Сопловое парораспределение

При сопловом парораспределении изменение расхода пара осуществляется несколькими регулирующими клапанами, открывающимися последовательно (рис. 12.6). Каждый клапан (группа клапанов) обслуживает свой сегмент сопловой решетки регулирующей ступени, которые устанавливаются в корпусах соответствующих сопловых коробок. Конструктивным признаком паровых турбин с сопловым парораспределением является наличие в ней регулирующей ступени. В турбинах с дроссельным парораспределением таких ступеней нет, поэтому их экономичность на расчетном режиме выше, чем турбин с сопловым парораспределением.

Сопловое парораспределение - №1 - открытая онлайн библиотека .

а)

Сопловое парораспределение - №2 - открытая онлайн библиотека

б)

Рис. 12.6. Поперечный разрез в области паровпуска ЦВД турбин

с сопловым парораспределением: а) со встроенными РК; б) с выносными РК

(1 - наружный корпус; 2 - внутренний корпус; 6 - паровпускной патрубок; 7 - горловина сопловой коробки; 8 - объем сопловой коробки)

Процесс расширения водяного пара в турбине с сопловым парораспределением представлен на рис. 12.7. Линия I-А соответствует потоку, прошедшему полностью открытые клапаны с расходом GA, линия I-II изображает процесс дросселирования в частично открытом клапане, а линия II-В – процесс для потока, прошедшего этот клапан c расходом GB. Точка С отвечает состоянию пара за регулирующей ступенью (в камере регулирующей ступени). Линия С-Д изображает процесс расширения в последующих за регулирующей ступенях.

В камере регулирующей ступени происходит перемешивание потоков из различных сопловых коробок, обслуживаемых полностью и частично открытыми клапанами. В результате смешения потоков с энтальпиями hА и hВ (рис. 12.7) энтальпия смеси составит h1, значение которой определяется по уравнению

Сопловое парораспределение - №3 - открытая онлайн библиотека . (12.4)

Сопловое парораспределение - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис. 12.7. Процесс расширения водяного пара в турбине при полностью открытых клапанах (I-A) и одном частично открытом клапане (II-B)

Распределение давлений пара и теплоперепадов в турбине с сопловым парораспределением при изменении нагрузки необходимо рассматривать отдельно для потоков с расходами GА и GВ. Допустим, что расчетный пропуск пара через турбину G0 обеспечивается тремя полностью открытыми клапанами при расчетном давлении в камере регулирующей ступени ррс010, а четвертый клапан является перегрузочным (рис. 12.6,а). Расчетные пропуски пара GI0, GII0, GIII0 через каждую группу сопел c соответствующим числом сопловых каналов z1, z2, z3 регулирующей ступени при расходе G0 через турбину определяются из выражений: GI0=z1G0/Sz; GII0=z2G0/Sz; GIII0=z3G0/Sz. (12.5)

По расчетному отношению давлений e10100 с помощью сетки относительных расходов (рис. 11.1,б) по верхней кривой (e0=1) находится значение относительного расхода q0 и далее вычисляются критические расходы пара через каждую группу сопел при давлении перед ними р0: GIкр=GI0/q0; GIIкр=GII0/q0; GIIIкр=GIII0/q0. (12.6)

Пропуски пара через полностью открытые клапаны при другом расходе через турбину (при новом eIIII0) находят с помощью сетки расходов, по которой определяется значение q1:

GI=GIкрq1; GII=GIIкрq1; GIII=GIIIкрq1. (12.7)

Расход пара через частично открытый клапан равен разности полного расхода пара в турбину и суммы пропусков через полностью открытые клапаны:

Gn=G- (GI+GII+…+Gn-1). (12.8)

Проведя такой расчет при разных расходах пара через турбину, можно построить диаграмму распределения потоков пара между отдельными группами сопл (рис. 12.8,а) и относительных давлений (рис. 12.8,б) за регулирующими клапанами.

Сопловое парораспределение - №5 - открытая онлайн библиотека Сопловое парораспределение - №6 - открытая онлайн библиотека

а) б)

Рис. 12.8. Диаграмма распределения расходов пара между группами сопел (а) и относительных давлений (б) за регулирующими клапанами в турбине с сопловым парораспределением

Представленная диаграмма показывает, что расходы пара через полностью открытые клапаны сохраняются постоянными только до тех пор, пока отношение давления в камере регулирующей ступени к давлению свежего пара меньше критического (р10<e*=0,546). При отношении этих давлений, большем критического, расходы пара через полностью открытые клапаны по мере увеличения нагрузки и соответствующего повышения давления в камере регулирующей ступени уменьшаются.

Представленная диаграмма показывает, что располагаемый теплоперепад регулирующей ступени существенно изменяется. Его наибольшее значение имеет место при открытии одного клапана, когда закрыты остальные. При этом напряжения изгиба в лопаточном аппарате максимальны. Кроме того, формируются опасные колебания рабочих лопаток из-за периодического прохождения ими одной открытой сопловой решетки. Поэтому в ряде турбин открывают одновременно два клапана.

При сопловом парораспределении потери от дросселирования относятся не ко всему расходу пара, а только к той его части, которая протекает через частично открытый клапан. Поэтому экономичность турбин с сопловым парораспределением при частичных нагрузках выше, чем с дроссельным, где потери от дросселирования относятся ко всему расходу пара. По этой причине сопловое парораспределение получило наибольшее распространение в турбинах ТЭС, которые преимущественно в сравнении с турбинами АЭС работают при частичных нагрузках. Турбины, обеспечивающие несение базовой нагрузки в энергосистемах, выполняются с дроссельным парораспределением.