Турбина с противодавлением принцип работы

Паровые турбины

Паровые турбины — принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Турбины для комбинированной выработки теплоты и электрической энергии

Общая оценка тех экономических преимуществ, которые связаны с комбинированной выработкой теплоты и электрической энергии, была дана в § 1.4. Экономический выигрыш при использовании теплоты отработавшего в турбине пара определяется тем, что скрытая теплота парообразования, которая в конденсационных установках теряется с охлаждающей водой

конденсаторов, в установках, построенных для комбинированной выработки теплоты и электрической энергии, полностью или частично используется для покрытия бытовых или промышленных потребностей прилегающего к электростанции района.

Турбины, которые не только служат приводом генератора электрического тока, но и снабжают теплотой внешних потребителей, получили общее название теплофикационных турбин и разделяются на следующие основные типы:

турбины с противодавлением;

турбины с одним регулируемым отбором пара;

турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением;

турбины с двумя регулируемыми отборами пара;

турбины с отборами нерегулируемого давления.

Турбины с противодавлением

Схема установки турбины с противодавлением показана на рис. 9.1. Свежий пар подводится из котла с давлением

от 0,4 до 0,7 МПа, а в некоторых случаях до 1,3—1,8 МПа (см. табл. 1.3 и 1.4).

Пар, покидающий турбину с противодавлением, расходуется лишь в том количестве, которое необходимо тепловому потребителю. Поэтому мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, связана с нагрузкой теплового потребителя. В самом деле, мощность турбины выражается равенством

при постоянных параметрах пара зависит

только от пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад не меняется, мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом протекающего через нее пара. Очевидно, что турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электроэнергии, лак как график потребления электроэнергии, как правило, не совпадает с графиком теплового потребления. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением обычно не устанавливаются изолированно, а применяются для параллельной работы с конденсационными турбинами (рис. 9.1).

При такой параллельной работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, идущего к тепловому потребителю, в то время как остальную выработку электрической энергии обеспечивают конденсационные турбины.

Само собой разумеется, что необязательно турбины с противодавлением и конденсационные турбины должны устанавливаться на одной и той же электростанции. Важно, чтобы их генераторы были включены на общую электрическую сеть. Это позволяет рационально распределить нагрузку между турбинами.

Работая по тепловому графику, турбина с противодавлением покрывает лишь часть электрической нагрузки; остальная электрическая нагрузка ложится на конденсационную турбину. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется редуцированный свежий пар в том случае, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины с противодавлением. Установленный редуктор давления пара 3 позволяет также снабжать теплового потребителя паром в периоды ремонтов турбины с противодавлением.

То обстоятельство, что мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбогенератора, а это в свою очередь ограничивает область применения турбин с противодавлением.

В самом деле, допустим, что турбина с противодавлением должна обслуживать систему отопления. В этом случае значительная нагрузка турбины достигается лишь в холодные зимние месяцы, при большом расходе теплоты на отопление. В летнее время, когда отопление не требуется, турбина может оказаться совсем без нагрузки, и тогда не только сама турбина, но и связанное с ней электрическое оборудование не используются. Поэтому турбина с противодавлением целесообразна при таких тепловых потребителях, нагрузка которых держится на достаточно высоком уровне круглый год, например для химического производства. Давление пара, идущего к тепловому потребителю, как правило, требуется поддерживать постоянным.

Аналогично приведенному в § 1.2 уравнению моментов, связывающему изменение электрической нагрузки с частотой вращения ротора турбины, можно написать уравнение расходов, связывающее тепловую нагрузку с противодавлением турбины:

Читайте также  Принцип работы ручного тормоза на дисковых тормозах

—секундный расход пара.

проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

Таким образом, всякое нарушение равенства между количеством пара, идущего от турбины, и количеством пара, расходуемого тепловым потребителем, приводит к изменению давления отработавшего пара.

Для того чтобы турбина с противодавлением могла автоматически поддерживать расход пара, необходимый тепловому потребителю, турбина помимо регулятора скорости снабжается регулятор ом давления.

Система регулирования при работе турбины по тепловому графику находится под воздействием регулятора давления. Лишь в том случае, если при работе по тепловому графику произойдет отключение агрегата от сети и генератор разгрузится до нуля, в работу под влиянием повышения частоты вращения вступит регулятор скорости.

