Регулювання і маслопостачання парових турбін задачі регулювання парових турбін

Механічна робота обертання валу турбіни перетворюється в електричну енергію в генераторі і від його затискачів передається споживачу. Таким чином, зміна навантаження на затискачах генератора повинно відповідати певній зміні механічної роботи на валу турбіни.

В випадку, коли вал турбіни з’єднаний з машиною або механізмом, безпосередньо, яка споживає механічну роботу (насос, компресор, повітродувка, гребний гвинт і т.д.), зміна навантаження цієї машини також повинно відповідати зміні роботи на валу турбіни.

Турбіна повинна стійко працювати на всьому діапазоні зміни навантажень від нуля (холостого ходу) до номінальної потужності. Так, як між будь-якою потужністю на валу турбіни і витратою пари встановлюється визначене співвідношення, та зміна навантаження на валу повинно викликати відповідну зміну витрату робочого тіла через турбіну.

При встановленому навантаженні турбіни між витратою і обертовим моментом на валу підтримується постійне співвідношення. При зміні навантаження виникає невідповідність між навантаженням і обертовим моментом, який здійснюється робочим тілом на валу турбіни, що приводить до зміни числа обертів ротора. Число обертів турбіни буде змінюватися до тих пір, доки не прийдуть в дію органи регулювання, які змінюють витрату робочого тіла через турбіну, і доки не встановиться потрібна відповідність навантаження і обертового моменту.

Загальний вигляд рівняння моментів для роторів турбоагрегату можна написати в такому вигляді:

, Нм (1)

де - обертовий момент на муфті турбіни, Нм;

- корисний реактивний момент на затискачах генератора, Нм;

- моменти інерції роторів турбіни і генератора, Нмсек²;

- кутове прискорення роторів (- нескінченно малий приріст кутової швидкості), 1/сек².

Це рівняння застосовуємо для парової турбіни, вал якої приводить в роботу тільки електричний генератор.

При встановленому режимі роботи турбіни (постійне число обертів п) кутове прискорення , рівняння (1) приймає вигляд:

. (2)

Це рівняння можна представити в такому вигляді:

. (3)

або в загальному вигляді:

, (4)

де - ефективна потужність на муфті турбіни (залежить в основному від G і Н), кВт;

- електрична корисна потужність, що знімається з затискачів генератора (залежить від зовнішнього навантаження, тобто від навантаження у споживача), кВт;

- втрати в підшипниках і теплові в генераторі, кВт.

При зміні навантаження генератора в перший момент встановлюється нерівність, що зв'язано з пониженням або підвищенням числа обертів турбогенератора. Підвищення приводить до пониження п. І навпаки, з пониженням число обертів турбогенератора росте. Таким чином, будь-яка зміна зовнішнього навантаження супроводжується зміною чисел обертів турбіни (швидкості обертання роторів).

Задачею швидкісного регулювання є автоматичне відновлення рівності (3) при будь-яких змінах навантаження .

В турбінах з автоматичним регулюванням органи паророзподілу зв'язані з регулятором числа обертів турбіни, тобто з регулятором швидкості.

Передача імпульсу від зміни числа обертів турбіни до розподільних органів здійснюється різноманітними способами.

Управління органами розподілу звичайно здійснюється регулятором числа обертів, дія якого заснована на роботі відцентрових сил, які змінюються в відповідності з зміною числа обертів ротора турбіни.

На рисунку дана принципова схема такого регулятора.

При збільшенні числа обертів турбіни вантажі m регулятора під дією відцентрових сил розходяться, переміщуються по дузі радіусу АО на відстань Z₁. Муфта регулятора при цьому переміщується вверх від точки С в точку С₁ на величину Z. При пониженні числа обертів, навпаки, вантажі регулятора зближаються і муфта опускається вниз. Переміщення муфти відцентрового регулятора використовується для зміни кількості в турбіну пари , яка надходить, тобто для зміни потужності турбіни.

Регулятор числа обертів приводиться в рух від валу турбіни шляхом зубчатої передачі, що являється великим недоліком регуляторів цього типу.

Імпульс від цього регулятора до регульованих клапанів може передаватися за допомогою механічних зв’язків (системи важелів) або шляхом гідравлічного впливу (тиском масла).

