Явления возникшие в турбоустановках при нестационарных режимах

Лекция 11

Классификация тепловых и механических состояний ПТУ

· С точки зрения теплового состояния ПТУ может работать в самых разных режимах. Эти режимы работы ТГ можно разделить на стационарные и нестационарные.

1. Стационарный режим отвечает работе турбины при некоторой фиксированной нагрузке (номинальной или частичной), характерной особенностью которой, является установившейся во времени тепловые и механические состояния всех деталей турбины (корпуса, ротора, металла Р.К, лопаток).

2. К нестационарным режимам работы ПТУ можно отнести пуски и остановы турбины; резкое изменение нагрузки; специфические условия и режимы работы; отключение регенеративных подогревателей.

3. К наиболее сложным случаям нестационарного режима относится пуск турбины, поскольку возникающие в процессе его термические и механические напряжения в элементах турбины – суммируется. Поэтому от правильного проведения пуска, останова существенно зависит эксплуатационная надежность и долговечность турбоагрегата. Следует отметить, что неправильные действия оперативного персонала при эксплуатации ПТУ не всегда приводит к аварии в данный момент, но это обстоятельство не проходит бесследно и сказывается в дальнейшем.

Не стационарный режим характеризуется неустановившимся механическим и тепловым состоянием турбоагрегата.

Изменение механического состояния турбины обусловлено возникновением напряжений:

- от внутреннего давления пара (в паропроводах, корпусах)

- от разности давлений (в диафрагмах, лопатках, дисках)

- от центробежных сил (во вращающихся элементах)

- от возникновения вибрации (в лопатках, валах)

- от осевого усилия (в упорном подшипнике).

Для понимания физической сущности нестационарности теплового состояния турбины рассмотрим процесс прогрева защемления толстой металлической пластины при подводе тепла с одной стороны. Эту пластину можно рассматривать как элемент корпуса турбины.

До подвода тепла весь метал пластины имеет одинаковую температуру и никаких температурных напряжений в металле не возникает. После подачи пара температура обогреваемой поверхности пластины начинает расти, а не обогреваемой остается неизменной.

По истечении некоторого времени т1-т2 прогрев металла заканчивается при стабилизации tн = const tв = const: Причем tвн > tн; tвн – tн = dt.

Характер распределения температур в этом случае по толщине стенки описывается уравнением параболы второго порядка т.е.

T=tн+(х/б)*2 dt где: t –текущая температура на глубине х от наружной стенки.

Х – текущая координата от наружной стенки.

При параболическом распределении температуры по толщине защемленной пластины температурные напряжения в любой точке пластины могут быть определены по формуле:

Проанализируем эту формулу.

Если примем х=0 найдем напряжения на наружной стенке.

Из этих выражений следует, что напряжения на внутренней и наружней стенке отличаются знаками. Значит где то внутри стенки : Если приравниваем то из первого уравнения найдем х=0.5778. Из уравнения один видим, что зависит в основном от : =0 отсюда ; увеличение ведет к увеличению : и на оборот. От чего зависит :

1) Из известной литературы известно, что зависит в основном от  - коэффициент теплоотдачи к обозреваемой стенке. Причем чем выше тем выше отсюда выше : изобразим

; ; отсюда

Известно так же, что а зависит от параметров пара т.е. от Р и t: Чем выше Р и t тем выше а: Это обстоятельство должно учитываться при нестационарных режимах, особенно при пусках турбин, т.е. для сохранения допустимых . Скорость повышения параметров греющего пара, по мере нагрева турбины и паропроводов – должна снижатся.

В результате нестационарного теплового состояния в металле турбины возникают следующие явления:

1. Появляются термические напряжения в стенках и фланцах корпуса ТГ; паропроводах, роторе, клапанах и т.д.

2. Появление термических напряжений в металле корпуса способствует дополнительным растягивающим напряжениям в шпильках корпуса и клапанов.

3. Разница температур верха и низа цилиндров вызывает его прогиб.

4. Изменяются линейные и радиальные размеры ротора и статора.

5. Изменяются напряжения деталей ротора и статора.

Следует отметить, что точный расчет термических напряжений в точках сложных деталях, как корпусе турбины, практически пока невозможен.

Кроме того, сложно организовать контроль за тепломеханическим состоянием всех элементов турбины. И потому, для обеспечения надежной эксплуатации ПТУ устанавливают критерий безопасной эксплуатации для каждого типа турбины, соблюдение которых, гарантирует наличие допустимых механических и термических напряжений в элементах турбины, а также, надежность и долговечность работы всей ПТУ. В большинстве случаев критерий – это фиксирование величины каких то параметров: - например разности температур в характерных точках деталей: по толщине стенки корпуса, по ширине фланца, между фланцем и шпилькой, между крышкой и корпусом и т.д.

Дата добавления: 2015-03-31