44.Как влияет режим работы турбины при малых объемных расходах пара на экономичность и надежность турбины.

Влияние уменьшения объемного расхода на экономичность турбины. Так как процессы, рассмотренные выше, имеют место последовательно, начиная с последней ступени, то прежде всего рассмотрим, как они влияют на работу этой ступени.

Уже из наличия самого факта уменьшения теплоперепада на ступень и уменьшения количества пара, поступающего на нее в единицу времени, ясно, что мощность ступени при снижении расхода, или увеличении давления в конденсаторе, или того и другого вместе (т.е. – при снижении величины объемного расхода) должна снизиться.

Кроме того, снижение экономичности ступени произойдет и вследствие того, что при этом будет «работать» не вся поверхность рабочих лопаток ступени, а только ее периферийная часть (которая тем меньше, чем больше снижение объемного расхода) – в силу отмеченного выше «подъема» потока пара от корня к периферии рабочей лопатки.

Изменение КПД ступени можно оценить, построив графики зависимостей , один из которых изображен на рис.3.

При снижении величины теплоперепада (за счет уменьшения объемного расхода) оптимальное отношение скоростей нарушается, а именно –возрастает, и рабочая точка А переходит в правую часть кривой, т.е. – в режим с пониженным КПД. При определенном для данного сечения отношении скоростей окружной КПД становится равным нулю, т.е. полезная мощность перестает вырабатываться.

Следует отметить, что в данном случае величина отношения скоростей изменилась только из-за уменьшения величины фиктивной скорости, т.е. – за счет уменьшения величины располагаемого теплоперепада. При дальнейшем его снижении ступень может перейти в режим потребления мощности (т.е. КПД станет отрицательным).

На что же расходуется энергия парового потока и куда девается мощность?

Точка В на рис.3 соответствует режиму, при котором кинематика скоростей такова, что пар проходит «сквозь» рабочую решетку, не оказывая на лопатки силового воздействия. Ротор в этом случае вращается остальными ступенями, находящимися в работе, а данная ступень как бы «выключается из работы».

Режиму работы ступени с отрицательным КПД (когда рабочая точка на рис.3 располагается правее т.В) соответствует ситуация, когда ступень потребляет мощность, вырабатываемую другими ступенями, затрачивая на ее на вращение пара, находящегося в межлопаточном пространстве. Такой режим работы ступени (в этом случае она работает как компрессор) называется вентиляционным, а потери энергии – вентиляционными потерями.

Увеличение плотности пара из-за повышения давления в конденсаторе увеличивает затраты энергии на вентиляцию такого пара, а кроме того, увеличиваются силы трения диска и лопаток о пар и, соответственно, потери на трение. Кстати, последнее обстоятельство используют в аварийных случаях для быстрой остановки ротора (останов со срывом вакуума).

При каких значениях объемного расхода начинаются отмеченные выше явления?

Испытания модельных образцов последней ступени тихоходной турбины ХТЗ прказали, что существенное изменение характера течения потока пара начинается при уменьщении величины объемного расхода пара до 0,41, а при значении 0,24 происходит отрыв потока от прикорневой зоны. Режим работы с нулевым КПД наблюдался при значении величины объемного расхода пара около 0,32. По мере снижения величины объемного расхода пара ступени турбины последовательно, одна за другой, переходят в режим сначала нулевой, а затем и отрицательной мощности.

При работе турбины в режиме холостого хода, что соответствует величине массового расхода пара примерно 0,05-0,1 номинального, первые ступени ЦНД работают в режиме выработки мощности, промежуточные ступени – в режиме нулевого КПД (холостом), а последние – в режиме поглощения мощности (вентиляционном).

.Влияние малорасходных режимов на надежность турбины. Неприятности, связанные с работой турбины на режимах с малым расходом пара, не ограничиваются снижением ее экономичности. Гораздо важнее оказывается тот факт, что при этом существенно снижается и надежность турбины. И опять, в первую очередь, речь должна идти о последней ступени. Снижение надежности происходит вследствие двух основных причин:

Роста температуры (нагрева) ступени;

Появления (усиления) вибрации.

Первая причина обусловлена трением рабочего колеса о пар при вентилировании его в ступени и ухудшением условий ее охлаждения (из-за уменьшения расхода проходящего через нее пара). Особенно резко ора проявляется при повышении давления в конденсаторе из-за возрастания при этом плотности и температуры пара. Помимо вредного воздействия при этом на саму ступень, это приводит к быстрому нагреву (до 100⁰С и более) тонкостенного выхлопного патрубка турбины, что, в свою очередь, опасно для него и чревато расцентровкой всего ТА.

Вторая причина обусловлена нарушением однородности течения пара при уменьшении объемного расхода и распределения параметров по радиусу, а также возникновением вихрей в прикорневой и периферийной зонах. Пульсации параметров приводят к появлению опасных вибраций.

Снижение расхода пара через турбину приводит к снижению его давления, а следовательно, и температуры. Так, для турбин АЭС с начальным давлением 6,5 МПа в диапазоне нагрузок от 100% до 30% (регулировочный диапазон) снижение температуры пара составляет примерно 70⁰С. Это приводит к появлению температурных напряжений и деформаций.

Наконец, необходтмо постоянно иметь в виду то обстоятельство, что любое изменение режима работы турбины, связанное с изменением положения РК, обязательно отражается на условиях работы ЯППУ.