В конструктивном отношении турбина с противодавлением отличается от конденсационной только тем, что в ней нет ступеней, работающих в области низких давлений (см. рис. 10.35, 10.43). Поэтому турбина с противодавлением выполняется так же, как часть высокого давления конденсационной турбины, и обычно состоит из регулирующей ступени и ряда последующих нерегулируемых ступеней.

При выборе конструкции турбины с противодавлением решающее значение имеют объемный пропуск пара, на который должна быть рассчитана турбина, и график нагрузки, с которым турбина будет работать.

Поскольку в турбине с противодавлением нет ступеней, работающих при давлении ниже атмосферного, то отпадают все трудности, связанные с проектированием лопаток для больших объемных пропусков пара. Даже в турбинах с противодавлением, рассчитанных на очень большие массовые расходы пара, высоты последних лопаток получаются умеренными. Расходы пара, которые могут быть пропущены через однопоточиую турбину при работе ее с противодавлением, очень велики.

велико, дроссельное парораспределение в таких турбинах применять не рекомендуется.

Однако применение соплового парораспределения само но себе еще не определяет характера изменения экономичности при недогрузках турбины. Вместе с тем для турбины с противодавлением закон изменения КПД при уменьшении пропуска пара представляет особый интерес, так как такая турбина, обслуживая тепловою потребителя, нередко должна работать с переменным в широких пределах расходом пара. В § 8.5 было показано, что КПД турбины при ее недогрузках сохраняется тем устойчивее, чем больший расчетный теплопе-репад принят для регулирующей ступени.

При распределении расчетного теплоперепада между регулирующей и последующими ступенями следует иметь в виду, что чем меньше тенлоперепад, принятый в качестве расчетного для регулирующей ступени, и чем соответственно больше общее число ступеней, тем выше может быть достигнут КПД при полной нагрузке, однако тем резче падает КПД турбины при уменьшении расхода пара.

На рис. 9.2 показаны кривые изменения КПД в зависимости от относительного пропуска пара для трех вариантов выполнения турбины.

Кривая а построена для турбины, состоящей из одной двухвеиечной ступени скорости, кривая Ь — для турбины, в которой при расчетной нагрузке 30% теплоперепада приходится на регулирующую ступень, в то время как остаток теплоперепада срабатывается в группе нерегулируемых ступеней.

построены в предположении идеального соплового парораспределения, т. е. без учета дросселирования в частично открытом клапане.

Диаграмма рис. 9.2 показывает, что в тех случаях, когда турбина работает с меняющейся в широких пределах нагрузкой и когда число часов использования турбины при малых нагрузках велико, оказывается целесообразным выделить при расчетном режиме значительную долю теплоперепада на регулирующую ступень и всю машину выполнить с небольшим числом ступеней. Наоборот, чем ровнее предполагаемый график нагрузки турбины и чем ближе средняя по графику нагрузка к расчетной, тем рациональнее увеличивать число ступеней и сокращать долю теплоперепада, приходящегося на регулирующую ступень при максимальной нагрузке.

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.

ТУРБИНЫ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.

Рис. 19.1. Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением типа Р и конденсационной турбиной.

Свежий пар с параметрами p и t подводится к турбине 1 из котла. В турбине происходит расширение пара до конечного давления рк, отработавший пар поступает к потребителю теплоты 4.

Для турбин с противодавлением характерен режим работы по тепловому графику(расход отработавшего пара определен тепловым потребителем).

Развиваемая турбиной без отборов элек­трическая мощность N

Так как КПД ηоэпри постоянных пара­метрах пара зависит от объемного пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад Н не меняется, то мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом Gппара и не может быть изменена без изменения теплового потребления.

Как правило, графики потребления тепловой и электрической энергии не совпадают и турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электрической энергией. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением устанавливают параллельно с конденсационными турбинами 2. При параллельной работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, необходимого тепловому потребителю, а остальная выработка электрической энергии обеспечивается конденсационными турбинами. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя до­бавляется редуцированный свежий пар, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины. Редукционно-охладительная установка (РОУ) 3 позволяет также снабжать теплового потребителя 4 паром в период остановов турбины 1.

