Тема 10. Диаграммы режимов теплофикационных турбин

Диаграмма режимов в графической форме выражает зависимость между расходами пара, электрической мощностью , тепловой нагрузкой турбоагрегата и другими параметрами, определяющими режим работы турбины и ее экономичность.

Количество параметров, определяющих тепловую экономичность теплофикационного агрегата, довольно велико. Кроме расхода пара и тепловой нагрузки и электрической мощности, ими являются: давление в регулируемых отборах, расход сетевой воды, температура прямой и обратной воды, недогрев воды в СП, давление в конденсаторе, начальные температура и давление пара и т.д.

Q = f ( t_о , P_о , D_о ,D_пп, t_пп, P_к , P_т ,N, Q_т , t_пр , t_ос ).

Учитывая, что влияние отдельных параметров не очень велико, при построении диаграмм режимов к ней дополнительно прикладывают несколько отдельных графиков в виде поправок. В результате количество взаимосвязанных величин, рассматриваемых в диаграмме режимов, существенно сокращается и тогда Q_о= f ( N_э, Q_т,P_т,D_к) При этом начальные параметры t_о, P_офиксируются.

Диаграмма режимов строится для конкретных температурного графика теплосети, расхода сетевой воды и D_к. В этом случае Q_ти P_тт.е. тепловая нагрузка и давление в регулируемом отборе связаны между собой через G_cв , t_при t_оси Q_т.

Без искажений можно на плоскости диаграммы представить только функционал имеющий не более трех членов. Поэтому при представлении диаграммы часть действительных зависимостей между параметрами может быть заменена на приближенные зависимости.

Для построения диаграммы режимов всю турбину условно делят на предотборную часть и послеотборную. В этом случае часть низкого давления рассматривается как конденсационная турбина с фиксированным расходом пара в конденсатор и заданным Р_к. (Иногда расход пара в конденсатор рассчитывают для каждого уровня давления в регулируемом отборе перед диафрагмой, в соответствии с расходной характеристикой диафрагмы, но такие расчеты более сложны и, как правило, менее точны, так как погрешность определения расхода пара в конденсатор достаточно велика).

Диаграмма режимов с одним регулируемым отбором.

В первой части курса мы рассматривали режимную паровую характеристику конденсационной турбины в виде наклонной прямой линии с изломом в точке экономического режима. Тангенс угла наклона этой прямолинейной характеристики обозначался через «r» и назывался относительным приростом. Более точно при сопловом парораспределении эта характеристика слегка волнообразна, но мы ее приближенно спрямляли.

Теперь мы рассмотрим также условно спрямленную паровую характеристику (диаграмму режимов) теплофикационной турбины.

Начнем с простейшего случая – турбины с одним регулируемым отбором пара.

Диаграмма режимов в этом случае должна давать взаимосвязь трех величин: расхода пара в «голову» турбины D, электрической мощности N и расхода пара в регулируемый отбор D_n.

Начнем с теоретического метода ее построения.

На рис.10.1 показана построенная по теоретическим зависимостям спрямленно линейная диаграмма режимов такой турбины без регенерации.

Рис.1.10. Диаграмма с одним регулируемым отбором.

Сетка наклонных прямых линий с постоянным расходом пара в отбор D_П = const выражается зависимостью

(1)

где – расход пара при холостом ходе турбины в конденсационном режиме приD_n = 0, равный ;

D_н – номинальный (максимальный) расход пара в «голову» турбины в режиме работы с отбором пара;

– расход пара на холостой ход турбины в конденсационном режиме;

–относительный прирост расхода пара в «голову» турбины в режимах работы с постоянным отбором D_n = const;

– «коэффициент недовыработки» энергии паром отбора, введенный в учебные курсы «Тепловые электрические станции» профессором Л.И.Керцелли, выражающийся формулой

(2)

Расход пара при номинальной мощности в конденсационном режиме определяется формулой

(3)

.

Одной из характеристик теплофикационных турбин является величина номинального отбора пара D_ПН. Этой величине соответствует расход пара в «голову» турбины при номинальной мощности и номинальном отборе:

(4)

Номинальному (максимально возможному) расходу пара в «голову» теплофикационной турбины соответствует верхняя горизонтальная граница диаграммы режимов.

Наклонной нижней границей диаграммы режимов является конденсационный режим работы при D_П = 0.

Правой вертикальной границей диаграммы режимов является номинальная (максимально-длительная) электрическая мощность турбоагрегата N_н.

Левой наклонной пунктирной границей диаграммы режимов является режим работы с противодавлением при нулевом расходе через ЧНД и .

Однако работать с нулевым пропуском пара через ЧНД в конденсатор не разрешается по причине повышения температуры выхлопного патрубка турбины и лопаток последней ступени. Поэтому реальной левой наклонной границей диаграммы режимов является линия , изображенной на рис.10.1 в виде сплошной линии, параллельной пунктирной линии.

Параллельно этой круто-наклонной границы на диаграмме режимов проходит пучок наклонных параллельных линий постоянных пропусков пара в конденсатор D_к = const, выражающихся формулой

, (5)

где – расход пара на холостой ход турбины в режиме с противодавлением;

–относительный прирост расхода пара на турбину в режиме с постоянным пропуском пара в конденсатор D_k = const.

Величины иуказаны на рис.10.1.

Используя формулы (1) – (5), можно таким путем построить теоретическую диаграмму режимов турбины с одним регулируемым отбором пара^).

По аналогии с этой теоретической (спрямленной) диаграммой режимов, на реальной диаграмме режимов учитывается потери от дросселирования в регулирующих органах на впуске пара в голову турбины и от дросселирования пара в входе в ЦСД (ЦНД) при регулировании параметров отбора.

Здесь дополнительно показана линия максимального расхода пара через ЧНД в конденсатор . На этой линии при, т.е при максимальном расходе пара в «голову» турбины обеспечивается электрическая мощность– максимально-кратковременная мощность турбины. Эта мощность именуется «кратковременной» или перегрузочной, поскольку работа турбоагрегата при такой электрической нагрузке допускается лишь в течении ограниченного времени.

Заштрихованная на диаграмме режимов зона (треугольник «bcf») представляет собой область перегрузки (зона нерегулируемого давления пара в отборе) или иначе – зона повышенного давления регулируемого отбора.

На диаграмме режимов (рис.22) показана также точка экономической мощности турбины N_э при экономическом отборе пара D_mэ. Этой точке на диаграмме режимов соответствует режим наиболее экономичной работы турбины (расчетный режим завода).

Дополнительно на рис.22 показан графический способ определения составных частей электрической мощности турбины N_чвд и N_чнд, а также мощности N_к – потока пара, работающего во всей проточной части турбины от начала ЦВД до выхлопа в конденсатор, и N_m – мощности, создаваемой в турбине потоком пара, уходящим в отбор.На диаграмме режимов имеется еще точка «предельного отбора» – максимально возможного отбора пара из турбины при пониженной электрической мощности, находящейся на пересечении графиков и.

Номинальная мощность турбины N_н и ее максимальная по паспорту мощность N_м у ряда агрегатов взаимно совпадают.