2.4. Выбор конструктивных решений при проектировании теплофикационных турбин

Особенностью проектирования низкопотенциальной части (НПЧ) теплофикационной турбины, включающей теплофикационный (ТО) (перед верхним отопительным отбором) и промежуточный или переключаемый (ПО) отсеки, а также ее часть низкого давления (ЧНД) является обоснование расчетного режима. В этой связи заслуживает внимания выполнение НПЧ по схеме с независимыми потоками пара предложенной белорусским специалистом Б.В. Яковлевым [18].

Такое выполнение НПЧ отличается более устойчивой (экономичной) ее работой во всем диапазоне режимов турбины и широко применяется в конструкциях мощных теплофикационных турбин, к сожалению, только зарубежных турбинных заводов. Распределение потоков пара между верхним и нижним отопительным отборами должно приниматься поровну, а суммарная их величина – с учетом обеспечения надежного охлаждения ЧНД (D_к^min). Эти условия обеспечивают постоянство расхода пара на турбину, в том числе и через ТО, чем достигается работа проточной части турбины на основных режимах с расчетными значениями КПД отсеков вплоть до верхнего отопительного отбора.

Курсовое проектирование предполагает развитие творческого подхода у студентов, поэтому всячески должно поощряться при проектировании турбин применение нестандартных решений. Например, нельзя признать нормальным большие пропуски пара на вентиляцию ЧНД мощной паровой турбины (Т-250), для которой D_к^min = 80…120 т/ч. Большие величины D_к^min для нее обусловлены развитой ЧНД (три ступени) при большой высоте последней рабочей лопатки (940 – 950 мм). Вместе с тем, применение специального охлаждения ЧНД позволяет снизить величину D_к^min для такой турбины до 20 т/ч и менее [19]. Заслуживает внимания схема охлаждения ЧНД БНТУ-ЛМЗ с прямоточно-противоточными потоками пара в ЧНД и струйным компрессором отсоса охлаждающего пара, основные технические решения по которой реализованы на турбине ПТ-60-130/22 (ст. № 3) Бобруйской ТЭЦ-2 и ряда других ТЭЦ белорусской энергосистемы [17].

Целесообразно рассмотреть также и возможность организации многоступенчатого (более двух ступеней) подогрева сетевой воды в теплофикационной установке. Такой подогрев может быть совмещен с регенеративным подогревом питательной воды турбоустановки. И он позволит повысить экономичность ее как за счет непосредственного увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении, так и сокращения потерь с выходной скоростью в камерах отборов, присущих традиционным двухступенчатым схемам с камерами отопительных отборов.

Подходы к проектированию НПЧ, изложенные в данном разделе, предполагают многовариантные расчеты с использованием современной вычислительной техники на основе новейших методик [20].

2.5. Выбор числа ступеней части низкого давления турбины

Особого внимания заслуживает проектирование части низкого давления (ЧНД) турбины. Такой выбор определяется типом проектируемой турбины и условиями ее работы. Последнее включает в себя такие понятия, как выбор расчетного давления в конденсаторе (Р_кр), сопротивления ЧНД на расчетном режиме или состояния пара перед его первой ступенью (,()), а также величины расчетного расхода пара в конденсатор (D_кр) или, что одно и то же, через последнюю ее ступень.

Расчетная величина конечного давления пара (Р_кр) или давление в конденсаторе в общем случае влияет на экономичность турбоустановки, определяет геометрию последней ступени, а также характеристики конденсационной установки. Величина давления должна выбираться путем технико-экономической оптимизации. В рамках курсового проекта, если величина Р_кр не оговорена в задании на проектирование, расчетное давление в конденсаторе студент должен принимать опираясь на опыт турбинных заводов (см. табл. 1.4) [7, 8]. Выработка студентами навыка эффективной работы с технической литературой – важнейший момент в их подготовке, которому необходимо уделять должное внимание.

Основу экономического уровня ЧНД в значительной степени определяет последняя ступень, так как ее влияние на характеристики этой части турбины является определяющим. Поэтому выбору числа ступеней ЧНД должно предшествовать обоснование характеристик последней ступени турбины. Ее расчетным режимом является режим с D_кр и Р_кр при условии осевого выхода потока из нее (a₂ = 90). Кроме этого, для нее следует определять и такие важные характеристики, как значения степени реактивности в корневом, среднем и периферийном сечениях. Корневая степень реактивности принимается на уровне 30 – 40 %, что необходимо для обеспечения устойчивой работы ступени при ее разгрузке. При выборе закона закрутки для последней ступени следует ориентироваться на применение “обратной закрутки” с одновременным обеспечением постоянства расходной составляющей скорости потока за ступенью вдоль ее радиуса [8]. Такой закон закрутки ступени обеспечит довольно высокий уровень экономичности на расчетном режиме и удовлетворительную работу ее на частичных нагрузках за счет уменьшения величины зоны корневого отрыва. Параметр веерности для этой ступени (q = d₂/l₂) должен выбираться из условия q ³ 2,5 для уменьшения “веерных” потерь в ней. При этом следует иметь в виду, что если удастся выполнить ступень с q ³ 3,0, то прирост КПД ступени от снижения ‘’веерных” потерь составит не менее 3%. Величина расчетного теплового перепада на последнюю ступень определится с учетом приведенных выше соображений. Интересен опыт проектирования последней ступени и ЧНД мощных паровых турбин японскими фирмами Tоshiba и Mitzubisi, а также некоторых европейских – Siemens [9].

Решив вопрос обоснования характеристик последней ступени, можно приступать к обоснованию характеристик остальных ступеней ЧНД. При выборе числа ступеней ЧНД следует пользоваться приведенной выше методикой (2.3), а также опытом турбинных заводов (см. прил. 2 – 4). Выбор начальных параметров пара перед ЧНД или его сопротивления определит экономичность его работы и турбины в целом, а также число ступеней ЧНД и их геометрию. При таком выборе целесообразно изучить опыт турбинных заводов, который обобщен в источниках [7- 9].