46. Характеристики многоступенчатой турбины (характеристика Парсонса)

Для сравнения различных типов турбин является желательным установление коэффициента, позволяющего, не вдаваясь в отдельные детали конструкции и не производя детального расчета турбин, оценить хотя бы приближенно качество машины и сопоставить ее с другими известными турбинами.

При изучении одноступенчатых турбин указывались, что величины изависят от отношенияu/C₁=x. Это отношение можно назвать также характеристикой и многоступенчатой турбины. Однако в многоступенчатых турбинах зависимостьиот скоростей много сложнее. Парсонсу удалось однако подметить, что при одинаковых скоростных коэффициентов φ и ψ две турбины одинаковой мощности с разным числом ступеней и разными числами оборотов будут иметь одинаковых к.п.д., если они имеют одинаковую величину отношения

Распределение перепада тепла между отдельными ступенями при этом на к.п.д. не влияет.

Вывод формулы Парсонса

Адиабатический перепад ступени без использования входной скоростей

Означить, отношение u/C₁ =x_uможно записать

, Дж/кг

Пусть многоступенчатая турбина имеет z₁ступеней, имеющих окружную скоростьu₁;z₂ступеней, имеющих окружную скоростьu₂и т.д. и отношениеx_u=u/C₁ одинаково для всех ступеней.

Тогда теплоперепад, приходящийся на первое z₁ступеней, имеющих окружную скоростьu₁составит

Для вторых z₂ступеней, имеющих окружную скоростьu₂получим

- откуда

где и- суммарный перепад тепла вz₁иz₂ступенях

Т.о. для всей турбины имеем

Обозначим через

и через- суммарный располагаемый теплоперепад для всей турбины.

Откуда характеристика турбины

или

т.е. характеристика Парсонса упропорциональна.

Т.к. к.п.д. каждой ступени зависит, т.о., от величины х_а, а последняя равна

или

Т.о. характеристика Парсонса является величиной дающей понятие о к.п.д турбины и о наивыгоднейшем силе ступеней турбины.

На графике, например, дана зависимость эффективного к.п.д. конденсационных турбин различных конструкций от величины у

Кривая показывает, что при малом числе ступеней, незначительное увеличение х_авызывает заметное увеличение к.п.д. турбины.

Следовательно, незначительное увеличение числа ступеней, числа оборотов или увеличение диаметров в зоне малых у и х_адает значительный экономический эффект. Наоборот, в области больших х_акривая идет полого, поэтому значительному увеличению х_асоответствует ничтожное приращение к.п.д.

47. Работа турбины на переменных турбинах

Эксплуатационные режимы паровой турбины должны подчиняться ряду требований, связанных с условиями работы приводимой машины. Так, например, если турбина приводит в движение генератор переменного тока, то частота этого тока должна сохраняться постоянной, а следовательно скорость вращения турбины не должна меняться, несмотря на изменения нагрузки.

На рисунке в зависимости от скорости вращения построены линии изменения момента М_т, создаваемого в турбине потоком пара. Каждая из этих линий отвечает постоянному пропуску пара. С увеличением расхода пара линия М_трасполагается выше и протекает круче.

На этом же рисунке кривые М_гизображают моменты на валу генератора при различной нагрузке.

При мощности N₁ момент генератора М_г1 = М_т1моменту турбины, что соответствует точке А. Если в результате отключения потребителя генератор перейдет на характеристику, изображаемую линией М_г2, а расход пара через турбину не изменится, то новое равновесие между турбиной и генератором будет достигнуто в точке В. В этом случае турбина и связанный с ней генератор могут переходить от обычного устойчивого режима работы к другому без какого-либо автоматического воздействия на эти агрегаты. Такая способность перехода к новому устойчивому режиму называется свойством саморегулирования, которое определяется тем, что при повышении скорости вращения момент турбины уменьшается, в то время как момент, обусловленный нагрузкой генератора, растет.

Возникающие в процессе саморегулирования изменения скорости вращения турбины очень велики и недопустимы, так как при этом в широких пределах изменяется частота электрического тока и экономичность турбины.

Для того, чтобы число оборотов турбогенератора оставалось постоянным или почти постоянным, необходимо в случаях изменения нагрузки генератора изменять также пропуск пара через турбину.

Так, например, при переходе генератора с характеристики М_г1на характеристику М_г2необходимо одновременно, изменив расход пара через турбину, перейти на ее характеристику М_т2. Тогда новое положение равновесия будет достигнуто в точке С при числе оборотов, которое лишь незначительно отличается от числа оборотов турбины в точке А.

Для перехода с одной мощности на другую необходимы специальные органы, уменьшающие или увеличивающие расход пара через турбину, т.к. мощность турбины определяется уравнением

N₂=GH_a η_е

Изменение расхода пара через турбину достигается парораспределением, которое может быть выполнено по одному из следующих способов:

1. Если все количество пара, подводимого к турбине, регулируется одним или несколькими клапанами, после которых пар направляется к общей сопловой группе, то такая система называется дроссельным парораспределением.

2. Если пар протекает через несколько регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к самостоятельному сопловому сегменту, причем открытие клапанов производится последовательно, то парораспределение называется сопловым.

3. Если после открытия полного подвода пара к сопловой решетке первой ступени для дальнейшего увеличения пропуска пара он начинает подводиться к одной из промежуточных ступеней, в обход первой или нескольких первых ступеней, то система называется системой обводного парораспределения.

4. Иногда применяют комбинированное парораспределение, при котором вначале пар через несколько сопловых групп подводится к регулирующей ступени, а для увеличения нагрузки до максимальной устанавливаются обводные клапаны, подводящие пар к одной из последующих ступеней.

5. Наконец, в турбинах, главным образом, рассчитанных на высокое давление и высокую начальную температуру, а также в судовых турбинах иногда применяют внутренний обвод, при котором пар из камеры регулирующей ступени через обводной клапан подается в обход нескольких первых нерегулируемых ступеней. Одновременно с открытием внутреннего обводного клапана открывается так же дополнительная сопловая группа, через которую подводится парк регулирующей ступени. При этом, нарчиная с момента открытия обводного клапана, давление и температура в камере регулирующей ступени сохраняются приблизительно постоянными.