2. Мощность и кпд паровой турбины.

Потери паровой турбины можно разделить на 2 группы: внутренние и внешние. Внутренние непосредственно влияют на состояние рабочего тела при его расширении в турбине и снимают располагаемый теплоперепад.

К внутренним относятся :

- потери кинетической энергии в соплах и на рабочих лопатках ∆h_с ,∆h_л. Они вызваны трением потока о стенки, завихрениями и т.п. Эта энергия превращается в теплоту и повышает теплоту рабочего тела в конце процесса.

- потери кинетической энергии с выходной скоростью отработавшего рабочего тела ∆h_вых.

-потери при парциальном подводе пара ∆h_р, если сопловая решетка занимает только часть окружности колеса ( или вентиляционные потери);

- потери трения пара о поверхность диска рабочего колеса ∆h_д

- потери из-за перетечек рабочего тела через внутренние зазоры между рабочими лопатками и корпусом турбины, между диафрагмой и валом и др. ∆h_ут

- потери из-за влажности пара, возникающие в последних ступенях паровых турбин ∆h_вл ( частицы влаги, ударяясь о стенки лопаток тормозят вращение ротора).

К внешним относятся:

- потери от утечек рабочего тела через концевые зазоры.

- механические потери (напр. трение в подшипниковых узлах)

Внешние потери не влияют на состояние рабочего тела, они только увеличивают его расход.

Энергетический баланс ступени с учетом внутренних потерь выглядит:

∆h_т =∆h_i+(∆h_с +∆h_л +∆h_вых +∆h_р +∆h_д +∆h_ут +∆h_вл )

∆h_i– Это теплоперепад полезно используемый в ступени.

Отношение полезно используемого перепада в ступени к располагаемому теплоперепаду называется внутренним относительным КПД одной ступени:

η_oi^ст= ∆h_i/∆h_т

Если расход пара Д через турбину известен и постоянен, то можно определить внутренние мощности, развиваемые реальной турбиной и идеальной турбиной, т.е. работающей без потерь.

N_i=Д∆h_iN_o=Д∆h_o– идеальная турбина.

Эффективная мощность N_еили мощность на валу меньше внутренней мощностиN_iна величину механических потерь. К эксплуатационным характеристикам турбин относится экономическая и номинальная мощность.

Экономическойназывается мощность при которой турбина работает с наименьшим удельным расходом теплоты, а следовательно с наибольшим КПД.

Номинальной называется длительная предельно допустимая мощность турбины и в зависимости от назначения турбины она может быть больше экономической на 5-20%.

Механический КПД оценивает механические потери и определяется:

η_мех=Nе/N_i

Внутренний относительный КПД учитывает внутренние потери и определяет:

η_oi=N_i/N_о

Для современных турбин внутренний КПД в пределах 0,7-0,88, а механический:0,99-0,995.

3. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин.

Паровые турбины могут работать в широком диапазоне изменения нагрузок. Но при работе с генератором изменение частоты вращения вала турбины не допустимо, т.к. это связано с изменением частоты тока (Гц).

Основная задача регулирования турбины для привода генератора – это поддержание в заданных пределах частоты вращения вала. Самый простой регулятор скорости состоит из 2ух элементов: измерительного устройства и регулирующего органа.

Более сложные конструкции имеют в своём составе ряд др. унифицированных элементов: серво-приводы, устройства обратной связи и др.

На рис. 12.10 показана простейшая схема регулятора скорости прямого действия, приводимого в движение от вала турбины ч/з зубчатую передачу.

При увеличении частоты вращения турбины грузы 1 центробежного вентилятора под действием центробежных сил расходятся, перемещая вверх связанную с ними муфту 2. при уменьшении частоты вращения турбины грузы сближается и муфта опускается вниз.

Перемещение муфты связано ч/з система рычагов с открытием или прикрытием регулирующего паровпускного клапана 4.

Регуляторы прямого действия применяются в турбинах небольшой мощности (до 60 кВт), где нет необходимых больших усилий для приведения в действие регулирующего клапана.

Для крупных турбин применяются сложные системы непрямого регулирования с подводом дополнительной энергии и усилительными устройствами (рис 12.11)

В качестве вспомогательной энергии используется масло под давлением. Масло подводится от насоса 7 в штоки серво-мотора 4 и золотника 3 шарнирно, которые связаны ч/з рычаг 2 с муфтой регулятора 1.

В среднем положении золотник отсекает подвод масла к сервомотору, но при перемещении муфты 8 и рычага 2 , золотник отклоняются от среднего положения и масло может поступать в верхнюю А или Б полости сервомотора.

За счёт перепада давления масла в полостях поршень сервомотора перемещает связанный с ним регулирующий клапан 5, изменяя тем самым расход пара на турбину 6.

В паровых турбинах ЛМЗ в настоящее время устанавливают бесшарнирные или всережимные упругие датчики с диапазоном 300-3400 об/мин (рис 12.12)

Датчик крепится на валике 5, который связан с ротором турбины. Грузы 9 и 10 крепятся на гибкой стальной ленте 3, прикреплённой к корпусу 4 пластинками 8 и болтами 7. пружина 6 стягивает.грузы 9 и 10. на выпуклой части ленты по оси валика укреплена отбойная пластина 2, которая регулирует слив масла из сопла 1 следящего золотника.

При увеличении частоты вращения центробежной силы растягивают пружину и деформируют гибкую ленту. Пластинка 2 отходит от сопла 1, вызывая перемещение золотника. Золотник перекрывает соответствующие каналы, меняя сливы ч/з них.

Кроме центробежных применяют гидродинамические регуляторы скорости, измерителем частоты которых служит насос (рис 12.13).

Колесо импульсного насоса 1 расположено на валу турбины. При увеличении частоты вращения ротора давление масла после насоса увеличивается. Избыточное давление передаётся под поршень 3, заставляет его перемещаться вверх, растягивая пружину 2. От перемещения поршня рычаг 4 поднимается, поворачиваясь относительно места его соединения со штоком сервомотора 6.

Золотник 5 при этом откроет подвод силовой жидкости от насоса 8 в камеру над поршнем сервомотора и соответственно слив из-под поршня.

Под перепадом давления поршень сервомотора переместится вниз и прикроет клапан 7, изменив тем самым расход пара на турбину.

Регулирующие органы или парораспределительные устройстваувеличивают или уменьшают мощность и восстанавливают частоту вращения вала. Парораспределительные устройства выполняются дроссельными, сопловыми, обводными, комбинированными. При дроссельном парораспределении (рис 12.14) для уменьшения нагрузок клапаны прикрываются и пар дросселируется. Дросселирование сопровождается потерями части располагаемого теплоперепада и ухудшает КПД. Применяют на турбинах малой мощности.

При сопловом распределении (рис 12.15) пар поступает к соплам 1 ступени через несколько регулирующих клапанов. Каждый клапан обслуживает свою группу сопл. При нормальной нагрузке клапан полностью открыт. При изменении нагрузки регул-е клапаны последовательно открывается либо закрывается.

При обводном парораспределении осуществляют добавочный впуск свежего пара в одну или несколько промежут.ступеней ЦВД(цилиндр высокого давления)через специальные байпасные последовательно открывается клапаны. Обвод пара применяется для обеспечения перегрузки сверхэкономической мощности. Чем дальше от первой ступени осуществляются добавочный подвод пара ,тем больше пропускная способность перегрузочной ступени. Обводное парораспределение часто совмещается с сопловым. В современных турбинах пропуск пара в пределах от холостого хода до экономической мощности изменяется за счет соплового распределения а увеличение нагрузки за счёт свободного.

Для исключения аварийной ситуации все турбины снабжают автоматом безопасности (рис 12.10). В качестве командного органа испытавают центробежный байковый регулятор. При вращении вала на баёк 1 действует центробежная сила .В раб положении баёк удерживается пружиной 2 .Если частота вращения превысит предельную на 10-12% от наминала, то центробежная сила будет больше силы натяжения пружины и байок переместится в следующее крайнее положение. Байок выступит за обводы вала, ударит по рычагу 3 и приведет в движение механизм слива масла из системы регулирования.

Системы маслоснабжения.

Эта система обеспечивает смазку и охлаждение подшипников турбин и других пар трения.В большинстве случаев система смазки подшипников совмещается с системой подачи смазки в органы регулирования.Для смазки подшипников в системе необходимо поддерживать давление 0,15-0,17 Мпа.,а в системе регулирования до 1,3 Мпа. Чаще всего в качестве рабочей жидкости используют масло Т-22, Т-22С.

Обе системы общий масляный бак ,трубопроводы, насосы. Системы могут отличатся типом насосов. На рис 12.22 приведена система с насосом объемного типа. Устанавливают либо зубчатые, либо шестерённые , либо винтовые насосы. Главный масляный насос 1 через редуктор соединён с валом турбины. Насос подаёт масло из бака 7 в систему регулирования 2 под давлением 1,3Мпа.Часть масла через редукционный клапан 9,давление около 0,16Мпа направляется к подшипнику 4 через маслоохладитель 3.Редукционный клапан 8 поддерживает давление в линии подачи масла к подшипникам, сбрасывая излишек масла в бак. Турбонасос 6 через обратный клапан 11 подаёт масло к подшипникам при пуске и остановке турбины. Вспомогательный насос подаёт масло в систему смазки подшипников только в случае отказов насосов 1и 6.

Преимущества объёмного насоса: его способность самому создавать разряжение во всасывающей линии,даже если в ней окажется воздух..Но наличие редукторного привода делает систему менее надёжной.Этот недостаток устранён в системе маслоснабжения с центробежным насосом (рис12.23).

Перед включением в работу насос необходимо заполнить рабочей жидкостью.

Для этого служит маслоструйный инжектор 8.Инжектор поддерживает перед насосом небольшое избыточное давление порядка 0,3-0,5Мпа,что исключает попадание воздуха во всасывающую линию.

Масляный бак,кроме собирания масла из системы выполняет некоторые другие функции: в нём выделяются из масла воздух, шлам и вода. Бак устанавливают обычно под полом машинного зала, ёмкость бака выбирают такой ,чтобы запаса масла хватило на 6-8 мин.работы главного маслонасоса.

Для интенсификации деаэрации и очистки масла Рис.4.11. в баке устанавливают воздухоотделители 1 и сетки 2и 3 с различным размером ячеек; всасывающий и сливной патрубки должны быть отделены друг от друга на максимально большем расстоянии; у сливного конец связан и загнут на 45°. Дно бака выполняют наклонным. Кроме того в баках располагают предохранительные, редукционные клапаны, вспомогательные насосы, а также аппаратура контроля (манометры, термометры и т.д.)

По мере увеличения мощности турбоагрегата приходится увеличивать давление в системе регулирования.В связи с этим повышается температура и создаётся угроза возгорания масла. В этих случаях систему маслоснабжения и регулирования выполняют отдельно. То есть в системе регулирования используют синтетические огнестойкие жидкости ОМТИ (t воспламенения 120°).