То обстоятельство, что электрическая мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбоагрегата, что ограничивает область применения турбин с противодавлением.

19.2. ТУРБИНЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ ПАРА

Конденсационные турбины с регулируемыми отборами пара могут одновременно удо­влетворять внешних потребителей электрической энергией и теплотой, поэтому они получи­ли широкое распространение. В отличие от турбин с противодавлением у турбин с регулируемыми отборами пара выработка электрической энергии не зависит от тепловой нагрузки.

Турбина с регулируемым отбором пара состоит из двух частей (рис. 19.2, а): группа ступеней 1, расположенных до отбора, называется частью высокого давления (ЧВД), а группа ступеней 2 от отбора до конденсатора 3—частью низкого давления(ЧНД). Свежий пар подводится к турбине с давлением p и температурой t через стопорный 8 и регулирующий 7 клапаны. В ЧВД пар расширяется до давления pп, которое поддерживается постоянным и определяется тепловым потребителем 9. Пройдя ЧВД, поток пара G делится: часть пара Gп через отсечной 4 и обратный 5 клапаны идет к тепловому потребителю 9, а часть пара Gк направляется через регулирующие органы 6 в ЧНД, где расширяется до давления pк в конденсаторе 3. РОУ 10 служит для снабжения паром теплового потребителя 9 в период останова турбины 1.

Рис. 19.2. Принципиальная схема (а) и процесс расширения пара (б) в h,S-диаграмме турбинной установки с регулируемым отбором пара

Электрическая мощность турбины Nэс одним регулируемым отбором пара (без учета отборов пара на регенерацию) опреде­ляется из выражений:

где N i и N i »—внутренние мощности ЧВД и ЧНД, кВт; Gо, Gп, Gк расходы пара через турбину, ЧВД, ЧНД, кг/с; hо,hп , hк —энтальпия свежего пара, пара в отборе, отработавшего пара (рис. 6.2, б), кДж/кг; Н, Н, Н» — располагаемые теплоперепады турбины, ЧВД, ЧНД, кДж/кг; η0i, η0i, η0i » —

внутренние относительные КПД турбины, ЧВД, ЧНД; ηм — механический КПД; ηэг КПД генератора.

Исключив из (6.2) расход пара в конден­сатор Gк, получим выражение для расхода свежего пара на турбину с отбором пара

При постоянных использованных теплоперепадах ЧНД Н i « и всей турбины Н i расход пара на турбину с регулируемым отбором за­висит от электрической мощности Nэ и отбора пара Gп на тепловое потребление.

Особенности турбин с регулируемым отбором пара :

1. Для турбин с отбором в зависимости от тепловой нагрузки принято различать две группы режимов: конденсационные и теплофикационные.

Режим работы турбины, когда расход пара в регулируемый отбор равен нулю, называют конденсационным.

Теплофикационные режимы характеризуются наличием тепловой нагрузки. В зависимости от ее характера турбины могут иметь режим работы по тепловому или электрическому графику. При работе турбины по тепловому графику электрическая мощность определяется тепловой нагрузкой и не может быть изменена без соответствующего изменения теплового потребления. На таких режимах регулирующие органы ЧНД находятся в неподвижном положении, а изменение нагрузки теплового потребителя и мощности турбины обеспечивается органами парораспределения ЧВД. При этом возможен режим работы турбины с противодавлением, когда регулирующие органы ЧНД закрыты и весь пар направляется в регулируемый отбор. В таком режиме через ЧНД принудительно пропускается некоторое количество пара для отвода теплоты трения вращающихся элементов ротора.

На режимах работы турбины по электрическому графику регулирующие органы ЧНД могут иметь произвольную степень открытия. Для турбин с регулируемым отбором пара, работающих по электрическому графику с независимым заданием электрической нагрузки, характерны наличие тепловой нагрузки, которая ограничивает возможность снижения электрической мощности ниже минимального значения, определяемого регулируемым отбором пара, и возможность увеличивать электрическую мощность до максимальной за счет пропуска пара в конденсатор.

2. Многообразие возможных режимов работы турбин с отбором пара определяет изменение в широком диапазоне количества пара, протекающего через ЧВД. Поэтому в турбинах с отбором пара применяют сопловое парораспределение.

3. В турбине с отбором пара (рис. 19.2) регулированию подвергаются потоки пара, поступающие как в ЧВД, так и в ЧНД, причем давление пара, отводимого к тепловому потребителю, поддерживается постоянным и не зависящим от мощности и расхода пара.

Если в результате неправильной работы системы регулирования регулирующие органы ЧНД закроются раньше, чем регулирующие клапаны ЧВД, то корпус ЧВД и примыкающие к нему трубопроводы могут оказаться под полным давлением пара, идущего из котла, что приведет к механическим повреждениям этих элементов турбоустановки. Для предотвращения возможных аварийных ситу­аций на паропроводе, связанном с камерой отбора, обязательно устанавливают предохранительный клапан 11 (рис. 19.2).

4. К турбине с регулируемым отбором пара примыкает паропровод отбираемого пара, имеющий большую емкость. Если при внезапном отключении генератора не закроются регулирующие органы ЧНД, то пар из паропровода отбора может пойти обратно через ЧНД в конденсатор. При этом пар, расширяясь в ЧНД, может разогнать турбину до скорости, вызывающей ее разрушение. Для предохранения турбины от разгона на паропроводах как регулируемых, так и нерегулируемых отборов обязательно устанавливают обратные клапаны 5. Кроме того, предусмотрено принудительное закрытие отсечного клапана 4 и регулирующих органов 6 одновременно с закрытием регулирующего 7 и сто­порного 8 клапанов на линии подвода свежего пара в турбину (рис. 19.2).

Читайте также  Принцип работы роторного двигателя внутреннего сгорания

5. Когда линия отбора пара питается от нескольких турбин, возможно существенное понижение давления в ней при аварийном останове одной из турбин. При этом резко возрастает перепад давлений на диафрагмах последних ступеней ЧВД турбин, оставшихся в работе, что может привести к их механи­ческим повреждениям. Эта опасность тем больше, чем выше давление отбираемого пара. Для повышения надежности работы турбины должно быть предусмотрено устройство, отключающее доступ пара в турбину или линию отбора при внезапном повышении перепада давлений на последней ступени ЧВД. В теплофикационных турбинах такой опасности не существует, так как диафрагма последней ступени ЧВД этих турбин рассчитана на уменьшение давления в отборе до нуля.

Ерёмин Б.М. «Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании»

Ерёмин Борис Михайлович,
технический директор АНО «ДИЭКС»

Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании

В работе подробно описывается принцип работы турбины с противодавлением, предлагаются формулы по определению необходимых параметров и указываются требования промышленной безопасности при ее использовании.

В профессиональном мире под турбинами понимают ротативный тепловой двигатель, который способен беспрерывно преобразовывать тепловую энергию рабочего вещества в механическую. Такая турбина состоит из двух составляющих:

Ротор — вращающаяся часть.

Статор — неподвижная часть.

Чтобы работа турбины была возможна необходимо, чтобы соблюдалось одно главное условие — наличие разности в давлениях между рабочими лопатками и сопловым аппаратом.

В современных энергетических системах турбины с противодавлением работают не отдельно от конденсационных, а параллельно с ними. В этом случае турбина противодавления вырабатывает то количество энергии, которое определяется расходом пара. Нет необходимости устанавливать на одном объекте конденсационные турбины, достаточно, чтобы оба вида агрегатов были включены в единую сеть. К сожалению, мощность турбины с противодавлением определена нагрузкой потребителя, что существенно ограничивает область их использования.

Устанавливать такое оборудование стоит там, где оно сможет работать с постоянной нагрузкой, к примеру, в северных районах, когда тепловое потребление практически не прекращается. Если рассматривать с конструкционной стороны разницу между конденсационной турбиной и с противодавлением, то в последней нет ступеней, работающих в области низкого давления.

Графически изобразить схему установки турбины с противодавлением можно следующим образом:

1 — турбина с противодавлением;

2 — конденсационная турбина;

3 — редукционно-охладительная установка.

В нашем случае пар выходит из парогенератора с Р давлением, затем идет в турбину, здесь наблюдается его расширение до давления Рп. далее пар отправляется в сетевые подогреватели, а отсюда к потребителю тепла. Если говорить о промышленных целей, то пар используется с давлением от 0,4 до 0,7 МПа, а в некоторых случаях и до 1,8 МПа.

