Влияние начального давления на мощность турбин

Влияние начальных и конечных параметров пара на мощность паровых турбин

При эксплуатации турбин отклонение начальных и конечных параметров пара от номинальных значений сопровождается изменением мощности и экономичности, а также надежности элементов турбин. Последующий анализ изменения внутренней мощности N_i=GH₀h_oi турбины при изменении названных параметров (¶П) пара осуществляется на основе следующего выражения:

. (14.1)

Влияние начального давления на мощность турбин

При незначительном отклонении давления свежего пара Dр₀ от номинального значения р₀ (t₀=const) изменение внутренней мощности турбины определяется из выражения:

. (14.2)

Введем коэффициенты, характеризующие изменение мощности турбины при отклонении давления р₀, обусловленные, соответственно, изменениями расхода пара G, располагаемого теплоперепада Н₀ и относительного внутреннего КПД h_oi с их оценкой, принятой в инженерных расчетах:

, (14.3)

где р₂, v₂_t – давление и теоретическое значение удельного объема пара за последней ступенью турбины. Тогда выражение (14.2) после преобразований примет следующий вид:

. (14.4)

Из (14.4) следует, что для всех турбин, не имеющих регулируемых отборов, в том числе и для турбин с промежуточным перегревом пара, приращение мощности пропорционально изменению давления р₀. При полностью открытых клапанах увеличение начального давления вызывает перегрузку и снижение надежности всех ступеней турбины и особенно последней, за которой давление р₂ сохраняется неизменным. Поэтому ограничивают расход пара так, чтобы давление в камере регулирующей ступени не превышало допустимого значения. В условиях длительной эксплуатации на повышенном давлении ограничивают ход последнего регулирующего клапана на его открытие, а при кратковременной – вводят в работу ограничители мощности. При этом расход пара снижается до расчетного значения, что обеспечивает нормальные условия работы всех ступеней турбины. При повышенном давлении р₀опасным является режим работы с одним открытым клапаном, так как в рабочих лопатках регулирующей ступени возникают наибольшие изгибающие напряжения из-за максимального значения теплового перепада в этом режиме. Понижение р₀ ограничивается только условиями работы вспомогательного оборудования.

Из выражения (14.4) видно, что значительное влияние на мощность имеет отклонение р₀ для турбин с противодавлением. Для них при полностью открытых клапанах увеличение начального давления приводит к опасному росту напряжений в диафрагме последней ступени. При этом снижение давления свежего пара перед турбиной приводит к большему снижению мощности, чем понижение давления перед конденсационной турбиной. На рис.14.1 показаны кривые изменения относительного изменения мощности от отношения р₀¹/р_0,ном, полученные для двух значений давления р₂ за турбиной с противодавлением (e₂=р₂/р₀) и для конденсационной турбины.

Рис. 14.1. Относительное изменение внутренней мощности паровой турбины

(р₀=8,8 МПа, t₀=500⁰С) при отклонении давления р₀ от номинального значения (р₀¹/р_{0, ном})

в зависимости от противодавления р₂

( ____ - для паровой турбины с противодавлением; ---- - для конденсационной турбины)

В турбинах с дроссельным парораспределением при частичных нагрузках изменение начального давления пара при постоянном его расходе через турбину не отражается на ее мощности и режиме работы последней ступени, поскольку это изменение будет компенсироваться в процессе дросселирования пара в регулирующих клапанах.

В турбинах с сопловым парораспределением постоянство расхода пара обеспечивается изменением положения исполнительных органов регулирующих клапанов и изменением расхода пара через частично открытую сопловую группу. При этом потери от дросселирования в этой сопловой группе изменяются в зависимости от первоначального положения последнего регулирующего клапана перед моментом изменения начального давления.

