Вопрос№40

XV. Системы парораспределения паровых турбин.

Как видно из соотношения

мощность турбины можно изменить, изменяя расход пара через турбину G или теплоперепад за счет начальных и конечных параметров пара, а также расход и теплоперепад проточной части турбины. Чаще всего реализуется третий способ, причем изменению подвергаются только начальные параметры пара.

Система подачи пара в турбину называется системой парораспределения.

Наиболее просто можно изменить мощность турбины путем изменения параметров пара перед ней за счет регулирования паропроизводящей установки (котел), например, изменением подачи в котел питательной воды и топлива. Такой способ называется регулированием мощности скользящим давлением (т.к. при этом изменяется только давление, а температура постоянна). В этом случае расход пара через турбину изменяется пропорционально начальному давлению.

При таком способе изменения мощности система регулирования не нужна вообще.

Недостатками этого способа является то, что практически невозможно регулировать расход пара через турбину при ее развороте и малых нагрузках, когда котел работает неустойчиво. Кроме того, тепловая инерция котельной установки велика и, поэтому быстро изменить электронагрузку турбоагрегата невозможно. Этот способ пригоден только для блочных установок.

Поэтому на турбоустановках устанавливаются регулирующие клапаны.

При изменении степени их открытия изменяется площадь для прохода пара, и, следовательно, его расход. При частичном открытии клапана происходит дросселирование пара, что приводит к уменьшению теплоперепада проточной части турбины.

Т.о., в общем случае при регулировании нагрузки клапанами происходит изменение и расхода пара и теплоперепада проточной части турбины.

В современных турбоустановках используется два вида парораспределения: дроссельное и сопловое.

1 .Дроссельное парораспределение.

Весь пар, подводимый к турбине, подается в общую сопловую камеру после дросселирования в одном или нескольких одновременно открывающихся клапанах.

Рис.1: 1 – регулирующие клапаны;

2 – сопла первой нерегулируемой ступени.

Характерным признаком дроссельного парораспределения является отсутствие в турбине регулирующей ступени, в которой изменяется степень парциальности.

При полной нагрузке, когда регулирующие клапаны полностью открыты, давление Р₀’ за ними лишь немного меньше давления Р₀ и турбина имеет располагаемый теплоперепад Н₀^т. При не полностью открытых клапанах в них происходит дросселирование пара, вследствие чего давление за регулирующим клапаном Р₀’’ становится существенно меньше давления Р₀. Располагаемый теплоперепад уменьшится Н₀^т ‘< Н₀^т.

Преимуществом данного способа является его простота (нет регулирующей ступени, можно обойтись одним - двумя регулирующими клапанами), высокая экономичность при полном открытии клапанов и подводе пара по всей окружности. Целесообразно использовать в турбинах, несущих номинальную нагрузку ( турбоагрегаты АЭС большой мощности, турбины К - 1200 -240).

2. Сопловое парораспределение.

Изменение расхода пара через турбину достигается последовательным открытием (закрытием) регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к своей группе сопл занимающих часть окружности.

Основное преимущество – сохранение высокой экономичности при отклонениях режима работы от номинального.

Открытие клапанов происходит поочередно и, т.о., дросселированию подвергается только та часть пара, которая проходит через частично открытый клапан.

Недостатки: его экономичность при полном открытии регулирующих клапанов оказывается ниже, чем при дроссельном парораспределении, из-за наличия потерь, связанных с парциальным подводом пара. Кроме того, парциальность создает высокий уровень переменной силы (динамического напряжения), действующей на рабочие лопатки вследствие того, что они попеременно проходят перед активными и неактивными дугами подвода пара. Это ухудшает вибрационную надежность рабочих лопаток.

Рис.2: 1,2,3 – регулирующие клапаны;

4 – группа сопл.

Рис.3. Схема парораспределения турбины. К – 300 – 240 ЛМЗ.

Обозначения на рис.3:

СК – стопорные клапаны; РК – регулирующие клапаны;

ГПЗ – главная паровая задвижка.

3. Обводное парораспределение.

Применяется в тех случаях, когда возникает частая необходимость получать от турбины максимальную мощность при сниженных начальных параметрах пара или повышенном противодавлении.

Рис.4:

а.) схема с внешним обводом;

б.) схема с внутренним

обводом:

1 – регулирующие клапаны;

2 – обводной клапан.

Номинальная мощность турбины обеспечивается при полном открытии регулирующего клапана (1) (или группы регулирующих клапанов). Для перегрузки турбины открывают обводной клапан (2), давление за обведенной группой ступеней возрастает, расход пара возрастает. При этом должен быть обеспечен проток пара через обводимые ступени во избежание их опасного разогрева за счет трения.

Наличие регулирующих клапанов в турбине не мешает использованию в качестве способа регулирования скользящего давления, и он является одним из основных способов регулирования энергоблоков (котел-турбина).

4. Выбор системы парораспределения.

Зависит от назначения турбины. Если турбина предназначается для покрытия базовой нагрузки электросети, ее следует проектировать как можно с более высоким КПД, и она должна работать по возможности с постоянной номинальной нагрузкой. Такая турбоустановка может быть выполнена с небольшим числом регулирующих клапанов при сопловом парораспределении или с чисто дроссельным парораспределением.

Однако, большинство паровых турбин, включая блоки 500 и 800 МВт, работающие по переменному графику нагрузок , необходимо проектировать для работы не только при полной, но и при значительно (до 50 %) сниженной нагрузке. В этих условиях рационально использовать систему соплового парораспределения.

При сопловом парораспределении важно выбрать оптимальный располагаемый теплоперепад регулирующей ступени при расчетном режиме и оптимальное число сопловых коробок.

Т.к. КПД регулирующей ступени с парциальным подводом пара (без использования выходной скорости) при номинальной нагрузке ниже, чем КПД последующих нерегулируемых ступеней, то КПД всей турбины тем больше, при номинальной нагрузке, чем меньше расчетный теплоперепад регулирующей ступени.

Преимущество соплового парораспределения проявляется при большом расчетном теплоперепаде регулирующей ступени в режиме переменной нагрузки турбины (при полной нагрузке ее КПД снижается).

Отсюда следует, что для турбоагрегатов, работающих длительное время с полной нагрузкой предпочтительнее выбирать меньший теплоперепад регулирующей ступени (одновенечную регулирующую ступень), а для турбин, работающих с резко переменной нагрузкой –больший теплоперепад ( двухвенечную регулирующую ступень