Вопрос №32

XII. Осевые усилия в паровой турбине.

Пар, расширяясь в проточной части турбины, не только создает на роторе полезный вращающий момент, определяемый окружными усилиями, действующими на рабочие лопатки, но и воздействует на ротор в осевом направлении. Осевые усилия воспринимает на себя упорный подшипник.

Для того, чтобы обеспечить надежную работу турбины и, в частности, ее упорного подшипника, необходимо определить осевое усилие.

Рассмотрим осевые усилия, действующие на одну из промежуточных ступеней активного типа.

1.) От рабочих лопаток на ротор турбины передается осевое усилие R^I_a , которое может быть определено по результатам теплового расчета ступени:

Рис.1

.

Здесь разность давлений (р₁ – р₂) зависит от степени реактивности ступени (ρ). Чем больше ρ, тем больше R^I_a ,поэтому при выборе степени реактивности необходимо учитывать, что работа подшипника усложняется. Составляющая (С₁sin α₁ – C₂sin α₂) – разность осевых проекций скоростей для чисел Маха М_1t < 0,7 , – как правило, близка к нулю и, поэтому ею часто пренебрегают.

2.) Если давление р₁’ больше р₂ , то возникает вторая составляющая осевого усилия от кольцевой части полотна диска:

,

где d_k = d – l₂ – корневой диаметр.

Давление р₁’ между диафрагмой и диском зависит от соотношения трех расходов: диафрагменной протечки G_у, корневой протечки G_к, и протечки через разгрузочное отверстие G_отв. Разгрузочные отверстия позволяют снизить перепад давления на полотно диска, однако в дисках последних ступеней (ЧНД), где абсолютные значения осевых усилий невелики, а механические напряжения в дисках высоки, разгрузочные отверстия не выполняют, чтобы не создавать концентраций механических напряжений в дисках.

3.) Если имеется уступ ротора между втулкой диафрагменного уплотнения и ступицей диска (т.е. [d₂-d₁]), то появляется третья составляющая осевого усилия:

4.) При ступенчатом диафрагменном уплотнении возникает осевое усилие вследствие разности давлений по обе стороны каждой ступеньки высотой Δ. И четвертая составляющая осевого усилия в ступени запишется в виде:

,

где d_у – средний диаметр уплотнения.

Рис.2

Полное осевое усилие, действующее на ротор, находится суммированием всех составляющих в каждой ступени, а также усилий, действующих на уступы ротора, расположенные вне проточной части ступеней:

где i – порядковый номер составляющей осевого усилия.

.

Вопрос №41

4.Диаграммы режимов турбин.

Диаграммой режимов паровой турбины называют графическое изображение зависимости между электрической (или внутренней) мощностью турбины и расходом пара. В ряде случаев добавляются и другие параметры : например, отбор пара , противодавление и т.д.

Наиболее просто диаграмма режимов выглядит для конденсационной турбины, не имеющей отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, ее математическое описание:

,

где G – расход пара через паровую турбину;

Н₀^т – располагаемый теплоперепад паровой турбины;

η_оэ – относительный электрический КПД.

При фиксированных начальных параметрах (Р₀, t₀) и давлении в конденсаторе P_к, электрическая мощность зависит от расхода линейно, с точностью, с которой η_оэ имеет постоянное значение.

Отклонение линейной зависимости при малых значениях Р_э объясняется значительным уменьшением КПД, который станет = 0 при Р_э=0, т.е. при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве G_хх, тратиться только на поддержание ее номинальной частоты вращения (расходуется на преодоление трения в подшипниках)

Рис.4. (и о паровую среду).

Отношение х = G_xx/G₀ называется коэффициентом холостого хода. Чем больше мощность турбоагрегата, тем меньше х (для турбины 300 МВт х = 0,03).

Диаграмма режимов турбины с противодавлением связывает уже не два параметра (G и Р_э), а три, добавляется еще величина противодавления Р₂.

Рис.5. Диаграмма режимов турбины

Р – 40 – 130 /31 ТМЗ.

1 – 3,6 МПа;

2 – 3,4 МПа;

3 – 3,2 МПа;

4 – 3,1 МПа;

5 – 3,0 МПа.

Еще более сложный вид имеет диаграмма режимов турбины с регулируемым отбором пара, связывающая три параметра: расход свежего пара G, электрическую мощность Р_э и отбор G_т.

Рис.6. Упрощенная диаграмма турбины с регулируемым отбором пара

(нет регенеративных отборов).

Обозначения на рис.6:

Р_э.о – номинальная электрическая мощность;

Р_э.max – максимальная электрическая мощность;

G_max – максимально допустимый расход;

a – b – работа турбины на конденсационном режиме (G_т = 0). В этом случае максимальная мощность совпадает с минимальной (точка b).

e’ – k’ – чисто теплофикационный режим (противодавление) G_к = 0, G = G_т. На практике такой режим не допустим, т.к. происходит перегрев ЧНД. В этом случае через ЧНД проходит небольшой (5÷10 %) вентиляционный пропуск пара G_{к min} (линия e - k).

Линии постоянного расхода пара в отбор (G_т = const) – это прямые, параллельные линии G_т = 0 (a - b).

Линии постоянного расхода пара в ЧНД (конденсатор) G_к = const, параллельно линии G_к = 0.

bcf – область перегрузки (нерегулируемая зона)