Влияние конечного давления пара на мощность турбины

В процессе эксплуатации конденсационных турбин давление р_к в конденсаторе изменяется в зависимости от времени года, изменения паровой нагрузки конденсатора, загрязнения его трубок, ухудшения плотности и ряда других причин. При этом изменяются располагаемый теплоперепад турбины и относительный внутренний h_oi ее последних ступеней, потери с выходной скоростью и расход пара в конденсатор, а также степень влажности пара в ЧНД турбины. При этом изменение конечного давления в основном сказывается на режиме работы последних ступеней.

Различают два возможных случая работы последних ступеней:

1. режим с докритическими скоростями истечения пара из рабочей решетки (e_к=р_к/р_2кр>1);
2. режимы при критическом и сверхкритическом истечении с дополнительным расширением пара в косом срезе решетки (e_к=р_к/р_2кр£1).

Критическое давление, устанавливающее границу между этими режимами, определяется выражением:

р_2кр = G_ка_*/(хF₂) = 0,328×10^-3 G_к/F₂, МПа, (14.13)

где G_к – расход пара через последнюю ступень ЦНД турбины, кг/с; а_* - значение критической скорости истечения, определяемое параметрами пара за последней ступенью; х – показатель изоэнтропы влажного пара; F₂ – площадь горловых сечений на выходе из рабочей решетки последней ступени.

Пусть при докритическом режиме давление в конденсаторе увеличилось с расчетного значения р_к0 до р_к. Это приведет к уменьшению теплового перепада турбины на DН₀, изменениям влажности пара, потерь с выходной скоростью DН_вс в последней ступени, а также расхода пара в первом по ходу конденсата регенеративном подогревателе низкого давления (в связи с изменением температуры конденсата на входе в подогреватель из-за изменения давления р_к). В результате уменьшение внутренней мощности турбины составит:

DN_i = N_i - N_i0 = - (G_к0 + DG_к) DH_i + H_i0DG_к, (14.14)

где Н_i0 и DН_i – соответственно, использованный теплоперепад группы ступеней части низкого давления турбины за последним нерегулируемым отбором пара в расчетном режиме и изменение этого теплоперепада; G_к0 – расход пара в конденсатор в исходном режиме, а DG_к – его изменение.

Изменение использованного теплового перепада турбины

DH_i = (1 - y_ср)(DH₀h_oi - DH_вс), (14.15)

где h_oi – относительный внутренний КПД процесса расширения пара в интервале между изобарами р_к и р_к0 без учета потерь от влажности и с выходной скоростью; y_ср – среднее значение степени влажности пара, определяемое по h,s- диаграмме.

В свою очередь, изменение расхода пара в конденсатор определяется изменением расхода в ранее рассмотренном ПНД регенеративной системы турбоустановки:

(14.16)

где h_п и h_п¹ – энтальпии отбираемого (греющего) пара и его конденсата; h_к¹ – энтальпия основного конденсата.

Изменение потерь с выходной скоростью

DH_вс = 0,5(с₂² - с₂₀²), (14.17)

где значения абсолютных скоростей определяются по треугольникам скоростей.

Итак, для режимов с докритическими скоростями существует прямая связь между приращением теплоперепада и мощности. В турбине с противодавлением относительное изменение конечного давления влияет в большей степени на режим ее работы, в сравнении с конденсационной турбиной. Это объясняется сравнительно малым теплоперепадом, приходящимся на турбину типа Р и отсутствием условий для формирования критических скоростей в ее нерегулируемых ступенях.

При сверхкритических режимах изменение конечного давления р_к для конденсационной турбины не сказывается на параметрах пара перед ее последней ступенью. Поэтому мощность всех ступеней, кроме последней, остается постоянной. До тех пор, пока не реализуется предельное расширение в косом срезе ее решеток, будет происходить увеличение мощности по мере снижения давления р_к (см. рис.8.3, 8.4). Давление отработавшего пара, соответствующее режиму, при котором исчерпывается расширительная способность косого среза и прекращается прирост мощности, называется предельным вакуумом. Испытания паровых турбин показали, что для каждой из них может быть построена универсальная зависимость относительного прироста мощности от относительного давления отработавшего пара.