Принцип дії гідродинамічних регуляторів, вже отримали значне розповсюдження, заснований на пропорційності між тиском відцентрового регулятора масла, що нагнітає відцентровий насос, який розташований на валу, і квадратом числа обертів турбіни.

СХЕМА ПРЯМОГО РЕГУЛЮВАННЯ

Принципова схема прямого регулювання представлена на рисунку.

Муфта1 відцентрового регулятора 2 має безпосередній важільний зв’язок з регульованим клапаном 3. При підвищенні навантаження на затискачах електричного генератора рівновага між навантаженням і потужністю (що визначається обертовим моментом) порушується, що викликає пониження числа обертів. Вал турбіни зв’язаний з відцентровим регулятором зубчатою передачею 4. При пониженні числа обертів турбіни вантажі відцентрового регулятора зблизяться і муфта 1 опуститься вниз, тягне за собою кінець важеля а. Важіль аb при цьому повернеться відносно нерухомої точки 0, привідкриваючи регульований клапан 3. Потужність турбіни зросте, і турбіна буде працювати при новому, більш низькому числі обертів. При пониженні навантаження число обертів турбіни буде рости і регульований клапан почне закриватися.

Гідністю даної схеми регулювання є її простота. Однак перестановочна сила відцентрового регулятора мала (звичайно декілька кілограмів), і пряме регулювання може застосовуватися тільки для турбін невеликої потужності (до 50-60 кВт) з невеликими легкими клапанами, що не вимагають значної перестановочної сили від регулятора.

В турбінах середньої і великої потужності для відкриття регульованого клапана вимагається більша перестановочна сила, необхідна для подолання зусиль від ваги, клапанних пружин і.

Застосування в схемі регулювання спеціальних підсилювачів (сервомоторів) дозволяє отримати потрібну величину перестановочної сили.

СХЕМА НЕПРЯМОГО РЕГУЛЮВАННЯ

На рисунку представлена принципова схема регулювання з сервомотором поршневого типу.

При встановленому режимі роботи турбіни поршень 6 золотника 5 сервомотора 7 знаходиться в середньому положенні, перекриваючи канали, що з’єднують корпус золотника з порожниною сервомотора 7. Регульований клапан 9 при цій умові знаходиться в фіксованому положенні.

Переміщення муфти 2 відцентрового регулятора 1 викликає переміщення поршня 6.

В залежності від направлення переміщення поршня 6 масло під тиском з масляного насосу 4 буде надходити в порожнину К або в порожнину К₁ сервомотора 7. При надходженні масла в порожнину К клапан 9 буде прикриватись, зменшуючи витрату пари через турбіну (потужність турбіни зменшиться). Водночас масло з порожнини К₁ буде стікати через корпус золотника 5 на злив. Надходження масла в порожнину К₁ викликає відкриття клапана 9.

В даній схемі регулювання для переміщення поршня 6 вимагається невелике зусилля, так як він врівноважений тиском масла в середній камері золотника К₀. Перестановочна сила для відкриття клапана 9 буде залежати від розмірів поршня 8 сервомотора 7 і тиску масла.

Тиск масла в системі регулювання приймається звичайно від 3 до 7 бар. В сучасних турбінах застосовують і більш високий тиск, що досягає 12 — 20 бар.

Розглянемо приклад дії схеми регулювання при пониженні навантаження турбіни. При пониженні навантаження число обертів валу турбіни буде зростати. Вантажі регулятора, що приводяться в обертання через передачу 3, розійдуться і муфта 2 підніметься вверх, переміщуючи вверх точку b , зв’язану з поршнем золотника 6, відносно нерухомої в цей момент точки С важеля ас. Порожнина К сервомотора з’єднується з камерою золотника К₀. Масло під тиском надійде в порожнину К, і клапан 9 почне прикриватися. Масло з порожнини К₁ через нижній канал піде на злив. При цьому точка С важеля ас почне опускатися вниз, тепер вже відносно нерухомої точки а, тягнучи за собою поршень золотника 6. Як тільки поршень 6 знову займе своє середнє положення, надходження масла в порожнину К припиниться і регульований клапан 9 займе нове положення. Витрата пари через турбіну зменшиться, понизиться відповідно і потужність. Число обертів валу турбіни декілька зросте.

Важіль ас називається важелем зворотного зв’язку, так як з його допомогою завжди відновлюється середнє положення поршня золотника.