Способы регулирования мощности турбин

 

Мощность турбин зависит от количества рабочего тела и от его параметров.

Мощность паровой турбины (л. с.)

N = G_пH_a η / 632

Где: G_п - расход пара, кг/ч;

H_a - располагаемый теплоперепад, срабатываемый на турбине, кДж/кг;

η - КПД турбины.

 

Мощность можно изменять в основном за счет двух величин: расхода пара G_п и теплоперепада H_a, что определяет следующие способы управления паровой турбиной:

1. количественное регулирование (сопловое);

2. качественное регулирование (дроссельное);

3. смешанное регулирование;

4. обводное регулирование;

5. применение изменяемых параметров пара.

 

Количественное (сопловое) регулирование

Оно применяется в паровых турбинах.

При таком регулировании впуск пара в турбину осуществляется несколькими сопловыми клапанами, с помощью которых пар подводится к отдельным группам сопл.

Регулирование мощности ступенчатое, выполняется посредством использования различных комбинаций полностью открытых (закрытых) сопловых клапанов.

Число сопловых клапанов зависит от диапазона мощности турбины, требующего высокой экономичности.

Если требуемый диапазон высокой экономичности находится в пределах 55 ÷ 110% номинальной мощности, то турбина имеет два-три сопловых клапана (ГТЗА сухогрузных и пассажирских судов, турбогенераторы).

Если турбина большую часть времени работает на номинальном режиме (ГТЗА наливных судов), она имеет один клапан.

Сопловое регулирование обеспечивает наиболее экономичную работу турбины на переменных режимах благодаря неизменным начальным параметрам пара перед ее соплами.

 

Качественное (дроссельное) регулирование

Как и сопловое, оно применяется в паровых турбинах.

Это регулирование осуществляется с помощью маневрового или соплового клапанов изменением степени их открытия.

В первом случае дросселируется весь поступающий в турбину пар, во втором — часть пара, пропускаемая данным сопловым клапаном.

Дросселирование приводит к уменьшению начального давления и температуры пара перед турбиной при сохранении его энтальпии.

Вследствие понижения начального давления мощность турбины при дроссельном регулировании изменяется как посредством изменения количества впускаемого пара, так и посредством изменения перепада энтальпий в турбине.

Рис. 9.5 Изменение изоэнтропийного перепада энтальпий при качественном регулировании

Дроссельное регулирование целесообразно в турбинах, у которых основным является режим номинальной мощности, а переменные режимы кратковременны (проход судна в узкостях, маневрирование).

Дроссельное регулирование целесообразно также для турбин с частыми и быстрыми изменениями режимов работы (турбины ледоколов).

 

Смешанное регулирование

Смешанное регулирование заключается в использовании количественного регулирования на основных режимах и качественного – на промежуточных.

Рассмотрим случай, когда регулирующие органы состоят из одного маневрового и трех сопловых клапанов (рис. 2.2).

Рис.2.2. Схема соплового аппарата при смешанном регулировании

 

1- маневровый клапан; 2- подвод пара к нижней группе сопел;

3- сопловые клапаны II−IV.

 

От маневрового клапана 1 по трубопроводу 2 пар направляется непосредственно в нижнюю группу сопел, по второму – к трем сопловым клапанам 3.

При полном открытии маневрового клапана в группу сопел 1 поступает 50% расчетного расхода пара G₀.

Сопловые клапаны при полном открытии пропускают соответственно 10, 20, и 30% G₀.

Следовательно, возможны сопловые комбинации с пропуском пара от 50 до 110% G₀ через каждые 10%.

До G₀ = 0,5 G₀ регулирование мощности – качественное, маневровым клапаном; промежуточные режимы между указанными также осуществляются с помощью подрегулирования маневровым клапаном.

Таким образом, наличие маневрового и трех сопловых клапанов обеспечивает количественное регулирование в широком диапазоне мощностей, а также позволяет применять при маневрировании более простое качественное регулирование.

Обводное регулирование

Оно используется в паровых турбинах с большим расходом пара, у которых мощность расчетного режима существенно (в несколько раз) меньше номинальной.

Осуществляется посредством вывода из работы на расчетном режиме ступеней малых ходов (эти ступени расчитаны на пропуск малого количества пара и имеют короткие лопатки). В этом случае КПД установки повышается.

При таком способе регулирования свежий пар направляется по обводному каналу к основной группе ступеней, минуя ступени малого хода, по которым проходит только небольшая часть пара для их охлаждения (рис.2.3).

Рис.2.3. ТВД с внутренним обводом ступеней малого хода

Для уменьшения числа ступеней малого хода их выполняют двухвенечными. По сравнению с другими типами регулирования на расчетном режиме будут иметь место дополнительные потери трения и вентиляции в неработающих ступенях.

Как следует из рис. 2.4, для турбин, работающих в широком диапазоне нагрузок, наивыгоднейшим является обводное регулирование.

Обводное регулирование используется также в утилизационных турбогенераторах (например, ТД-400, ТД-500), имеющих байпасные клапаны, открывающиеся при снижении давления пара в утилизационном котле в связи с понижением нагрузки главного двигателя.

Рис.2.4. Зависимость КПД от мощности турбоагрегата

1- качественное регулирование; 2- количественное регулирование; 3- обводное регулирование.