Turbine cu abur. Partea 1
PROCESUL DE UTILIZARE A TURBINEI DE ABURI MULTISTAJE
În plus față de cele auxiliare mici, turbinele cu abur, inclusiv turbinele de putere, precum și navele, sunt cele cu mai multe trepte.
În § 1.1 remarcat faptul că principala diferență între mai multe etape active și turbine reactive, care a fost vizibilă în prima perioadă a construcției turbinei, ulterior netezite considerabil, multe turbine cu abur moderne sunt adesea realizate cu etapele active în perechea de etape de inalta presiune si jet in joasa presiune. Cu toate acestea, semne de separare constructivă între turbinele active și reactive au supraviețuit până în prezent. De asemenea, unele caracteristici ale metodelor de proiectare ale ambelor turbine au fost păstrate. Prin urmare, în viitor, vom lăsa diviziunea condiționată între turbine active și reactive. Cu toate acestea, referindu-se la turbinele activi, le vom și etape de lucru cu un grad considerabil de reactivitate a preveni. Reactivele reprezintă turbine care au o reactivitate de pcp% 0,5 în majoritatea etapelor.
În Fig. 5.1 prezintă schema de proiectare a secțiunii de curgere a unei turbine active în mai multe trepte. O serie de discuri sunt montate pe arborele comun, la periferia căruia sunt lamele de lucru. Discurile sunt separate prin diafragme, în care sunt instalate lame de duze. În grilele duzei se produce expansiunea aburului. Elementul turbinei, constând dintr-o diafragmă și un disc ulterior care formează lamele de lucru
Grila de lucru reprezintă stadiul turbinei active. Diafragmele celor două etape adiacente formează o cameră în care este amplasat un disc care poartă o grilă de lucru.
În multe turbine este utilizată o distribuție de aburi a duzei. În acest caz, prima etapă, atunci când se schimbă vaporul, acționează cu o parțialitate diferită și în acest sens diferă de etapele ulterioare ale turbinei. Această etapă se numește reglare și se realizează cu picături de căldură relativ mici calculate sub forma unei etape active unice, cu căderi semnificative de căldură - sub forma unei etape de viteză pe două nivele.
Într-o turbină cu mai multe etape, transferul total de căldură disponibil de la starea inițială a aburului la presiunea din colectorul de ieșire este distribuit între etapele succesive ale turbinei. Astfel, fiecare dintre etape procesează doar o parte din transferul total de căldură care are loc pe întreaga turbină.
, în urma căreia viteza la ieșirea din matricea duzei crește la c
Cea mai mare parte a energiei \ 1 Fluxul de vapori cinetică este transformată în timpul controlului fluxului de lucru etapă zăbrelele energia de rotație a rotorului turbinei, astfel încât la ieșirea din rata lamelor de lucru debitului de abur are c2 neglijabil
Astfel, expansiunea aburului continuă în etapele următoare până când se atinge presiunea pk în orificiul de ieșire al turbinei. În etapele de presiune ridicată și medie a turbinei active, se oferă de obicei un grad redus de reactivitate. În etapele de joasă presiune, reactivitatea crește.
Linia ab în diagrama din Fig. 5.1 arată modificarea cuplului pe arborele turbinei. unitățile de torsiune transmise în fiecare etapă succesivă sunt însumate, un cârlig care crește valoarea cuplului și momentul totală M corespunde puterii totale / V, care este la frecvența de rotație a turbinei transmite un rotor conectat la acesta un generator de curent electric: N = = 10 „3 M (minute kW .
Un mic cuplu negativ pe capătul frontal al arborelui este determinat de consumul de putere pentru antrenarea pompei de ulei situată în stare activă. Stadiul de control activ cu o singură treaptă este de asemenea prezentat în Fig. 5.3. Deoarece stadiul de reglare funcționează cu o alimentare parțială a aburului, atunci pentru a asigura eficiența ridicată, treapta (§ 4.2) trebuie să fie proiectată cu un grad redus de reactivitate.
În spatele etapei de reglare sunt plasate etape reactive, care sunt întotdeauna efectuate cu o alimentare completă cu abur. În cazul utilizării parțiale de abur în turbinele active cu putere redusă în primele etape neregulate, această posibilitate este exclusă pentru turbinele cu jet.
Lămpile de lucru ale etapelor reactive sunt instalate direct pe tambur, iar lamelele duzei sunt fixate în carcasa turbinelor sau în cuști.
