![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Способы увеличения предельной мощности
однопоточной турбины.
1.) Уменьшение частоты вращения n.
Используя четырехполюсный генератор можно получить частоту сети 50 Гц при частоте вращения n = 25 1/c (1500 об/мин). При этом мощность турбины, согласно формуле для определения мощности однопоточной турбины:
,
возрастет в 4 раза.
В настоящее время все энергетические турбины, работающие на перегретом паре, выполняют на частоту вращения n = 25 1/c (К – 1000 – 60/1500 ХТЗ).
Однако, при переходе на n = 25 1/c мощность однопоточной турбины практически не увеличивают в 4 раза, т.к. при увеличении мощности в 4 раза соответственно возрастут размеры роторов, конденсаторов и т.д., что при современной технологии практически неосуществимо.
2.) Увеличение выходной скорости за последней ступенью С2 и связанное с этим ухудшение экономичности турбины за счет повышения потерь с выходной скоростью ΔНв.с. Увеличение ΔНв.с. в 1,5 раза повышает мощность в 1,22 раза, снижая при этом КПД турбины перегретого пара на Δη / ηоэ = 0,7 %, а турбин насыщенного пара на Δη / ηоэ = 1,3 %.
Отметим, что при ΔНв.с. ≥ 70 кДж / кг скорость С2 превышает скорость звука и расширение пара происходит частично за пределами рабочей решетки, не создавая полезной мощности.
3.) Повышение конечного давления Рк и следовательно, уменьшение vк приведет к увеличению мощности, но вызовет ухудшение экономичности турбины в целом. Например, переход от Рк = 4 кПа при тех же размерах последней ступени повышает мощность турбины примерно на 11 %, в то же время КПД установки падает для турбин перегретого пара на Δη / ηоэ = 0,5 %, а для турбин насыщенного пара на Δη / ηоэ = 0,9 %.
Выбор Рк для конкретной электростанции определяется в конечном итоге на основании технико-экономических расчетов.
4.) Улучшение или выбор принципиально другого материала лопаток. Увеличивая допустимые напряжения растяжения σрдоп или, как, например, для титановых сплавов, повышая удельную прочность материала σ / ρ путем уменьшения плотности материала. ЛМЗ освоил применение для рабочих лопаток последних ступеней сравнительно легкого титанового сплава с ρ = 4,5·103 кг/м3 и с высоким уровнем допустимых напряжений, для которого отношение ρ / σ = 12,6 кг / м3·МПа, тогда как нержавеющая сталь, применяемая для изготовления рабочих лопаток, имеет ρ / σ = 17,3 кг / м3·МПа. Применение титанового сплава позволило повысить предельную мощность ~ в 1,5 раза.
5.) В турбине К – 1200 – 240 ЛМЗ с n = 50 1/с последние лопатки имеют длину 1200 мм, предельная мощность одного потока составляет 200 МВт. Общая мощность турбины в 1200 МВт достигнута за счет применения шести параллельных потоков пара в конденсатор.
Таким образом, увеличение числа потоков пара в конденсатор является одним из способов повышения предельной мощности турбины. Однако, увеличение числа потоков пара в конденсатор ограничено, т.к. турбину более чем из пяти цилиндров изготовить в настоящее время не удается, поэтому для турбин перегретого пара предельное число потоков в конденсатор равно шести, а число ЦНД – трем.
Рис.1: Турбина К – 1200 – 240 ЛМЗ.
Рис.2: Турбины насыщенного пара:
6.) Применение двухъярусной ступени (Баумана), представляющей собой предпоследнюю ступень турбины и имеющей окружные перегородки, разделяющие как сопловую, так и рабочую решетки на два яруса. Поток пара, проходящий через нижний ярус, направляется в последнюю ступень, а пар верхнего яруса – в конденсатор. Т.к. через нижний ярус в последнюю ступень проходит не весь пар Gк, а только его часть, то соответственно уменьшаются высоты последних лопаток.
Рис.3.
Т.к. расход через верхний ярус ≈ половине расхода через последнюю ступень, то такая схема называется полуторной.
Применение ступени Баумана позволяет повысить мощность турбины ~ в 1,5 раза (К – 210 – 130 или К – 200 – 130 ЛМЗ получим мощность 210 МВт с одним ЦНД); высота предпоследних лопаток 740 мм, высота последних – 765 мм.
Рис.4.
Вопрос №25
1. Необходимость многоступенчатой конструкции.
Располагаемый теплоперепад турбины, зависящий от начальных (Р0, t0) и конечных параметров (Рк), для современных конструкций составляет 800 ÷ 1800 кДж / кг. Создать экономичную одноступенчатую турбину при таких теплоперепадах и достигнутом в настоящее время уровне прочности металлов невозможно. Так скорость пара на выходе из сопл в этом случае достигала бы . Для экономичной работы такой одноступенчатой турбины необходимая окружная скорость рабочих лопаток на среднем диаметре при оптимальном отношении скоростей u / cф = 0,5 должна составить u = (750 ÷ 1000) м/с.
Обеспечить прочность ротора и рабочих лопаток при таких окружных скоростях практически невозможно. Кроме того, число Маха в потоке пара в этом случае составит М = 3 ÷ 4, что повлечет за собой большие волновые потери энергии в потоке.
Условия прочности вращающегося ротора в области высоких температур ограничивают окружную скорость величиной u = 180 ÷ 200 м/с.
Если принять , то скорость потока должна быть равна Сф = u / xp = 200 / 0,5 = 400 м/с и таким образом максимальный теплоперепад, который возможно переработать в одной ступени с достаточной экономичностью, составит:
Это значение значительно меньше располагаемого теплоперепада всей турбины, что и предопределяет ее многоступенчатую конструкцию.
