Лекция 1. Многоступенчатые паровые турбины

Рабочий процесс многоступенчатой паровой турбины

1. Основные предпосылки создания многоступенчатых турбин.

1.1. В целях повышения экономичности паротурбинных установок стремятся повысить параметры пара перед турбиной, понизить давление и температуру конденсации пара, использовать промежуточный перегрев пара. Это приводит к увеличению располагаемого теплоперепада на турбину.

1.2. В целях снижения себестоимости турбин, их металлоемкости и капитальных затрат на строительство электростанций стремятся создать турбины большой единичной мощности. Мощность турбины зависит от расхода пара, располагаемого теплоперепада и внутреннего КПД турбины, .

В современных турбинах располагаемый теплоперепад составляет 1000 – 1600 кДж/кг. Если осуществить расширение пара в одной ступени, то фиктивная скорость пара составит

м/с.

Для активной ступени скорость пара на выходе из сопел при этом составит 1350 – 1750 м/с, а для реактивной – 1000 – 1250 м/с.

Для создания экономичной ступени требуется обеспечить на среднем диаметре ступени оптимальное отношение скоростей . Из теории ступени и из треугольников скоростей следует, что оптимальное значение х_ф для любой ступени составляет

.

Для активной ступени при =12⁰, j = 0,97 х_ф,опт = 0,47, а для реактивной ступени х_ф,опт = 0,67.

Приняв х_ф,опт = 0,5 получим u = 700 – 900 м/с, а при х_ф,опт = 0,7 - u = 1000 – 1250 м/с.

Обеспечить прочность ротора и лопаток при таких окружных скоростях практически не представляется возможным, а в лопаточном аппарате при указанных скоростях потокабудут очень большие потери (М =3,0 – 3,5).

Использование многоступенчатых турбин позволяет распределить располагаемый теплоперепад между ними и уменьшить и окружные скорости (в ЦВД они составляют 120 – 250 м/с, в последних ступенях ЦНД – 350 –400 м/с), и скорости потока (число М в большинстве ступеней меньше единицы).

2. Преимущества многоступенчатых турбин:

2.1. За счет уменьшения теплоперепада, приходящегося на одну ступень, удается оптимизировать теплоперепады, т. е. получить оптимальное отношение скоростей (u/c _ф), умеренные значения М и следовательно, высокий КПД каждой ступени.

2.2. С ростом числа ступеней растет высота сопловых и рабочих лопаток. Действительно, с уменьшением окружной скорости можно уменьшить диаметр ступеней (). Из формулы следует, что с уменьшением диаметра растет высота лопаток. Этот рост еще существенней, поскольку с уменьшением теплоперепадов на ступени уменьшается скорость истечения из сопел и это тоже приводит к росту площади . Увеличение высоты лопаток благотворно сказывается на внутреннем КПД ступеней, в первую очередь ЦВД. При достаточной высоте лопаток (более 20 мм) уменьшаются концевые потери, утечки в зазорах и есть возможность осуществить полный подвод пара по всей окружности и тем самым уменьшить потери от парциального подвода пара.

2.3. В многоступенчатой турбине энергия выходной скорости предыдущей ступени может быть использована в последующей ступени. Эта энергия повышает располагаемую энергию последующей ступени.

2.4. В многоступенчатой турбине тепловая энергия потерь предыдущих ступеней частично используется в последующих ступенях за счет явления возврата теплоты (см. ниже).

2.5. Конструкция многоступенчатой турбины позволяет осуществить отборы пара на регенерацию, промперегрев, в регулируемые отборы.

3. Недостатки многоступенчатых турбин:

3.1. Усложнение и удорожание конструкции.

3.2. Увеличение утечек пара в концевых и диафрагменных уплотнениях.

3.3. Дополнительные потери в перепускных трубах, дополнительных клапанах, входных и выходных патрубках (при многоцилиндровой конструкции).

4. Коэффициент возврата теплоты.

Потери энергии в каждой ступени, как это следует из h, s-диаграммы, вызывает повышение температуры пара перед последующими ступенями. Это приводит к увеличению теплоперепадов на последующих ступенях.

Тогда , где - действительные располагаемые теплоперепады на ступенях, - располагаемый теплоперепад на турбину по основной изоэнтропе, - возвращенная теплота.

Тогда КПД турбины:

.

Допуская, что КПД всех ступеней одинаков и равен , и обозначая коэффициент возврата теплоты q, получим

,

т.е. КПД турбины выше КПД отдельных ступеней.

Коэффициент возврата теплоты лежит в пределах 0,02 – 0,1 в зависимости от H₀, числа ступеней и их КПД.

Лекция 2. Основные конструктивные схемы многоступенчатых турбин

1. Использование активных и реактивных ступеней. Преимущества и недостатки каждого типа ступеней

1.1. Активные ступени: больший срабатываемый теплоперепад (уменьшается число ступеней), возможность использования парциального подвода пара, меньшая зависимость КПД при переменных режимах.

1.2. Реактивные ступени: более высокий КПД на расчетных режимах.

При оптимальных значениях

,

т. е. реактивная ступень срабатывает при равных размерах и максимальной эффективности в 2 раза меньший теплоперепад.

2. Активные турбины камерного (диафрагменного) типа (примеры)

3. Реактивные турбины с роторами барабанного типа (примеры)

Дата добавления: 2015-05-10