Amplasarea vanes de duze din diafragmelor și muncitorii de pe discurile în turbina cu jet ar conduce la forțe axiale mari, care acționează asupra rotorului (vezi. § 5.5), o creștere a dimensiunii axiale a turbinei și aprecierea acesteia.
În Fig. 5.3 prezintă graficele vitezelor de presiune și de vapori în turbina cu jet. În Fig. 5.4 Se construiește procesul de extindere a aburului într-o turbină cu jet într-o diagrama A. Deoarece expansiunea vaporilor are loc atât în duza, cât și în grilele de lucru, schimbarea stării vaporilor în timpul expansiunii sale este reprezentată de o curbă continuă netedă.
conform (3.33), etapele reactive la aceeași viteză circumferențială și procesează o cădere de căldură mai mică decât cele active, iar numărul acestora în turbina cu mai multe etape este mai mare.
Defalcarea transferului total de căldură între etapele individuale, care se realizează în turbine cu mai multe etape, creează o serie de avantaje care permit obținerea unei eficiențe ridicate a întregii turbine cu mai multe trepte.
Principalele avantaje ale unei turbine cu mai multe etape sunt următoarele.
1. Cu ajutorul unui număr semnificativ de etape, este posibilă selectarea unei mici căderi de căldură pentru fiecare etapă, chiar și la viteze circumferențiale moderate ale lamelor de lucru, pentru a furniza valorile n / rph pentru care eficiența etapelor individuale atinge un maxim.
2. Reducerea teplopsrepada și l legat ei etapă de reducere cu diametrul (la o oră dată rotație Goote) crește înălțimea duzei și lamelor de lucru sau pentru a crește partsialnoeti grade în acele etape, care lucrează cu debit volum redus de abur, cum ar fi etapa, situată în zona de presiune a vaporilor semnificative, unde volumele specifice de abur sunt mici. Prin urmare, chiar dacă turbina de putere 4000 kW și 6000 rpm /? = 50 1 / s în toate etapele turbinei, cu excepția reglementării, poate oferi, de obicei, un grad partsialnreti egal cu una, și o înălțime suficientă a duzei și lame de lucru.
În stadiul de reglare, gradul parțial nu ajunge la unitate, deoarece prezența pereților care separă un grup de duze de celălalt face necesară menținerea diferențelor dintre grupurile de duze care reduc gradul de parțialitate. Chiar dacă aburul din faza de reglare este alimentat de-a lungul întregii circumferințe, gradul de parțialitate în acesta nu este mai mare de 0,8-0,96.
Realizarea parțialității complete și a înălțimii suficiente a lamelor de etape neregulate ale turbinelor cu mai multe trepte este un factor esențial în creșterea eficienței turbinei.
Cu o contur de succes a secțiunii de curgere, energia cinetică a fluxului de vapori care părăsește stadiul turbinei poate fi parțial sau chiar complet utilizată în etapa ulterioară. Astfel, căderea de căldură disponibilă H0> H0 a majorității etapelor crește. Viteza de ieșire este complet pierdută, de obicei numai în etapele de reglare și finală a turbinei și a cilindrilor individuali.
Pierderile de energie la fiecare etapă a turbinei, așa cum se vede din LS în diagramele din fig. 5.2 și 5.4, determină o creștere a temperaturii aburului înainte de etapele următoare. Acest lucru conduce la ceea ce este de fapt disponibil picătură de căldură pentru orice pași intermediari, cum ar fi picături de căldură # 03 pentru a treia etapă (Fig. 5.2), realizate între isobars p și p“, puțin mai mare decât scăderea de căldură I od între aceleași isobars preluate isentropes miez. Astfel, pierderea în etapa precedentă determina o creștere a tsploperepada în etapele ulterioare și pot fi utilizate parțial în acesta.
Drept rezultat, suma diferențelor termice disponibile în turbina cu mai multe etape este mai mare decât transferul de căldură disponibil pentru întreaga turbină de-a lungul izentropului principal al Im0.
Posibilitatea utilizării parțiale în etapele ulterioare de pierderi în cursul etapelor anterioare reprezintă, de asemenea, un avantaj semnificativ al unei turbine cu mai multe etape.
Disiparea de căldură utilizată a întregii turbine poate fi găsită ca sumă a picăturilor folosite de etape individuale:
poate fi considerat un factor comun pentru semn
Aici H o reprezintă căderea de căldură disponibilă pentru întreaga turbină, luată de-a lungul curbei principale izentropice; (a - parte din pierderile (în unități termice) în etapele turbinelor, care pot fi utilizate în etapele ulterioare.
