Сопловое и дроссельное парораспределение
Общая характеристика систем парораспределения
Системы парораспределения паровых турбин обеспечивают изменение мощности турбоагрегата в соответствии с диспетчерским графиком нагрузок энергосистемы (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Характер суточного графика нагрузок энергосистемы
Основными исполнительными элементами систем парораспределения являются регулирующие клапаны (рис. 12.2), в которых осуществляется процесс дросселирования свежего пара и изменение его расхода. Данный процесс осуществляется при истечении пара между чашей клапана и седлом (рис. 12.2, а). В кольцевом зазоре при подъеме чаши РК в процессе расширения поток ускоряется, а далее, в диффузорной части, происходит его торможение до давления р 01< р 0. В зависимости от типа турбин, их мощности и назначения используются три способа парораспределения: ДРОССЕЛЬНОЕ, СОПЛОВОЕ И ОБВОДНОЕ.
А) б)
Рис. 12.2. Конструкции регулирующих клапанов паровых турбин:
а) ЦВД; б) комбинированного стопорно-сбросного ЦСД
Пример схемы главных паропроводов применительно к турбоустановке К-210-12,8 ЛМЗ с указанием расположения автоматических стопорных (АСК) и регулирующих (РК) клапанов представлен на рис. 12.3.
Рис. 12.3. Схема основных паропроводов турбоустановки К-210-12,8 ЛМЗ:
1 – свежий пар; 2 – пар из ЦВД на промежуточный перегрев; 3 – пар после промежуточного перегрева;
4 – главная паровая задвижка; 5 – автоматические стопорные клапаны ЦВД; 6 – ЦВД;
7 – регулирующие клапаны ЦВД; 8 – АСК ЦСД; 9 – сбросные клапаны; 10 – задвижки для испытаний АСК ЦСД; 11 – сброс пара в ПСБУ конденсатора; 12 – РК ЦСД; 13 – ЦСД; 14 – водяной пар в ЦНД;
15 – предохранительные клапаны
Пар от котла по двум паропроводам 1 (d у=325 мм) через главные паровые задвижки 4 (ГПЗ) и автоматические стопорные клапаны 5 направляется к регулирующим клапанам 7 ЦВД турбины. Линии 2 представляют «холодные» нитки промежуточного перегрева, а линии 3 – его «горячие» нитки. Паропроводы имеют перемычки, предназначенные для выравнивания давления пара, а также для организации его сброса через БРОУ или предохранительные клапаны в аварийных ситуациях, а также в режимах пуска и останова турбоагрегата. Перед ЦСД также установлены стопорные 8 и регулирующие 12 клапаны. Действие стопорных клапанов ЦСД связано с работой сбросных клапанов 9. Так, при закрытых стопорных клапанах пар сбрасывается через сбросные клапаны в ПСБУ (паросбросное устройство) конденсатора. Следует отметить, что регулирующие клапаны ЦСД в отличие от РК ЦВД регулируют расход водяного пара до нагрузки, составляющей примерно 30% номинального ее значения. При больших нагрузках РК ЦСД полностью открыты и в регулировании мощности турбоагрегата не участвуют.
На рис. 12.2, а показана конструкция регулирующего клапана ЦВД паровой турбины (посадочный диаметр чаши клапана d =120 мм (поз.13)). В этой конструкции с помощью предварительно открываемого разгрузочного клапана 12 (его ход 4 мм) осуществляется уменьшение разности давлений пара в клапанной коробке 3 и за клапаном, которая существенна в режимах пуска турбины и требует использования больших размеров сервомоторов для создания соответствующих усилий, а также их передачи через механизмы управления клапанами. Поэтому после выравнивания давлений для подъема основной чаши клапана 13 требуются гораздо меньшие усилия. Для большинства современных паровых турбин большой мощности блоки регулирующих клапанов устанавливаются отдельно от корпуса турбины. Вместе с тем, в ряде паровых турбин с докритическими параметрами водяного пара РК расположены непосредственно на корпусе (рис. 12.6,а). Раздельное расположение клапанов от корпуса позволяет упростить конструкцию цилиндров турбины, систему управления клапанами, а также монтажные и ремонтные операции.
Дроссельное парораспределение
При дроссельном парораспределении турбины весь расход пара при частичных нагрузках подвергается процессу дросселирования. При этом его состояние меняется по закону h 00 + 0,5 c 002 =h 01 + 0,5 c 01 2, где индекс 0 характеризует параметры пара, подводимого к турбине (свежего пара), а индекс 1 – за регулирующим клапаном (перед сопловой решеткой первой ступени турбины). Поскольку скорости с 0 обычно малы, то кинетическими энергиями 0,5 c 02пренебрегают и тогда при дроссельном парораспределении энтальпия пара перед первой ступенью сохраняется постоянной и равной энтальпии свежего пара (h 01 =h 00=const).
Процесс расширения водяного пара в h,s - диаграмме для турбин с дроссельным парораспределением представлен на рис. 12.4, а. При пониженной нагрузке регулирующие клапаны открыты частично, поэтому давление перед сопловой решеткой первой ступени турбины сокращается с р 00 до р 01(точка с). Давление отработавшего пара будем считать неизменным и равным р 2 (рк для конденсационной турбины).
А) б)
Рис. 12.4. Процесс расширения в турбине с дроссельным парораспределением (а)
и зависимость 
(б)
Поскольку при любом расходе G водяного пара его энтальпия на входе постоянна, то произведение p01v01»p00v00 »const и, следовательно, расход для конденсационной турбины практически пропорционален давлению за клапаном р 01, что следует из закона Стодола-Флюгеля:
. (12.1)
В турбинах с противодавлением, а также в теплофикационных, при неизменном давлении верхнего отбора ротб связь между расходом G 1 и давлением р 01 определяется выражением:
. (12.2)
Располагаемый теплоперепад турбины при снижении расхода пара уменьшится с Н 00 до Н 01 и процесс расширения изобразится линией сd (рис. 12.4, а). При этом для конденсационной турбины давления перед всеми ступенями изменяются пропорционально расходу. Следовательно, располагаемые теплоперепады во всех ступенях, за исключением последней, практически не изменяются. Поэтому уменьшение теплоперепада турбины при G 1< G 0 в широком диапазоне изменения расходов происходит в основном за счет ее последней ступени. Относительный внутренний КПД турбины в сравнении с расчетным режимом при дросселировании уменьшается:
. (12.3)
Здесь коэффициент дросселирования gдр=Н01/Н00, а hoi1 – КПД проточной части турбины при частичном расходе G 1. Коэффициент дросселирования не зависит от совершенства проточной части, а определяется только относительным расходом пара и его параметрами. На рис. 12.4, б показана зависимость , которая свидетельствует о том, что по мере увеличения противодавления р 2 снижение коэффициента gдр происходит все интенсивнее при уменьшении расхода пара. Относительный внутренний КПД турбины по мере увеличения противодавления при снижении нагрузки будет уменьшаться еще резче, поскольку одновременно с уменьшением gдр будет уменьшаться hoi1. Поэтому не целесообразно применение дроссельного парораспределения в турбинах типа Р.
Располагаемые теплоперепады Н 01 легко находятся по h,s - диаграмме для разных расходов пара. При изменении теплового перепада ступени до 20% hoi изменяется в пределах 1%. Для группы ступеней это изменение будет еще меньше. Поэтому для данного диапазона изменения КПД можно считать несущественными. Для ступеней, где теплоперепад изменяется более чем на 20%, изменение КПД hoi необходимо учитывать в соответствующих расчетах. Как правило, расчет переменного режима работы турбины проводится от последней ступени к первой до тех пор, пока не будет обеспечено равенство h 01 =h 00=const. Часто этот расчет выполняют при известной зависимости КПД от расхода пара, получаемой на основе испытаний турбины. Существенной является составляющая потерь в электрогенераторе, которая при изменении мощности от нуля до номинального значения возрастает примерно в 2 раза. Такой рост вызван потерями в обмотках генератора, изменяющимися по мере увеличения нагрузки по закону параболы.