2. Преимущества многоступенчатой турбины.
1.) С применением значительного числа ступеней можно для каждой ступени выбрать такой небольшой теплоперепад, чтобы при умеренных окружных скоростях обеспечить оптимальные значения u / cф, при которых КПД отдельных ступеней достигает максимального значения.
2.) Уменьшение теплоперепада ступени и связанное с этим уменьшение диаметра ступени (при заданной частоте вращения)
приводят к увеличению высот лопаток
, а это, соответственно, приводит к снижению концевых потерь в решетке, что существенно повышает КПД ступени. Кроме того, увеличение высоты сопловых и рабочих лопаток приводит к снижению протечек пара в зазоры по бандажу и по корню рабочих лопаток.
3.) В многоступенчатой турбине энергия выходной скорости предыдущей ступени используется в сопловых лопатках последующей ступени, повышая, таким образом, располагаемую энергию последующей ступени. Поэтому потери энергии с выходной скоростью в промежуточных ступенях равны нулю. Выходная скорость теряется полностью обычно в регулирующей и в последних ступенях турбины и ее отдельных цилиндров.
4.) В многоступенчатой турбине тепловая энергия потерь предыдущих ступеней частично используется для выработки полезной энергии в последующих ступенях за счет явления возврата теплоты в турбине.
5.) Конструкция многоступенчатой турбины позволяет осуществить отборы пара для регенеративного подогрева питательной воды и промежуточного перегрева пара, что существенно повышает абсолютный КПД турбины.
Рис.1. Диаграмма отборов пара турбины К – 800 – 240 ЛМЗ.
3. Недостатки многоступенчатой турбины.
1.) С увеличением числа ступеней усложняется конструкция турбины, и возрастает стоимость ее изготовления. Для мощных энергетических турбин это окупается за счет повышения КПД турбоустановки.
2.) В многоступенчатой турбине возрастают потери от утечек пара через переднее концевое уплотнение, и возникают утечки в диафрагменных уплотнениях. Чем больше турбина имеет ступеней, тем выше давление пара перед передним концевым уплотнением. Кроме того, общий КПД турбины снижают потери энергии в перепускных паропроводах между корпусами турбины, а также гидравлические потери энергии в стопорных и регулирующих клапанах, устанавливаемых перед турбиной и перед ЧСД в турбинах с промперегревом пара.
Вопрос№29(1)
4. Коэффициент возврата теплоты.
Одним из преимуществ многоступенчатой конструкции является использование части потерь энергии предыдущих ступеней в виде полезной работы в последующих ступенях.
Потери энергии переходят в теплоту и, таким образом, повышают энтальпию пара за ступенью. В области перегретого пара это приводит к повышению температуры пара за ступенью, а в области влажного пара к увеличению степени сухости пара х.
Проанализируем процесс расширения пара в h-s диаграмм
При внимательном рассмотрении h-s диаграммы можно убедиться в том, что с увеличением энтропии s вертикальные расстояния между изобарами увеличиваются. Применительно к расширению пара в проточной части турбины это означает, что реальный располагаемый теплоперепад
некоторой ступени больше, чем располагаемый теплоперепад этой же ступени при протекании процесса расширения по изоэнтропе 0 – к
. Таким образом, сумма Рис.2.
располагаемых теплоперепадов всех ступеней за счет возникающих в них потерь оказывается больше, чем располагаемый теплоперепад турбины , и потери энергии как бы частично возвращаются (3÷5 % располагаемого теплоперепада). Это явление называют возвратом теплоты.
Вернемся к рис.2. использованный теплоперепад отдельной ступени Нi можно представить в виде:
.
Тогда для всей турбины:
.
Если предположить, что КПД всех ступеней одинаковы , то:
,
где Qв.т. – часть теплоты, вызванной потерями в ступенях, которая может быть использована в последующих ступенях.
Сравнивая два выражения для , получим выражение для определения КПД всей турбины
:
,
где - коэффициент возврата теплоты, определяющий долю потерь, которая может быть использована в последующих ступенях турбины.
Для приближенной оценки коэффициента возврата теплоты можно воспользоваться формулой:
,
где kв.т. = 4,8 ·10-4 для ступеней, работающих в перегретом паре;
kв.т. = 2,8 ·10-4 для ступеней, работающих во влажном паре;
kв.т. = (3,2 ÷ 4,3) ·10-4 для групп ступеней, часть которых работает в области перегретого пара, а часть в области влажного пара.
Вопрос№29(2)
5. Потери энергии в паровпуске и в выходном патрубке турбины.
Прежде, чем пар поступит к соплам регулирующей ступени, он проходит стопорный и регулирующий клапаны, в которых происходит потеря давления и, таким образом, потеря энергии.
Потеря энергии в паровпуске - .
Рис.3.
При правильно выполненном стопорном клапане и элементах паровпуска потеря давления на расчетном не превышает 3÷5 % от начального.
Пару, выходящему из последней ступени, необходимо преодолеть аэродинамическое сопротивление выходного патрубка. Осуществляется это за счет кинетической энергии С22 /2 потока пара, выходящего из последней ступени. Однако, как правило, кинетической энергии С22 /2 не хватает на преодоление аэродинамического сопротивления патрубка, и поэтому за последней ступенью устанавливается давление Р’к > Pк. тогда конечной точкой процесса расширения пара в проточной части будет точка B, а на выходе из патрубка – точка D (см. рис.3).
Дата публикования: 2015-03-29; Прочитано: 1216 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!