Сопловое парораспределение

При сопловом парораспределении впуск пара в турбину управляется несколькими регулирующими клапанами. От каждого клапана пар направляется к самостоятельному сопловому сегменту. Схема подвода пара в регулирующей ступени при сопловом парораспределении показана на рис* 8.7. Конструктивное выполнение соплового парораспределения показано на рис. 1.4, 4.29- 4.33, 10.7, 10.21 10.23, 10.35—10.38, 10.46 и др. Открытие клапанов производится последовательно.

Таким образом, при сопловом парораспределении потери от дросселирования пара при уменьшенном пропуске через турбину относятся не ко всему количеству пара, а только к той его части, которая протекает через частично открытый клапан. Поэтому экономичность турбины с сопловым парораспределением при изменении пропуска пара сохраняется более устойчиво, чем турбины с дроссельным парораспределением.

  как, например, для турбин с противодавлением, в которых потери от дросселирования оказываются большими.

Для системы регулирующих клапанов и первой регулирующей ступени следует различать два потока пара.

Первый поток пара, протекающий через полностью открытые клапаны, подходит к сопловым сегментам регулирующей

  в подводящих органах турбины: в стопорном клапане, в паровом фильтре, в полностью открытых регулирующих клапанах, в подводящих каналах).

  перед соплами в общем случае ниже давления свежего пара.

Каждый из этих потоков пара выходит из сопловой решетки со своей скоростью и далее проходит рабочую решетку регулирующей ступени. В довольно большой камере регулирующей ступени происходит перемешивание обоих потоков пара, после чего пар направляется в последующие ступени турбины.

-диаграмме рис. 8.8. Начальное состояние пара перед сопловыми решетками после клапанов, открытых полностью, отмечено в диаграмме точкой /.

. Эта энтальпия может быть найдена из уравнения смешения:

—расход пара через полностью открытые

  поток пара, подвергающийся дросселированию

Таким образом, в турбине с сопловым парораспределением вопрос о распределении давлений пара при изменении его пропуска через турбину и о распределении теплопереиадов должен рассматриваться отдельно для указанных выше двух потоков пара в пределах регулирующей ступени и отдельно от всех остальных нерегулируемых ступеней.

Распределение давлений и теплоперепадов в нерегулируемых ступенях турбины находится на основании формул (7.74), (7.74а) и (7.77). Если известны расчетный пропуск пара через турбину и соответствующие ему давления в промежуточных нерегулируемых ступенях, то при неизменном давлении пара давление в промежуточной ступени и, в частности, в камере регулирующей ступени найдется по этим уравнениям.

После того как будут найдены давления в камере регулирующей ступени при изменении пропуска пара через турбину, можно определить распределение потоков пара между отдельными сопловыми сегментами (клапанами) и давления пара за регулирующими клапанами.

при

расчетном режиме турбины было ниже критического, то понижение давления в камере регулирующей ступени, вызванное уменьшением пропуска пара через турбину, не приведет к изменению количества пара, протекающего через полностью открытые клапаны.

Здесь и ниже все рассуждения для простоты проводятся в предположении, что реактивность регулирующей ступени равна нулю. В большинстве случаев ввиду малой степени реактивности это вполне допустимо. При необходимости учет степени реактивности может быть произведен после предварительных расчетов переменного режима работы регулирующей ступени.

и соотношению проходных площадей этих сегментов

  (г—число сопловых каналов в сегменте) определяют расчетные пропуски пара через каждый клапан:

. Тогда при произвольном пропуске пара через турбину нетрудно найти по формуле (7.6), или по газодинамическим функциям, или по рис. 7.2 количество пара, протекающего через полностью открытые клапаны.

Расход пара через частично открытый клапан найдется как разность полного пропуска пара через турбину и суммы расходов пара через полностью открытые клапаны:

Произведя этот расчет при различных расходах пара через турбину, можно построить диаграмму распределения пропусков пара между отдельными группами сопл. Такая диаграмма показана для конденсационной турбины на рис. 8.9, а. На ней как по оси абсцисс, гак и по оси ординат нанесено относительное количество пара, протекающего через турбину.

Расход пара, отложенный по оси ординат, составлен как сумма расходов пара через отдельные регулирующие клапаны. Таких клапанов в данном примере четыре; четвертый клапан

. С этого режима дальнейшее понижение давления в камере регулирующей ступени не вызывает увеличения пропуска пара через сопловые сегменты, питаемые открытыми клапанами, и эти расходы сохраняются постоянными.

) через данную сопловую решетку. Теперь, пользуясь сеткой расходов, нетрудно найти давление пара перед соплами, которое необходимо для того, чтобы при известном давлении в камере регулирующей ступени обеспечить заданный относительный пропуск пара через сопловый сегемент после частично открытого клапана. Если сопловая решетка регулирующей ступени суживающаяся, то определение давления пара перед ней проще всего можно произвести, пользуясь сеткой расходов рис. 7.2. Если же решетка расширяющаяся, то для заданной степени расширения сопловой решетки должна быть предварительно построена сетка расходов, подобная той, которая представлена па рис. 7.4.

Найденный закон изменения давлений за регулирующими клапанами в зависимости от расхода пара через турбину строится на диаграмме, как это, например, показано на рис. 8.9, б.

Эта диаграмма позволяет сделать вывод, что при изменении пропуска пара через турбину располагаемый теплоперепад регулирующий ступени изменяется в широких пределах. В самом деле, давление перед полностью открытыми сопловыми сегментами сохраняется постоянным, в то время как давление в камере регулирующей ступени с уменьшением расхода пара понижается. При этом располагаемый теплоперепад для потока пара, протекающего через полностью открытые клапаны, возрастает но мере уменьшения пропуска пара.

  для потока

пара, протекающего через первый сопловый сегмент, достигает минимума, а располагаемый и используемый теплонерепады для этого потока принимают максимальные значения.

Поэтому для прочности лопаток регулирующей ступени, как правило, опасной является не максимальная нагрузка турбины, а та нагрузка, при которой полностью открыт только первый клапан.

, будут наибольшими также при режиме первого полностью открытого клапана, что видно из рис. 8.9, б.

Определив распределение расходов пара между отдельными сопловыми группами и давления пара перед сопловыми сегментами и в камере регулирующей ступени, можно найти мощность, развиваемую регулирующей ступенью, и мощность последующих ступеней при переменном пропуске пара через турбину.

Для этого необходимо в результате предварительного расчета найти для регулирующей ступени зависимость изменения использованных теплоиерепадов от располагаемого теплоперепада ступени. Этот расчет может быть произведен на основании указаний § 7.2, где рассматривается работа ступени при переменном режиме.

с которым работает ступень.

Теплоперепад потока пара, протекающего через любую группу сопл регулирующей ступени, может быть выражен следующим образом:

  почти не меняется, так

, как это, например, показано на рис. 8.10.

  показанный на рис. 8.10. Это построение приближенно, так как формула (7.49) предполагает неизменность степени парциальности. Однако для большинства расчетов ошибка при этом не столь велика [34].

Зная распределение давлений перед сопловыми сегментами и в камере регулирующей ступени при произвольном пропуске пара через турбину (см., например, диаграмму рис. 8.9) и распределение расходов пара между сопловыми группами, открытыми полностью, и сопловой группой, через которую протекает дросселированный поток пара, нетрудно подсчитать использованный теплоперепад регулирующей ступени после смешения потоков пара.

  в камере

для обоих потоков пара, протекающих через регулирующую ступень. В таком случае использованный в регулирующей ступени теплоперепад найдется по формуле (8.5):

зависит и конечная точка процесса расширения пара в турбине и, следовательно, использованный теплоперепад и КПД всей турбины.

Очевидно, что использование для такого расчета ЭВМ и программ, базирующихся па аналитических выражениях для термодинамических свойств пара, позволяет учесть эти и другие уточнения. Следует, однако, подчеркнуть, что, несмотря на возможности ЭВМ, нельзя ожидать большой точности всего расчета: получаемый после расчета КПД в лучшем случае может иметь точность до 0,1%, а теплоперепады и энтальпии до 0,1 кДж/кг. Точность расчета зависит не только от алгоритмов программ, а от точности определения КПД отдельных ступеней (в том числе, регулирующей) и отсеков, потерь давления в трактах, точности изготовления и, наконец, термодинамических таблиц водяного пара, где энтальпия дается с точностью до 0,1 кДж/кг.

На рис. 8.11 показано положение точки, соответствующей параметрам на выходе из регулирующей ступени (после смешения потоков), в А, 5-диаграмме при изменении расхода пара Построение проведено для конденсационной турбины с четырьмя регулирующими клапанами.

, как показано на рис. 8.12, будет наивысшим для режима полностью открытого клапана при критическом истечении через сопловой сегмент, т. е. в данном примере для режимов одного и двух полностью открытых клапанов.

  в зависимости от расхода пара также дано на рис. 8.12. На этом графике пунктиром показаны кривые, относящиеся к идеальному сопловому парораспределению, когда при всех режимах имеются только полностью открытые клапаны и отсутствуют потери дросселирования.

Пример расчета переменного режима работы турбины с учетом особенностей Парораспределения приведен в § 9.3, где при различных расходах пара рассчитана теплофикационная турбина, часть высокого давления которой имеет сопловое, а. часть низкого давления — дроссельное парораспределение.