Мощность используемой турбины можно рассчитать по формуле:

где G — расход свежего пара;

H0 — располагаемый теплоперепад;

Ƞоэ — относительный электрический КПД, равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.

Именно потому, что Ƞоэ при неизменных процессах зависит от пропуска пара сквозь турбину, мощность будет определяться исключительно из расхода пара, проходящего через нее.

Использование этого типа оборудования совместно с конденсационным связано с тем, что работая изолированно турбины с противодавлением не могут обеспечить одновременно потребителя электроэнергией и теплом. при совместной работе ответственность за электроэнергию в большей степени берет на себя компенсационное оборудование.

Как правило, давление пара в данном случае приходится поддерживать все время постоянным. Уравнение расходов, которое будет связывать противодавление и тепловую нагрузку, в данном случае будет иметь вид:

где V — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;

G1 — секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

G2 — секундный расход пара, отводимый к потребителю;

P и T — давление и температура отработавшего в турбине пара.

Наше уравнение демонстрирует что давление отработавшего пара будет неизменным лишь тогда, когда количество пара прошедшего через турбин G1,у, равно количеству пара поступающему к потребителю G2. Если G1>G2, то dP/dt>0, то есть давление растет и наоборот, если G1 0, где Р —давление свежего пара, Р2 — давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара в регулирующем клапане при недогрузке оборудования.

Поскольку в ТПД отношение Р2 велико, дроссельное парораспределение применять не рекомендуется. Чем выше Р2, тем большее число клапанов необходимо устанавливать.

Важно отметить, что использование соплового распределения еще не оправдывает характер экономичности при полной нагрузке турбины. Коэффициент полезного действия ТПД при недозагрузке лучше сохраняется при большем теплоперепаде для регулирующей степени. Если имеется идеальное парораспределение, то и перепад ступни будет постоянным независимо от нагрузки, а следовательно отношение скоростей тоже не меняется U/Сф, U — окружная скорость рабочей решетки U= Wd/2.

Где W — угловая скорость рабочих лопаток;

d — диаметр ступени;

Сф — фиктивная скорость.

Использование установок с одной степенью стало востребовано с агрегатами, у которых небольшие теплоперепады, работающих в условиях большой переменной нагрузки. Если необходима в условиях создания котельных турбина с большой мощностью, устанавливать такое оборудование нельзя, одной ступни может быть недостаточно. Если мы будем говорить конкретно о производственных мощностях, то там чаще всего используется одна регулируемая ступни и последующие нерегулируемые. Получается, что многоступенчатая конструкция одна из наиболее безопасных и востребованных в промышленных масштабах.

В рамках таблицы можно рассмотреть параметры комбинированной установки для мини-ТЭЦ, которая состоит из нескольких котлов ДКВр и ДЕ, бутанового контура и противодавленческой турбины.

Турбины с противодавлением

Теплоты и электрической энергии

Основным видом теплоснабжения, используемого для обеспечения тепловой энергией социальных и производственных объектов, в РФ является централизованное теплоснабжение посредством комбинированной выработки теплоты и электрической энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Упрощенная тепловая схема отопительной ТЭЦ показана на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Тепловая схема отопительной ТЭЦ

Паровые турбины ТЭЦ, предназначенные для выработки не только электрической, но и тепловой энергии, относятся к классу теплофикационных. Они выполняются с конденсацией пара и без нее. В первом случае турбины имеют отопительный (регулируемый) отбор пара для отопления зданий (турбины Т) или производственный отбор для обеспечения технологических потребностей промышленных предприятий (турбины П), а также с совмещением отборов (турбины ПТ). Турбины, в которых после расширения водяной пар направляется не в конденсатор, а производственному потребителю, называют турбинами с противодавлением (тип Р). Кроме того, в эксплуатации находятся турбины типа ПР с промышленным отбором пара и противодавлением. Регулирующими органами, обеспечивающими необходимый расход водяного пара в отопительные отборы, являются поворотные диафрагмы, а в производственные – регулирующие клапаны.

Турбины с противодавлением

Для турбин с противодавлением характерен режим эксплуатации по тепловому графику, при котором расход водяного пара определяется производственным потребителем. Поэтому графики выработки тепловой и электрической энергий не совпадают, что предопределяет необходимость работы таких турбин параллельно с конденсационными турбинами (рис. 16.2). При этом турбина с противодавлением вырабатывает электроэнергию, определяемую расходом пара GП тепловому потребителю: . В периоды останова таких турбин снабжение потребителя осуществляется через редукционно-охладительную установку (РОУ).

Рис. 16.2. Схема включения паровой турбины с противодавлением 1

параллельно с конденсационной турбиной 2

Диаграмма режимов турбины типа Р, выражающая зависимость G=f(N Э , p п) расхода свежего пара от электрической мощности и противодавления рп, показана на рис. 16.3.

Диаграммы режимов получают либо путем расчета турбины на переменный режим, либо экспериментально. В общем случае они не являются прямыми линиями, однако во многих случаях в практических расчетах их считают прямыми. Значительное отклонение от прямой наблюдается только при малых значениях мощности, когда КПД турбины значительно уменьшается. Она будет равна нулю (Nэ = 0) при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве Gх.х., тратится только на поддержание ее номинальной частоты вращения (расходуется на преодоление трения в подшипниках и о паровую среду).

Рис. 16.3. Диаграмма режимов паровой турбины с противодавлением

Из рис.16.3 видно, что турбины типа Р целесообразно применять для тепловых потребителей, нагрузка которых поддерживается неизменной в течение года (например, для химического производства). Тогда противодавление рп будет постоянным. При изменении расхода Gп и постоянном значении G противодавление изменяется. Для поддержания постоянного значения противодавления турбина Р снабжается помимо регулятора скорости регулятором давления. Обычно такие турбины выполняются как часть высокого давления конденсационной турбины с сопловым парораспределением.

Турбины с противодавлением

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Декабря 2012 в 15:18, реферат

Описание работы

Паровая турбина является силовым двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Вал турбины непосредственно или при помощи зубчатой передачи соединяется с рабочей машиной. В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина может быть применена в самых различных областях промышленности: в энергетике, на транспорте, в морском и речном судоходстве и т.д.

Содержание работы

Введение 3
Турбины с противодавлением. Условия применения. 4
Устройство турбин с противодавлением 8
Регулирование турбин с противодавлением 12
Список литературы 14

Файлы: 1 файл

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.docx

Министерство науки и образования Российской Федерации

Поволжский государственный технологический университет

Кафедра энергосбережения предприятий

Реферат по дисциплине:

,, Современные паровые турбины ”

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ

Выполнил: студент ММФ

Проверил: Карчин В.В.

Турбины с противодавлением. Условия применения. 4

Устройство турбин с противодавлением 8

Регулирование турбин с противодавлением 12

Читайте также  Принцип работы топливного фильтра дизельного двигателя

Список литературы 14

Паровая турбина является силовым двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала. Вал турбины непосредственно или при помощи зубчатой передачи соединяется с рабочей машиной. В зависимости от назначения рабочей машины паровая турбина может быть применена в самых различных областях промышленности: в энергетике, на транспорте, в морском и речном судоходстве и т.д.

Паровая турбина является основным типом двигателя на современной тепловой электростанции и в том числе атомной. Паровая турбина обладает большой быстроходностью, отличается сравнительно малыми размерами и массой и может быть построена на очень большую мощность (более 1000 МВт), превышающую мощность какой-либо другой машины. Вместе с тем у паровой турбины исключительно хорошие технико-экономические показатели: относительно небольшая удельная стоимость, высокие экономичность, надежность и ресурс работы, составляющий десятки лет.

Задачей данной работы является ознакомление с многообразием паровых турбин. Все многообразие современных паровых турбин можно классифицировать по 8 основным признакам:

1. По использованию в промышленности;

2. По числу ступеней;

3. По направлению потока пара;

4. По числу корпусов (цилиндров);

5. По принципу парораспределения;

6. По принципу действий пара;

7. По характеру теплового процесса;

8. По параметрам свежего пара;

Условия применения турбин с противодавлением

Турбина с противодавлением представляет собой машину, весь отработавший пар которой при давлении, превышающем атмосферное, поступает в нагревательные устройства, где его теплота используется для производственных или бытовых целей.

К турбинам с противодавлением следует отнести также предвключенные турбины, как правило рассчитанные на высокое начальное давление и высокое противодавление. Отработавший пар этих турбин используется в турбинах нормального давления.

Еще не так давно предприятия, нуждающиеся в больших количествах пара низкого давления (2—5 ата) для целей отопления или варки, сушки и иных технологических процессов (например, химические, бумажные, текстильные, спичечные, сахарные и другие заводы), устанавливали для получения этого пара котельные установки низкого давления с отдачей пара непосредственно потреб лям тепла.

Несколько реже применялись установки более высокого давления (10—12 ата), в которых некоторая часть пара предназначалась для машин, снабжавших завод механической или электрической энергией, а другая часть шла на нужды производства через понижающий давление (редукционный) клапан. Устраивались также котельные смешанного типа с котлами различного давления. Все эти способы снабжения производства паром н «силовой» энергией связаны со значительными тепловыми потерями, в рассмотрение которых мы здесь входить не будем.

В настоящее время получили распространение установки, в которых роль редукционного клапана возложена на турбину, включенную между паровым котлом достаточно высокого давления и аппаратами — потребителями пара низкого давления. Снижение давления пара до значения, требуемого производством, происходит в том случае в турбине, а механическая энергия вращения вала турбины пли электрическая энергия от соединенного с ней генератора получается в виде побочного продукта, для получения которого приходится затратить только небольшое добавочное количество топлива.

Эта энергия обходится очень дешево: действительно, в нагревательных аппаратах предприятия теплота пара используется почти полностью, включая теплоту конденсации (парообразования), чего мы не имеем в нормальных конденсационных теплосиловых установках. Конденсат из нагревательных аппаратов возвращается обратно в котлы, так что теплота его теряется только в небольшой части. Таким образом, потерн в такой установке в основном сводятся к утечкам пара и конденсата, трению в подшипниках, потерям в генераторе и лучеиспусканию турбины и паропроводов. Коэффициент полезного действия подобной турбинной установки достигает 90— 95%; иначе говоря, только 5—10% теплоты полученного из котла пара теряется непроизводительно. Таким образом, турбинная установка с противодавлением является наиболее экономичной из всех существующих типов теплосиловых установок.

На рис. 6-2 изображен тепловой баланс небольшого турбогенератора с противодавлением. Сравнивая его с приведенным на рис. 6-1 тепловым балансом конденсационного турбогенератора такой же мощности, мы видим, что наибольшая часть теплоты пара в первом случае эффективно используется для нужд производства, а во втором случае бесполезно уносится охлаждающей водой конденсационного устройства.

Очевидно, что турбину с противодавлением целесообразно устанавливать только в том случае, если весь проходящий через нее пар может быть всегда использован для нужд производства, так как выпускать излишки пара в атмосферу (работать на выхлоп) и терять, таким образом, его тепловую энергию невыгодно. Следовательно, потребность предприятия в паре должна быть всегда равна или немного превышать то количество пара, которое проходит через турбину; недостающее для производства количество пара пополняется непосредственно из котла через редукционный клапан.

В тех случаях, когда потребность предприятия в электрической энергии невелика, а для нужд производства требуется очень много пара, имеется возможность установить турбогенератор большой мощности с необходимым расходом пара и отдавать избыток электрической энергии на сторону, например другому предприятию.

Рис. 6-3 Схема теплосиловой установки с противодавлением.

Давление пара, используемого для технологических процессов производства, как правило, должно оставаться неизменным, несмотря на возможные колебания в расходе пара. Таким образом, нагрузка турбины (количество вырабатываемой электрической энергии) всецело зависит от потребности производстве в греющем паре и меняется вместе с ней.

Такая работа турбинной установки носит название «работы по тепловому графику» в отличие от «работы по электрическому графику», при которой нагрузка турбины определяется потребностью в электрической энергии.

В тех случаях, когда предприятие имеет сильно колеблющиеся по времени дня или года расход пара, работа одной турбины с противодавлением будет невыгодной из-за необходимости временами работать полностью или частично на выхлоп для удовлетворения потребности в электрической энергии. Поэтому параллельно турбине с противодавлением часто устанавливают конденсационную турбину, нагрузку которой можно регулировать в зависимости от потребности в электрической энергии.

