Многоступенчатые паровые турбины. Процесс работы пара и потери энергии в многоступенчатой паровой турбине

Многоступенча­тая конструкция паровой турбины позволяет срабатывать в каждой ступени небольшую часть общего теплоперепада турбины при одно­временном обеспечении высокого КПД ступеней и турбины в целом и ее механической прочности. Совокупность решеток последо­вательно установленных ступеней на­зывается проточной частью турбины. Кинетическая энергия паpa c₂²/2, с которой пар покидает ступень, не вырабатывает энергии в рассматриваемой ступени, но может быть использована в значительной степени в последующей ступени. В этом случае потери с выходной скоростью будут только в тех ступенях, в которых выходная скорость не используется. В частности, это относится к последней ступени, теплоперепад которой при многоступенчатой кон­струкции составляет лишь неболь­шую часть общего теплоперепада турбины. Регенера­тивный подогрев питательной воды приводит к увеличению термического КПД цикла и соответственно абсо­лютного электрического КПД турбоустановки. Анализ регенеративного цикла Ренкина показывает, что экономически целесообразно вести подогрев питательное воды не в од­ном подогревателе с использованием пара высоких параметров, а в не­скольких последовательно включен­ных подогревателях, подбирая грею­щий пар в соответствии с достиг­нутой температурой питательной воды. Чем более низких параметров пар будет взят из турбины, тем большую работу в ней он произ­ведет, не потеряв при этом свою теплоту конденсации. Многоступен­чатая конструкция позволяет орга­низовать такие последовательные отборы пара на регенеративные подогреватели, турбины питательных насосов и воздуходувок котла, де­аэраторы, внешним потребителям теплоты и т.д. Недостатками многоступенчатой паровой турбины являются: дорогая себестоимость, более сложная конструкция, требует грамотного персонала для их изготовления, монтажа, наладки и эксплуатации.

Системы парораспределения

Организацию подачи в турбину называют системой парораспределения или просто парораспределением. Дроссельным парораспределением называют парораспределение, в котором весь пар, поступающий к турбине, подвергается дросселированию. Схема дроссельного парораспределение показано на рисунке 3. 1 причем показан единственный дроссельный регулирующий клапан, однако число одновременно открывающихся клапанов может быть любым. Если дроссельный клапан полностью открыт, то давление p'0 за клапаном незначительно отличается от давления p0 перед клапаном. Если регулирующий клапан перекрыт, то дросселирование в нем возрастает. При дроссельном парораспределении вследствие процесса дросселирования определенная часть работоспособности пара теряется. Потери энергии из-за дросселирования зависят в основном от двух факторов: пропуска пар через клапан и отношения давлений pk/po. С уменьшением расхода потери растут, так как степень дросселирования увеличивается. Поэтому применение дроссельного парораспределения в турбинах с противодавлением, где теплоперепады малы, приводит к очень большим потерям при частичных нагрузках.Рис. 3.1. Схема дроссельного парораспреде­ления (а) и процессы расширения пара в турбине при различных степенях открытия дроссельного клапана (б): / — дроссельный регулирующий клапан; 2 — сопла первой ступени. Сопловым парораспределением называют такое парораспределение, при котором увеличение расхода пара через турбину достигается последовательным открытием регулирующих клапанов. Схема соплового парораспределения показана на рис. 3.2. Каждый из регулирующих клапанов подводит пар к своей группе сопл первой ступени. Для увеличения расхода пара через турбину сначала постепенно открывают первый клапан, в котором происходит дроселирование пара так же, как и при дроссельном парораспределении. После полного открытия первого клапана (при этом давление до и после почти выравниваются) начинают открывать второй клапан, при этом дросселированию подвергается только та часть потока пара, которая проходит через этот клапан. Далее открывается третий клапан и т.д. Преимущества: при частичных нагрузках, когда не все регулирующие клапаны открыты, дросселируется только часть пара. Чем больше регулирующих клапанов в турбине с сопловым парораспределением, тем выше КПД турбины при частичных нагрузках. Рис. 3.2. Схема соплового парораспределения: 1, 2. 3 — регулирующие клапаны соответственно № 1, 2 и 3; 4— группы сопл. Недостатки: при сопловом парораспределении турбина обязательно имеет регулирующую ступень – первую ступень, которая работает с переменой парциальностью, зависящей от расхода пара через турбину. Парциальный подвод пара приводит к переменности силы, действующей на робочие лопатки, что снижает надежность их работы. Экономичность турбины с таким парораспределением ниже, чем при дроссельном. Когда возникает необходимость систематически получать от турбины максимальную мощность при сниженных начальных параметрах или повышенном противодавлении применяют обводное парораспределение рис 3.3. Обводное парораспределение с внешним обводом. Номинальная нагрузка турбины обеспечивается открытием основных клапанов ( обводной клапан при этом закрыт). Таким образом, вплоть до номинальной мощности работа парораспределения ничем не отличается от работы рассмотренных выше систем. Для перегрузки турбины открывают обводной клапан, который дополнительно подает свежий пар не в первую, а в какую-либо из последующих ступеней. В этом случае давление пара за группой обведенных ступеней возрастает, поэтому возрастает расход пара через последующие ступени и увеличивается вырабатываемая ими мощность. Мощность обведенных ступеней, конечно, при этом уменьшается из-за возросшего противодавления, но суммарная мощность турбины возрастает. Рис. 3.3. Схемы обводного парораспределе­ния с внешним {а) и внутренним (б) обводом. Обводное парораспределение с внутреннем обводом. При режиме перегрузки открывается обводной клапан и пар обходит ряд ступеней, поступая к ступеням с большим проходным сечением. Термодинамическое отличие парораспределения с внутренним подводом от парораспределения с внешним подводом стоит только в том, что для обвода используется не свежий, а в о пределенной степени отработавший пар. Через обводной клапан никогда не пропускают весь пар полностью, так как при этом не будет расхода пара через обводимую группу ступеней и произойдет ее опасной разогрев. В последнее время все более широкое распространение получают регулирование мощности турбин, а точнее, блоков котел - турбина с помощью котла. Такой способ регулирования получил название регулирование скользящим давлением. При этом способе клапана турбины остаются полностью открытыми, а мощность турбины регулируется изменением давления пара и производительности котла.