При работе на частичных нагрузках, при дроссельном парораспределении и работе с постоянным давлением перед регулирующим клапаном, снижение нагрузки определяется расходом пара на турбину. Уменьшение расхода пара производится за счет частичного прикрытия регулирующего клапана на входе в турбину. В результате проходное сечение клапана уменьшается, расход пара уменьшается, вследствие этого происходит дросселирование потока пара идущего на турбину. Так как у нас имеется только один регулирующий клапан, то весь поток пара подвергается дросселированию.
Поскольку геометрия проточной части турбины остается неизменной, то давление за регулирующим клапаном и по всем отсекам проточной части турбины определяется формулой Стодолы-Флюгеля.
, (6.1)
где Dop, Doo-расходы пара через отсек в расчетном и номинальном режимах соответственно, кг/с;
Po1, Po2 – давление перед отсеком и за отсеком в расчетном режиме, МПа;
Poo1, Poo2 – давление перед отсеком и за отсеком в номинальном, исходном режиме, МПа;
Too1, To1-температура пара на входе в отсек в номинальном и расчетном режиме соответственно, оК.
На рис.6.1 представлена принципиальная схема паротурбинной установки, работающей и дроссельным парораспределением.
Рис.6.1. Принципиальная упрощенная схема энергоблока с дроссельным парораспределением на паровой турбине.
При дросселировании потока происходит снижение давления за регулирующими клапанами и температуры пара, вследствие необратимых потерь от дросселированияю. На рис. 6.2 представлен процесс расширения пара в h-s диаграмме, при работе турбины с дроссельным парораспределением на частичной нагрузке, который показывает существенное смещение процесса вправо. При этом считаем, что процесс дросселирования происходит без внутренних потерь, в результате чего hо остается постоянной. При смещении процесса вправо снижается срабатываемый теплоперепад (ho-hK)>(ho-hkf), что наряду с уменьшением расхода пара приводит к более быстрому снижению мощности и экономичности.
Рис. 6.2. Процесс расширения пара в турбине при работе на частичной и номинальной нагрузке с дроссельным парораспределением и постоянным давлением перед турбиной
Кроме этого, при использовании режима с постоянным давлением вследствие дросселирования происходит понижение температуры пара, причем это снижение может быть довольно значительным.
При снижении нагрузки на котле, при поддержании номинальных параметров на входе в турбину, давление по тракту котла меняется не столь существенно. Поэтому котел в этом случае работает в штатном режиме.
Работа оборудования на частичных нагрузках при сопловом парораспределении.
При использовании соплового парораспределения и постоянного давления перед клапанами наибольшим механическим нагрузкам подвергается первая регулирующая ступень. Для этого рассмотрим схему соплового парораспределения (рис.6.3).
Рис.6.3. Схема соплового парораспределения.
При изменении расхода пара через регулирующую ступень изменяется давление в сегментах сопловой коробки и в её камере. Давление пара в КРС при этом изменяется пропорционально его расходу, в соответствии с формулой Стодолы-Флюгеля. Поскольку при частичной нагрузке часть клапанов может быть полностью открыта, а другая часть либо закрыта, либо частично открыта, то в этом случае теплоперепады в регулирующей ступени по каждому потоку будут свои. Давление в сопловой коробке за каждым клапаном будет свое. В результате диск регулирующей ступени нагружается механически неравномерно и в нём возникают изгибные напряжения. Чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на диск выбирают соответствующую очерёдность подачи пара в сопловую коробку одновременно с диаметрально-противоположных сторон.
В классическом случае все РК открываются по очереди. В реальных системах парораспределения, во многих случаях, вначале открывается одновременно сразу несколько клапанов, поэтому у многих типов турбин до нагрузки f=0,6-0,8 парораспределение фактически дроссельное. Очередность открытия клапанов принимается такая, чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на рабочие лопатки. При этом пар подводится одновременно с диаметрально противоположных сторон диска регулирующей ступени. При сопловом парораспределении потери от дросселирования возникают только в той части потока, которая проходит через частично открытый клапан (для полностью открытого клапана, можно считать, что потерь от дросселирования нет). Поэтому экономичность турбины при частичных нагрузках выше, чем при дроссельном парораспределении (если Р0= const). Процесс расширения пара в регулирующей ступени турбины можно условно изобразить так, как представлено на рис. 6.4.
В этом случае весь поток пара условно разбивается на два потока:
а) поток идущий, через полностью открытые клапаны;
б) поток идущий, через частично открытый клапан.
Первый поток дросселированию не подвергается. Второй поток дросселируется в зависимости от степени открытия клапана. В камере регулирующей ступени оба потока перемешиваются, параметры потока выравниваются и становятся равны параметрам смешения (точка смешения hрс). Энтальпию в точке смешения можно определить по выражению:
, (6.2)
βрс, βрс1, βрс2 – соответственно относительный суммарный расход через регулирующую ступень, расход пара через первую группу клапанов (открытые, поток не дросселируется), расход через вторую группу частично открытых клапанов, дросселируемая часть потока.
Рис. 6.4. Процесс расширения пара в турбине при сопловом парораспределении, постоянном давлении перед турбиной и на частичной нагрузке.
При сопловом парораспределении и режимах частичной нагрузки КПД регулирующей ступени понижается, что связано с дросселированием пара в частично открытых клапанах, но это снижение идет в меньшей степени, чем если дросселировался бы весь поток. Дальнейшее расширение условно можно представить идущим из точки смешения.