И теплоперепадов по ступеням турбины

Потребление тепловой и электрической энергии изменяется во времени: в течение суток, недели, года. Соответственно суточные, недельные и годовые графики электрической нагрузки неравномерны и поэтому паровые турбины работают как с максимально возможными расходами пара (например, в часы утреннего или вечернего максимумов), так и со значительно уменьшенными (например, в часы ночных минимумов нагрузки). Изменение расхода пара вызывает изменение его параметров до и после ступени, которые, в свою очередь, приводят к изменению режима ее работы. При этом изменяются теплоперепады, скорости, степени реактивности и КПД ступеней, а также напряжения в деталях турбин.

Изменение расхода пара через турбину вызывает перераспределение давлений и теплоперепадов в ее ступенях. Так установлена аналитическая зависимость между расходом пара и давлениями в ступенях турбины, которая в общем виде для скоростей ниже критических определяется формулой Стодолы - Флюгеля для группы ступеней:

, (*)

где и - расходы пара через турбину;

и - абсолютные температуры;

и - давления перед соплами первой ступени группы (отсека);

и - давления за рабочими лопатками последней ступени этой группы (параметры соответственно берутся при расчетном и переменном режимах).

Так как во многих случаях можно приближенно считать, что температура пара в промежуточных ступенях сохраняется неизменной при изменении расхода (Т≈const), т.е. , уравнение (*) упрощается:

.

Если турбины работают при глубоком вакууме (конденсационные), членами и в можно пренебречь, так как они малы.

Тогда:

или .

Отсюда следует, что в конденсационной турбине давление пара перед любой ступенью изменяется прямопропорционально изменению его расхода. Это же уравнение оказывается справедливым при изменении давлений перед ступенями любой турбины, если последняя ступень рассматриваемого отсека работает в режиме критического истечения пара.

Необходимо отметить, что полученные уравнения применимы в тех случаях, когда площади всех проходных сечений турбины или группы ступеней неизменны. В большинстве случаев с достаточной степенью приближения для определения зависимости давления пара в промежуточной ступени от расхода можно пользоваться формулой (*). Наибольшая погрешность возникает, если эту формулу применяют для расчета переменного режима единичной ступени.

Перераспределение давлений в ступенях приводит к изменению теплоперепадов в них. Для критических скоростей отношение давления за ступенью к давлению перед ней не зависит от расхода пара. Теплоперепад ступени может изменяться лишь из-за изменения давления и удельного объема . Давление перед ступенью при изменении расхода пара можно определить по уравнению (*). Затем, учитывая, что давление за рассматриваемой ступенью является одновременно и давлением перед следующей ступенью, можно определить его по полученным уравнениям.

Обозначим через отношение изменившегося расхода G к расчетному G₀ и получим из (*) квадрат отношения давлений в рассматриваемой ступени:

,

где и - давление перед ступенью и за ней;

Р₂ – давление за отсеком, в котором расположена рассматриваемая ступень; индексы 0 и 1 соответствуют расчетному и изменившемуся режимам.

Из этой формулы следует, что при малом давлении Р₂₁ его влияние на теплоперепад будет сказываться лишь при очень малых расходах пара. В этом случае отношение давлений начнет возрастать по мере уменьшения расхода пара, что приводит к сокращению теплоперепадов в ступени. Чем ближе давления и к давлению отработавшего пара, которое предполагается неизменным, тем сильнее сказывается изменение расхода пара на отношение давлений и тем интенсивнее уменьшается теплоперепад ступени при уменьшении расхода пара. Лишь при большом снижении расхода пара теплоперепады начинают существенно изменяться в промежуточных ступенях, а после этого в первых нерегулируемых.