14.2. Влияние начальной температуры пара и его температуры после

промежуточного перегрева на мощность турбины

(самостоятельное изучение)

Изменение внутренней мощности турбины при отклонении начальной температуры на Dt₀ при постоянном давлении р₀ определяется из соотношения

. (14.6)

Внутренняя мощность турбины при расходе Q₀ теплоты на турбоустановку, энтальпии свежего пара h₀ и энтальпии питательной вода h_пв

. (14.7)

Совместное решение (14.6) и (14.7) дает различные расчетные уравнения для относительного изменения мощности в зависимости от условий, при которых происходит изменение температуры t₀ пара. При этом в анализ вводятся следующие коэффициенты:

- , учитывающий изменение мощности, вызванное изменением располагаемого теплоперепада турбины;

- , учитывающий изменение затрат теплоты на производство 1 кг водяного пара при изменении начальной температуры;

- , учитывающий влияние температуры свежего пара на h_oi турбины;

- , учитывающий изменение мощности, вызванное изменением расхода пара.

Тогда расчетные уравнения представляются:

1. при постоянстве расхода теплоты на турбоустановку (Q₀=const)

; (14.8)

2. при постоянно открытых регулирующих клапанах (F_кл=const)

; (14.9)

3. при постоянном расходе пара (G=const)

. (14.10)

В практике приведенные ранее коэффициенты влияния определяются следующим образом:

(14.11)

Тогда, например, изменение мощности при постоянном расходе пара (G=const)

и отклонении его начальной температуры Т₀ на Dt₀ вычисляется по выражению

, (14.12)

а при постоянно открытых регулирующих клапанах (F_кл=const)

. (14.13)

Повышение температуры свежего пара вызывает следующие явления:

1. увеличение тепловых расширений и деформаций элементов турбины, что приводит к повышенному уровню ее вибрации;

2. понижение прочностных свойств металла из-за ползучести (увеличение размеров паропроводов, клапанных коробок, рабочих лопаток и пр.) и релаксацию напряжений (ослабление посадки дисков на вал, уменьшение напряжений в шпильках горизонтального разъема корпуса турбины);

3. перегрузку лопаточного аппарата регулирующей ступени из-за увеличения ее теплового перепада.

Обычно число часов работы турбины при повышенной температуре регламентируется и не должно превышать 200…300 часов в год. Снижение t₀ сопровождается ростом влажности в последних ступенях турбины, что приводит к росту эрозионных процессов в их лопаточном аппарате. При снижении t₀ уменьшается располагаемый теплоперепад турбины и ее мощность. Восстановление мощности можно было бы осуществить увеличением расхода пара в турбину, но это приводит к увеличению напряжений в ее проточной части и, прежде всего, к перегрузке последней ступени. Кроме того, растут и осевые усилия. Поэтому заводы-изготовители указывают для турбины ограничение мощности при снижении начальной температуры водяного пара. Быстрое снижение начальной температуры может вызвать охлаждение ротора и сокращение его длины относительно корпуса турбины, что может служить причиной задеваний в проточной части, включая концевые уплотнения.

В турбинах с промежуточным перегревом изменение t₀ приводит к изменению расхода пара через все ступени турбины. Однако это изменение расхода не столь значимо, как в турбинах без промперегрева. При увеличении температуры пара t_пп после промежуточного перегрева (t₀=const) давление в промежуточном перегревателе растет, что приводит к некоторой разгрузке ступеней ЧВД, но к перегрузке последней ступени турбины. При этом меняются и осевые усилия в ее роторе. Понижение t_пп приводит к понижению давления в промежуточном перегревателе, вследствие чего перегруженной окажется последняя ступень ЦВД турбины. При этом ступени ЧСД и ЧНД будут работать с повышенной степенью реактивности, что приведет к изменению осевого усилия. В инструкциях по эксплуатации каждого турбоагрегата указывается порядок снижения допустимой нагрузки при снижении соответствующих температур.

На рис. 14.2 показан график относительного изменения удельного расхода теплоты при изменении температуры свежего пара и температуры пара после промежуточного перегрева, отражающий степень влияния изменения соответствующих температур на тепловую экономичность турбоустановки.

Рис. 14.2. График изменения удельного расхода теплоты при изменении t₀ (1) и t_пп (2)

Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2438;