Pe de altă parte, pierderea de căldură pentru întreaga turbină este
Comparând cele două expresii pentru căldura utilizată, constatăm că eficiența întregii turbine r ^ va fi reprezentată după cum urmează:
Raportul дт = () 1Нт0 se numește coeficientul de recuperare a căldurii și determină ponderea pierderilor care pot fi utilizate în etapele ulterioare ale turbinei.
Astfel, formula (5.3) arată că eficiența relativă a întregii turbine cu mai multe etape este mai mare decât eficiența medie a etapelor sale individuale.
Pentru o estimare aproximativă a coeficientului de recuperare a căldurii, se poate folosi această formulă convenabilă:
în care coeficientul kT pentru turbinele care funcționează numai în regiunea aburului supraîncălzit trebuie să fie egal cu 4,8 * 10
4; dacă întreaga linie a procesului se află în regiunea aburului umed, t = 2,8 10
4 și pentru turbinele în care procesul de dilatare trece de la regiunea supraîncălzită la regiunea vaporilor umedi, m = (3,2 - 4,3) -104. În formula (5.4), dimensiunea Hm0 kJ / kg.
Diagrama din Fig. 5.5 prezintă curbele pentru schimbarea coeficientului de recuperare a căldurii ca funcție de numărul de trepte de turbină pentru diferite valori ale eficienței interne relative a treptei. Aceste curbe sunt calculate pentru un proces în care p0 = 9,0 MPa, I0 = 500 ° C, Rk = 4 kPa (m = 3,8 10
4). valoare <ут для обычных проточных частей составляет 0,03 ч-0,08.
Formulele (5.2) (5.4) s-au găsit presupunând că pierderile de căldură ale etapelor individuale sunt egale una cu cealaltă. Dacă aceste condiții nu sunt respectate, eroarea de estimare a coeficientului de recuperare a căldurii poate crește, deși în majoritatea cazurilor precizia determinării este suficientă pentru calcule practice.
5. Într-o turbină cu mai multe etape, se pot realiza probe de aburi pentru încălzirea regenerativă a apei de alimentare, ceea ce mărește semnificativ eficiența economică a ciclului termic, adică eficiența instalației de grinzi.
Factorii pozitivi menționați mai sus fac posibilă obținerea unei economii sporite într-o turbină cu mai multe etape și în întreaga instalație a turbinei. În același timp, în turbina cu mai multe trepte apar pierderi suplimentare, care nu sunt prezente în turbine cu o singură treaptă sau care nu au semnificație semnificativă în aceste turbine. Astfel, de exemplu, pierderile din fluxul de abur, care pot fi neglijate în turbine cu o singură treaptă, în turbine cu mai multe etape, au uneori un efect puternic.
Deoarece presiunea din camera de control este mai mare decât presiunea atmosferică, o parte din abur care părăsește grupurile de duze ale stadiului de reglare curge prin etanșare din camera de scenă și nu participă la lucrările etapelor ulterioare (vezi § 5.3). În plus, scurgerile de abur este, de asemenea, să apară prin sigiliul intermediar diafragma, astfel încât nu toată cantitatea de abur merge la etapele ulterioare ale turbinei, trece prin orificiul duzei; Există, de asemenea, scurgeri de abur prin decalajul radial al lamelor de lucru. Prezența acestor scurgeri poate duce la o reducere semnificativă a eficienței stadiului, în special în acele etape care lucrează cu cantități mici de aburi (a se vedea § 4.3). În cazul în care este ales designul corect, acestea suplimentare
și asigură o eficiență ridicată într-o turbină cu mai multe etape.
Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că turbinele în mai multe etape sunt mașini complexe și costisitoare, a căror utilizare este justificată de realizarea economiei necesare.
Dacă pentru turbinele cu capacitate mare câștigul de creștere a eficienței la execuția lor este în mai multe etape este mai semnificativ decât costul construcției, atunci pentru turbinele cu putere redusă. folosit pentru a conduce diverse unități, întrebarea dacă se efectuează o turbină cu o singură treaptă sau cu mai multe etape este rezolvată pe baza calculelor tehnice și economice. În instalațiile de transport, alegerea numărului de etape este asociată și cu limitarea masei și a dimensiunilor turbinelor.
Trimiteți-le prietenilor: