Конструктивные схемы паровых турбин. Рабочий процесс в многоступенчатой турбине. Системы парораспределения и регулирования паровых турбин.

Многоступенчатая конструкция паровой турбины позволяет срабатывать в каждой ступени небольшую часть общего теплоперепада турбины при одновременном обеспечении высокого КПД ступеней и турбины в целом. Совокупность решеток последовательно установленных ступеней называется проточной частью турбины. Многоступенчатая конструкция позволяет организовать отборы пара на регенеративные подогреватели, турбины питательных насосов, деаэраторы, внешним потребителям теплоты.

С истема подачи пара в турбину называется системой парораспределения. Наиболее просто изменить мощность турбины путем изменения параметров пара перед ней за счет регулирования паропроизводящей установки (котла). Такой способ называется регулированием мощности скользящим давлением (дросселирование) (т.к. Р₀-изменяется, t₀=const). Клапан открыт полностью и процесс расширения – линия ab. При снижении нагрузки клапан будет открыт не полностью, поэтому давление перед соплами первой ступени понизится с р₀ до р₁, а энтальпия его h₀ сохранится прежней – точка с. Давление отработавшего пара можно считать постоянным, равным р₂ как при расчётной, так и при сниженной нагрузки.

Располагаемый теплоперепад проточной части турбины при дросселировании уменьшится с Н₀ до , процесс расширение пара изобразится линией cd.

При скользящем давлении изменяется теплоперепад турбины, а расход пара через нее изменяется пропорционально начальному давлению. Этот способ пригоден только для блочных установок, в которых турбины и котлы не связаны поперечными связями.

(-) Невозможно регулировать расход пара через турбину при ее развороте и малых нагрузках. При дроссельном парораспределении весь пар, подводимый к турбине, подается в общую сопловую камеру после дросселирования в одном или нескольких одновременно открывающихся клапанах. При дроссельном парораспределении мощность турбины изменяется не только за счет уменьшения расхода пара, но и за счет уменьшения теплоперепада проточной части турбины.

(+)Простота, высокая экономичность при полном открытии клапанов и большая надежность из-за подвода пара по всей окружности.

П ри сопловом парораспределении увеличение расхода пара через турбину достигается последовательным открытием регулирующих клапанов, каждый из которых подводит пар к своей группе сопл, занимающих часть окружности. По мере открытия клапана №1 в нем происходит процесс дросселирования, однако при полном его открытии давление за ним практически совпадает с давлением до него и потери связанные с дросселированием исчезнут. При сопловом парораспределении дросселированию подвергается только та часть пара, которая проходит через частично открытый клапан.

Основной поток, протекающий через полностью открытые регулирующие клапаны, подходит к соплам почти без дросселирования и имеет давления, близкое к давлению свежего пара р₀.

Второй поток пара проходит через частично открытый клапан и подвергается дросселированию, так что давление пара р_0п перед соплами ниже давления р₀ свежего пара. Следовательно, теплоперепад и абсолютная скорость выхода пара из сопловой решётки в первом потоке выше, чем во втором.

(+) Сохранение высокой экономичности при отклонениях режима работы от номинального из-за малых потерь от дросселирования в полностью открытых регулирующих клапанах.

(-) Его экономичность при полном открытии регулирующих клапанов ниже, чем при дроссельном из-за потерь связанных с парциальным подводом пара.

Когда возникает необходимость получать от турбины максимальную мощность при сниженных начальных параметрах пара или повышенном противодавлении используют обводное парораспределение. Парораспределение с внутренним обводом отличается только тем, что используется пар, частично отработавший в турбине.

Из камеры регулирующей ступени пар последовательно направляется в нерегулируемые ступени. По мере расширения пара его удельный объем возрастает и поэтому увеличивается необходимая площадь для прохода пара. Для ее обеспечения увеличивают как диаметр ступени, так и высоту лопаток. Наибольшую площадь для прохода пара имеет последняя ступень турбины, из которой пар с давлением Р_к покидает турбину. На рабочих лопатках каждой из ступеней за счет срабатывания теплоперепада возникает окружная сила, создающая крутящий момент. Суммируясь от ступени к ступени крутящий момент растет, достигая своего максимального значения на выходном валу и используется для привода электрогенератора.

ОА-расширение пара в камере регулируемой ступени, он отклоняется от изоэнтропы ОК из-за потерь. т. А является начальной точкой для процесса расширения в первой нерегулируемой ступени и т.д. В результате пар расширяется до давления и сухости X_к.

-реальный располагаемый теплоперепад; >Н₀ ; Н₀-располагаемый теплоперепад.

О дним из преимуществ многоступенчатой турбины является использование части потерь энергии предыдущих ступеней для получения полезной работы в последующих ступенях. Потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию пара за ступенью. В области перегретого пара это приводит к повышению температуры пара за ступенью, а в области влажного пара – увеличение степени сухости. Из за этого теплоперепад ступени увеличивается по сравнению с теплоперепадом этой ступени, отсчитанным по основной изоэнтропе идеального расширения. За счёт возврата теплоты внутренний относительный к.п.д. турбины повышается. Это увеличение определяется коэффициентом возврата теплоты, равным 0,02 – 0,1.

№ 22