Устройство турбин с противодавлением

Турбина с противодавлением представляет собой сравнительно несложную машину. Для того чтобы получить в выпускном патрубке турбины необходимое повышенное давление пара (обычно 1,2—6 ата), нужно, вообще говоря, отбросить последние ступени конденсационной турбины.

При достаточно большом теплоперепаде турбины с противодавлением, особенно турбины большой мощности, выполняются многоступенчатыми. Это обеспечивает получение более высокого к. п. д. турбины (заметим лишь, что снижение к. п. д. при недогрузке у многоступенчатой турбины происходит более резко, чем у одноступенчатой).

Расход пара на единицу мощности (удельный расход) у турбин с противодавлением значительно выше, чем у конденсационных турбин; в зависимости от величины противодавления он составляет от 8—20 до 50-60 кг/кВт*ч против 3—5 кг/вт*ч расхода конденсационных турбин. Это обстоятельство нетрудно понять, если учесть, что в области более высоких давлений располагаемые перепады тепла при данном перепаде давлении невелики (см. is-диаграмму), и для получения определенной мощности приходится использовать большие весовые количества пара. Например, турбина, работающая сухим насыщенным паром с перепадом давлений от 12 до 4 ата, теоретически должна переработать примерно в 4 раза большее количество пара, чем конденсационная турбина такой же мощности, использующая перепад давлений от 12 до 0,06 ата. Отсюда ясно, что удельный расход пара сильно увеличивается с повышением противодавления. К тому же и к. п. д. у турбин с противодавлением обычно ниже, чем у конденсационных турбин, что связано главным образом с небольшими высотами сопел и лопаток и значительными утечками пара через концевые уплотнения.

Одноступенчатые турбины с противодавлением выполняются всегда по активному типу; многоступенчатые же турбины всегда имеют первую регулирующую ступень активную (одновенечную или двухвенечную), что необходимо для применения соплового регулирования, а последующие ступени могут быть выполнены как активными, так и реактивными, аналогично тому, как это принято на том или ином заводе делать у конденсационных турбин.

Примером небольшой современной турбины с противодавлением может служить турбина АР-4-3 (новое обозначение Р-4-35/3) мощностью 4 000 кВт, изготовляемая Калужским турбинным заводом (рис. 6-4). Эта турбина рассчитана на 3 000 об/мин. начальные параметры пара 35 ата, 435° С и противодавление 3 ата.

Проточная часть турбины состоит из двухвенечного диска Кертиса и девяти одновенечных активных ступеней. Корпус турбины простой цилиндрической формы с двумя выхлопными патрубками небольшого диаметра (250 мм) по бокам. С переднего конца турбина опирается на упругую опору из листовой стали, допускающую свободное расширение корпуса при нагревании.

Турбина имеет гидродинамическую систему регулирования и соединена с валом генератора гибкой муфтой.

Схема регулирования приведена на рис. 6-4. Главный масляный центробежный насос, рабочее колесо которого отковано заодно с валом, подает масло к трансформатору давления 2. Золотник трансформатора давления при изменениях напора масла перемещается относительно своей буксы и изменяет проходное сечение слива из импульсной линии, присоединенной к напорной линии насоса через дроссельную шайбу 3. К импульсной линии присоединен отсечной золотник 4, управляющий впуском и выпуском масла из полостей сервомотора 5.

Рис 6-4. Схема регулирования турбин с противодавлением Калужкого турбинного завода.

Изменение давления масла в импульсной линии вызывает перемещение отсечного золотника, что влечет за собой соответствующее перемещение сервомотора 5, связанного с паровпускными клапанами, и изменение в поступлении пара в турбину.

Регулятор давления 6, в нижнюю полость которого подведен пар из выхлопного патрубка турбины, действует так же, как трансформатор давления, изменяя слив из импульсной линии 7 при изменениях давления отработавшего пара.

Все механизмы системы регулирования размещены па крышке переднего подшипника.

Клапаны подвешены к траверсе, перемещаемой в вертикальной плоскости штоками, соединенными с сервомотором. Этот тип парораспределительного механизма принят на всех турбинах Калужского турбинного завода, но число клапанов зависит от мощности турбины и составляет от 4 до 10.

Рис. 6-5 Продольный разрез турбины с противодавлением АР-4-3 мощностью 4 000 кВт Калужского турбинного завода.