Work of steam-turbine units on the variable modes
УДК 621.165
17.01.2018
475
Выходные сведения:
Ильичев В.Ю., Хахалев И.С. Работа паротурбинных установок на переменных режимах // СтройМного, 2018. №1 (10). URL: http://stroymnogo.com/science/tech/rabota-paroturbinnykh-ustanovok-na-/
Авторы:
Ильичев В.Ю.1, Хахалев И.С.2
1 к.т.н., доцент кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика», Калужский филиал ВГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (национальный исследовательский университет)», Калуга, Российская Федерация (248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, д. 2), e-mail: patrol8@yandex.ru
2 магистрант кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика», Калужский филиал ВГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (национальный исследовательский университет)», Калуга, Российская Федерация (248000, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, д. 2), e-mail: patrol8@yandex.ru
Authors:
Ilichev V.Y.1, Hahalev I.S.2
1 Ph.D., assistant professor of dept. «Heat engines and thermophysics», Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university), Kaluga, Russian Federation (248000, Russia, Kaluga, Bazhenov St., 2), e-mail: patrol8@yandex.ru
2 magistrant of dept. «Heat engines and thermophysics», Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university), Kaluga, Russian Federation (248000, Russia, Kaluga, Bazhenov St., 2), e-mail: patrol8@yandex.ru
Ключевые слова:
паровая турбина, переменный режим, регулирующие устройства паровых турбин, переменные силы, параметры работы турбин
Keyword:
steam turbine, variable mode, control devices of steam turbines, variable forces, parameters of operation of turbines
Аннотация:
Данная статья посвящена рассмотрению вопросов влияния конструктивных и режимных особенностей паротурбинных установок на их работу на нерасчётных (переменных) режимах. Данная проблема является важной и актуальной, так как большую часть времени огромное количество современных энергетических, транспортных и приводных турбин работает с параметрами пара, сильно изменяющимися с течением времени. Работа на таких режимах может являться причиной возникновения повышенных переменных нагрузок, действующих на детали паровых турбин, особенно на элементы регулирующих устройств, что может являться причиной снижения надёжности их работы и даже может привести к авариям. Наряду с этим на нерасчётных режимах коэффициент полезного действия турбоустановки, как правило, значительно снижается.
Приведён обзор факторов, влияющих на работу паровых турбин на переменных режимах, а именно рассмотрено влияние изменения расхода пара и его начальных параметров и особенностей конструкции устройств, регулирующих подвод пара в отсеки турбины. На основе исследований, проведённых авторами работы. а также на основе данных, приведённых в современных литературных источниках, даны рекомендации по выбору способа и метода регулирования расхода пара. В конце статьи делаются выводы и даются рекомендации по использованию проанализированных данных при проектировании вновь создаваемых и совершенствовании существующих паротурбинных установок, а также формулируются направления исследований, которые необходимо осуществить на следующем этапе работы над рассматриваемой проблемой.
Annotation:
This article is devoted to consideration of questions of influence of design and regime features of steam-turbine units for their work on the off-design (variable) modes. This problem is important and relevant as the most part of time a huge number of modern power, transport and driving turbines works with steam parameters which are strongly changing eventually. Work on such modes can be the cause of the raised variable loadings operating on a patrs of steam turbines, especially on elements of control devices that can be the reason of decrease in reliability of their work and can even lead to accidents. Along with it turbine plant efficiency, as a rule, considerably decreases on the off-design modes.
The review of the factors, influencing operation of steam turbines on the variable modes is provided, namely influence of change of a consumption of steam and it’s initial parameters and features of a design of the devices regulating steam supply in turbine compartments is considered. On the basis of the researches conducted by authors of the work, and also on the basis of the data provided in modern references recommendations about the choice of a way and a method of regulation of a consumption of steam are made. At the end of the article conclusions are drawn and recommendations about use of the analysed data at design are made newly created and improvement of the existing steam-turbine units and also the directions of researches which it is necessary to carry out works on the considered problem at the following stage are formulated.
Введение
Паротурбинные установки широко используются на тепловых электростанциях для выработки электрической и тепловой энергии для нужд производства, транспорта, бытовых потребителей и т.п. Наряду с этим паротурбинные установки нашли также применение в качестве транспортных двигателей, например для привода гребного винта на кораблях, а также как привод насосов, компрессоров и других мощных агрегатов. При эксплуатации паровые турбины часто работают на режимах, отличающихся от расчётного, называемых переменными режимами. Это обусловлено постоянно изменяющейся электрической нагрузкой энергоблоков и расходов в отборах пара потребителям, изменением начальных параметров и параметров промежуточного перегрева, износом и поломками элементов проточной части. Также нерасчётные режимы работы турбин наблюдаются при частичном отключении, монтаже или замене элементов тепловой схемы. Все эти факторы влияют на расход рабочего тела, на мощность и эффективность турбоустановки [1].
Постановка задачи
Целью данной работы является рассмотрение влияния различных конструктивных и режимных особенностей паротурбинных установок на их работу на нерасчётных (переменных) режимах.
Материалы и методы
При изменении расхода пара и отклонении термодинамических параметров от номинальных значений, теплоперепады ступеней проточной части паровой турбины также изменяются, что отрицательно влияет на её экономичность [2, 3, 4]. Наиболее существенное изменение теплоперепада наблюдается в ступенях, где срабатывается большая часть теплоперепада всей турбины. Как правило, это регулирующие и последние ступени [5, 6, 7].
На многих тепловых станциях эксплуатируются паровые турбины с отборами пара. Такие турбины имеют поворотные диафрагмы для регулировки отбора пара, подаваемого на промышленные нужды или на нужды теплового бытового потребителя. В таком случае турбина значительную часть времени работает на нерасчетных режимах с соответствующим снижением экономичности.
Наличие регулирующих устройств вызывает дополнительные потери давления при нерасчётных режимах работы турбины.
Регулирование подвода пара через клапаны и поворотные диафрагмы может осуществляться двумя способами: дроссельным и сопловым. При сопловом подводе рабочего тела через поворотную регулирующую диафрагму осуществляется последовательное открытие окон перед сегментами сопел [8, 9]. При этом наблюдается сильная неравномерность параметров пара в окружном направлении в пределах каждого сегмента, а также при переходе от одного сегмента к другому. Лопаточный аппарат ступени при этом работает в неблагоприятных условиях, т.к. по окружности периодически изменяются поля скоростей и давлений. Эти возмущения являются причиной переменных нагрузок, действующих на рабочие лопатки регулирующей ступени. Данные выводы были подтверждены численными экспериментами, проведёнными на кафедре «Тепловые двигатели и теплофизика» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана.
При дроссельном парораспределении подвод рабочего тела осуществляется одновременно через все сопловые сегменты поворотной диафрагмы или через все регулирующие клапаны [10, 11, 12]. Таким образом, поля скоростей и давлений по окружности изменяются значительно меньше, что приводит к снижению амплитуды переменных усилий, действующих на рабочие лопатки регулирующей ступени при работе турбины на переменном режиме. С другой стороны, при дроссельном регулировании больше потери давления при частично закрытых регулирующих клапанах или поворотных диафрагмах. Поэтому, вопрос выбора типа регулирующих устройств необходимо решать индивидуально путём расчёта работы турбины на режимах, наиболее вероятных при эксплуатации. Такое исследование было проведено, например, в работе [13]. Для упрощения эксперимента в данной работе в качестве рабочего тела вместо пара использовался воздух.