Отношение электрической мощности теплофикационной установки к ее тепловой мощности у: