книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

нижении количества отбираемого пара и увеличении за счет этого коли­ чества пара, поступающего в конденсатор.

В качестве примера конструктивного выполнения на рис. 31-14 по­

казана трехцилиндровая паровая турбина К-200-130 Ленинградского ме­ таллического завода со снятой верхней частью.

Номинальная мощность турбины 200, максимальная 210 Мет. Ско­

давлении 2,5—2,1 Мн/м2 направляется в промежуточный параперегре­ ватель и по выходе из него, при температуре 565°С, поступает в ЦСД. После ЦСД пар при давлении несколько большем атмосферного, по па­ ропроводам направляется в цилиндр низкого давления. В ЦВД име­ ется одна регулирующая ступень и 11 активных ступеней давления; в ЦСД имеются 11 активных ступеней давления. В ЦНД, выполненном двухпоточным, в каждой половине установлено по четыре ступени дав­ ления с двухъярусной предпоследней лопаткой. После ЦНД пар двумя потоками направляется в конденсаторы. Давление пара в конденсаторах 0,0035 Мн/м2. Для регенеративного подогрева питательной воды (до 230°С) используется пар, забираемый из семи нерегулируемых отборов. Роторы ЦВД и ЦСД соединены жесткой муфтой; роторы ЦСД и ЦНД а также ЦНД и электрического генератора соединены полугибкими муфтами. Расход тепла на выработку одного Мдж электрической энер­ гии у этой турбины составляет ~2,33 Мдж.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРОВЫХ ТУРБИН

В практических условиях турбины работают при переменных на­ грузках. Если режим работы потребителей изменяется, то нарушается равенство между потребляемой и вырабатываемой мощностями и в ре­ зультате избыточной или недостающей мощности начинает изменяться скорость вращения вала турбины. Изменение скорости вращения у боль­ шинства машин— орудий, особенно у электрических генераторов, недо­ пустимо. Поэтому турбины снабжают регуляторами, которые автомати­ чески сохраняют заданную скорость вращения вала, изменяя количест­ во и качество пара, подводимогок турбине.

Для создания импульсов, влияющих на изменение хода турбины, применяют скоростные центробежные регуляторы различных типов.

В связи с тем, что усилия, создаваемые самим скоростным регуля­ тором, недостаточны для приведения в действие парораспределительных устройств турбины, приходится прибегать к регуляторам с усилителями

(сервомоторами).

Ниже рассматривается принцип работы простейшей схемы регули­ рования (см. рис. 31-15) с сервомотором, действующим на парозапорный клапан турбины и осуществляющим регулирование дросселированием пара. Поэтому эта система носит название дроссельного регулиро­

вания.

Валу 10 регулятора при помощи конической зубчатой или червяч­ ной передачи 9 сообщается вращение от главного вала турбины 7. Если, например, число оборотов турбины увеличивается, то под действием центробежных сил грузы 2 расходятся и поднимают муфту 1 регулятора, а вместе с ней и точку В рычага АБВГД. Поршни золотника 4, соеди­ ненные с рычагом АД в точке Г, также начинают перемещаться вверх. Пространство в середине золотника между его поршнями соединяется с верхней полостью усилителя 5 и в нее начинает поступать масло, на­ качиваемое насосом //из бака 8. Одновременно полость усилителя 5 под его поршнем соединяется золотником 4 со сливной трубой. Под дав­ лением масла поршень усилителя-начинает опускаться вместе с соеди­

357

гулирования ВТИ—ЛМЗ. К валу турбины присоединены два масляных насо.са 1 и 2. Насос 1 является импульсным и масло от него подводится к измерителю давления 3. Подача насоса 1 используется в инжекторе 5, забирающем масло из бака 7 и создающем подпор для увеличения про­ изводительности насоса и ускорения действия системы. При изменении числа оборотов турбины, а следовательно, и напора масла, создаваемо­ го насосом 1Упоршень измерителя 3 перемещается и при помощи рыча­ га АБС приводит в действие золотник 4 и усилитель 5, управляющий по­ ложением паровпускного клапана. Насосом 2 масло подают к золотни­ ку и усилителю, а кроме того, он совместно с инжектором 6 использует­ ся для подачи масла к подшипникам.

С тем чтобы отказаться от применения в системах регулирования паровых турбин масла, опасного в пожарном отношении, в СССР раз­ работаны системы регулирования с применением вместо масла негорю­ чей жидкости (Иввиоль—ВТИ) и воды (водяная система). В настоящее время эти системы успешно применены в качестве опытных у ряда тур­ богенераторов (ХТЗ, НЗЛ).

У турбин с отбором пара система регулирования усложняется в свя­ зи с необходимостью поддержания постоянства давления в отборе.

Очень часто паровые турбогенераторы работают параллельно и пе­ редают мощность в одну электрическую сеть.

Кроме регуляторов, автоматически восстанавливающих число обо­ ротов при изменении режима, на каждой турбине в обязательном поряд­ ке устанавливают предохранительный выключатель, который автомати­ чески прекращает доступ пара в турбину при повышении числа ее обо­

ротов против нормального более чем на 10—12%. Такое увеличение числа оборотов, могущее возникнуть при неисправности системы регу­ лирования, опасно для турбины, так как при этом возникают чрез­ мерные центробежные силы, которые могут привести к механическому разрушению ротора турбины —к его «разносу». Предохранительный выключатель обычно представляет собой подвижный груз 2, эксцент­ рически вставленный в вал 1 турбины (рис. 31-19).

Центр тяжести подвижного груза находится на расстоянии у от центра вращения вала, этот груз удерживается в своем положении

361

в верхнюю часть камеры 10, откуда через патрубок 13 удаляется. Труб­ ки 5завальцовываются в трубных досках 4 и 8.

Во избежание просасывания воды в некоторых современных конст­ рукциях конденсаторов трубные доски выполняют со специальным гер-

Рис. 31-20. Схематическое изображение поверхностного конденсатора

метизирующим покрытием или же их выполняют двойными с заполне­ нием пространства между ними конденсатом из специального напорного бачка. Воздух из конденсатора отсасывается через патрубки 11. Конден­ сат пара откачивается через патрубок 6. Для чистки трубок на торцовых крышках конденсатора предусмотрены люки 2 и 12. Изображенный кон­ денсатор по характеру движения воды называют двухходовым. В этих конденсаторах может быть получен глубокий вакуум, достигающий у

современных турбин 0,004—0,003 Мн/м2.

Из конденсаторов приходится непрерывно откачивать через особые патрубки воздух, а частично вместе с.ним и водяные пары. Это объясня­ ется тем, что в отработавшем паре содержится незначительное количе­ ство газов, а через неплотности в конденсатор просасывается небольшое

количество воздуха.

В поверхностных конденсаторах современных крупных паровых турбин для отсасывания воздуха применяют паровые эжекторы, рабо­ тающие на паре давлением до 1,2 Мн/м2 (на крупных турбинах до 0,7 Мн/м2), или водоструйные. У блочных установок при отсутствии спе­ циального источника пара применяют водоструйные пусковые^эжекто­ ры для прогрева и пуска турбины одновременно с растопкой котла.

Для получения глубокого вакуума паровые эжекторные установки выполняют двухступенчатыми, а для турбин мощностью 50 Мет и боль­ ше— трехступенчатыми. Схематически трехступенчатый паровой эжек­ тор представлен на рис. 31-21. Давление паро-воздушной смеси повы­ шается от атмосферного последовательно в трех установленных одна за другой ступенях эжектора.

Паро-воздушная смесь из конденсатора подводится к эжекторной установке через патрубок 1. В первой ступени эжекторной установки паро-воздушная смесь при помощи сопла 2 и диффузора 16 частично сжимается и направляется к охлаждающей поверхности 15, образуемой 11-образными трубами. Внутри труб проходит конденсат из конденса­ тора, поступающий через патрубок 14. Из первой части эжекторной установки паро-воздушная смесь по каналу 3 переходит во вторую ее часть, где при помощи сопла 4 и диффузора 9 давление смеси еще бо­

363

Для уменьшения объема паро-воздушной смеси, отсасываемой из. поверхностного конденсатора, ее предварительно охлаждают, пропуская между трубами специальной поверхности, где конденсируются водяные, пары, содержащиеся в смеси.

КОЭФФИЦИЕНТЫПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Работу паровых турбин оценивают по двум факторам:

а) по экономичности, характеризуемой долей тепла, пре­ вращаемого в механическую работу, от всего подведенного к турбине тепла, заключенного в паре. Коэффициенты полезного действия, харак­ теризующие экономичность турбины, называют абсолютными;

б) по степени совершенства турбины, определяемой сравнением ее с идеальным двигателем. Коэффициенты полезного дейст­ вия, характеризующие совершенство машины, называют относитель- и ы м и.

Как было указано выше, идеальный процесс расширения пара во всей турбине на диаграмме 5—I отображается изоэнтропой А0й0 (см. рис. 31-4). Количество тепла, превращенное в механическую рабо­ ту в этом процессе, равно разности энтальпий в начале и в конце изоэнтропиого расширения пара

Н0 = 10 — гк<а кдж(кг,

где Н0— изоэнтропное теплопадение, кдж/кг; 10—энтальпия пара при начальных параметрах, кдж[кг;

/к<а—энтальпия пара при конечных параметрах и изоэнтропном рас­ ширении пара, кдж/кг.

Действительный процесс расширения пара на диаграмме отобра­

жается условной политропой АВСй и разность энтальпий *0—*к будет характеризовать количество тепла, превращенное в механическую рабо­

щенную в полезную работу внутри турбины, от того количества тепла, которое могло бы быть превращено в полезную работу в идеальной тур­ бине, и характеризует потери тепла внутри турбины.

Мощность, развиваемая на полумуфте турбины, будет меньше, чем внутри цилиндра, из-за механических потерь (на трение в подшипни­ ках и др.), а также вследствие расходования энергии на привод вспомо­ гательных механизмов, непосредственно присоединенных к турбине (на­ пример, масляных насосов и др.). Мощность, развиваемую на полумуф-

те турбины, называют эффективной.

Отношение эффективной мощности к развиваемой внутри цилиндра

Значения механического к.п.д. паровых турбин находятся в преде­ лах 0,97—0,99.

Относительный эффективный к.п.д. турбины характеризует долю

365

тепла, превращенную в механическую ‘работу на полумуфте турбины, от всего располагаемого теплопадения:

Если паровая турбина непосредственно присоединена к электриче­ скому генератору, то электрическая мощность будет меньше эффектив­ ной вследствие потерь в генераторе, которые оцениваются к.п.д. гене­

ратора Т)г.

Коэффициент полезного действия электрического генератора в за­ висимости от мощности составляет 0,97—-0,995. Относительный электри­ ческий к.п.д. турбогенератора будет равен

Аналогичным образом можно вывести формулы применительно к эффективной и внутренней мощности турбины, пользуясь соответствен­ но К.П.Д. Т)0в и Т)01*.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Связь между расходом пара и мощностью для чисто конденсацион­ ной турбины выражается уравнением

где М"е/с—массовый расход пара при номинальной мощности, ке!сек\

Мн —номинальная электрическая мощность турбогенератора, квт\ %.ш— относительный электрический к.п.д. турбогенератора; Н0 — изоэнтропийное теплопадение, кдж/кг.

Из формулы следует, что

откуда можно определить удельный расход пара при номинальной на­ грузке

В практических условиях обычно требуется знать часовой расход пара

м; = 3600Мсек = 3600~ " кг/ч. Н0 Т]0.э

Паровые турбины часто работают при мощности N. отличающейся от номинальной. В этом случае расход пара определяют по формуле

или

Мч = 3600Мсек кг/ч,

366