Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf

Однако с точки зрения одинаковости эксплуатационные характеристики правильней делить на турбины без промежу­ точного перегрева и с промежуточным перегревом пара.

Турбина без промежуточного перегрева пара, вращаю­ щаяся с постоянной скоростью, практически не содержит инерционных элементов. Объем пара в ней мал, а скорость его высока, так что весь путь от первой ступени до выхлопной камеры каждая частица пара проделывает за очень короткий промежуток времени, измеряемый десятыми и даже сотыми долями секунды (0,08—0,12 с). Поэтому аккумулирующая способность турбины близка к нулю, а с ее инерционностью можно не считаться, так как постоянная времени запаздыва­ ния имеет порядок одной десятой секунды и, конечно, не влияет на процесс регулирования.

Изменить нагрузку такой турбины от нуля до максимума можно было бы очень быстро (рис. 44). Однако быстрое из­ менениенагрузки в столь широком диапазоне недопустимо из-за резкого изменения температурного режима отдельных ступеней, о чем подробней говорится ниже.

Формально вторичный пароперегреватель является элемен­ том парового котла. Но так как этот пароперегреватель встроен между цилиндром высокого давления (ЦВД) и низ­ кого (ЦНД) турбины и его запаздывание отражается на регу­ лировании нагрузки ЦНД, его следует считать элементом турбины, по крайней мере при рассмотрении быстрых переход­ ных процессов при регулировании.

Система промежуточного пароперегревателя имеет сравни­ мые массы металла и объемов пара, и поэтому, а также по­ тому, что давление пара здесь ниже, постоянная времени этой системы на порядок меньше постоянной времени самого котла высокого давления.

Так, 450-тонный котел имеет объем вторичного паропере­ гревателя (включая паропроводы) 120 м3, вес металла 250 т, вес пара 1,2 т, а постоянная времени вторичного пароперегре­ вателя равна 10 с. Аккумулирующее действие промежуточ­ ного пароперегревателя неблагоприятно сказывается на пере­ ходном режиме изменения нагрузки, так как в соответствии с долей мощности ЦВД немедленно может быть взята нагрузка примерно в 1/4 или даже в 1/3 мощности турбины. Остальная часть нагрузки покрывается замедленно с постоянной времени Тип промежуточного пароперегревателя (рис. 45). Обычно эта постоянная времени для разных типов котлов и турбин колеб­ лется в пределах от 5 до 15 с.

Другим принципом группировки турбин является деление их на базовые и пиковые.

Базовые турбины — это турбины нормального исполнения среднего и высокого давления с развитой регенеративной схе-

60

мой и вторичным перегревом пара. Они отличаются высокой экономичностью, но зато пуск их длителен, перегрузочная способность почти отсутствует, а быстрые изменения нагруз­ ки могут быть допущены лишь в узком диапазоне мощностей, не превышающем обычно ±20% номинальной мощности тур­ бины.

Пиковые турбины появились в последние годы и предназ­ начаются для покрытия пиковой части графика нагрузки. Их особенностями являются возможность быстрого прогрева и пуска, а также широкий диапазон быстрого изменения нагруз­ ки. Такие турбины способны также работать со значительны­ ми перегрузками.

получаются за счет упрощения конструкции и отказа от реге­ неративного подогрева питательной воды и промежуточного перегрева пара, экономичность пиковых турбин значительно ниже, чем базовых. Так, если удельный расход тепла у турби­ ны высокого давления нормальной конструкции составляет 8000 — 9200, то пиковые турбины разных конструкций расхо­ дуют от 11 000 до 14 000 кДж/кВт • ч.

Повышение мощности пиковых турбин достигается вариа­

может повысить свою мощность в случае необходимости на 40%, т. е. до 350МВт, за счет повышения давления пара перед стопорным клапаном со 140 до 170 кгс/см2 (на 20%), одновре­

давления. Все эти меры ведут к повышению весового количе­

61

кроме уменьшения удельного объема пара, способствует удер­ жанию скорости крипа металла на расчетном уровне.

Разумеется, все эти меры приводят также к тому, что в период работы с повышенной нагрузкой экономичность тур­ бины падает.

Существуют и другие способы повышения мощности и: создания так называемого встроенного резерва мощности, на­ пример перепуск свежего пара непосредственно в ЦСД или: даже в ЦНД турбины или переброска части перегретого пара из основного пароперегревателя в промежуточный. Но все они также связаны с понижением экономичности и требуют неко­ торых конструктивных переделок в проточной части турбины и в элементах ее тепловой схемы.

Наконец, с точки зрения регулирования нагрузки значи­ тельно отличаются друг от друга две группы турбин: конден­ сационные и теплофикационные.

Конденсационные турбины управляются регуляторами ско­ рости, и их нагрузка может свободно изменяться в зависи­ мости от требований системы.

Теплофикационные турбины, в особенности многоотборные- и противодавленческие промышленные турбины, управляются кроме того регуляторами давления, и их электрическая мощ­ ность определяется главным образом графиком теплового по­ требления.

§ 20. Прогрев паровой турбины

Трудности прогрева паровой турбины заключаются в том, что для приведения турбины в рабочее состояние необходимодовести ее температуру до рабочего значения, очень высокого для отдельных узлов (500—565°С). Массы же ее отдельных: деталей и узлов (корпуса, ротора, вала, диафрагм, дисков, ло­ паток, фланцев) различны, неодинаково и количество тепла, которое надо сообщить этим элементам для доведения их тем­ пературы до нормального рабочего значения. Поэтому всякий пуск турбины связан с неравномерным распределением темпе­ ратур в турбине и появлением температурных деформаций и~ напряжений в металле, накладывающихся на напряжения, об­ условленные давлением пара, вращением ротора или холод­ ной затяжкой шпилек.

Температурные градиенты, например в стенках корпусатурбины, определяющие величину температурных напряжений,, зависят еще от скорости повышения температуры, и, следова­ тельно, это также ограничивает скорость пуска машины.

Наконец, требуется вести прогрев турбины так, чтобы теп­ ловое удлинение ротора и статора происходило синхронно, в противном случае начнется задевание вращающихся частей

62

машины за неподвижные из-за «выбирания» зазоров и воз­ никнет сильная вибрация.

Неправильный пуск может привести также к появлению опасных напряжений в металле, короблению корпуса, тепло­ вому прогибу ротора, ослаблению посадки дисков, трещинам корпуса и другим аварийным повреждениям турбины.

Возможны два режима прогрева турбины при пуске: при постоянной наивысшей температуре греющего пара (рис. 46) и при постоянной разности температур греющего пара и ме­ талла (рис. 47). Первый режим приводит к цели быстрей, однако при этом весьма вероятно возникновение теплового, удара (ТУ), под которым подразумевают появление в металле

опасных температурных градиентов, соответствующих ^разру­ шающим значениям щ.

Если из выражения теплового баланса в переходном режи­ ме ('&°— здесь температура греющего пара)

dQ = ср Vdt°cp= a2F (& — f j d-с

определить скорость изменения средней температуры zf°p в прогреваемой стенке корпуса турбины

d t ср «а («•-*„„)

V

и, введя обозначения для

и

решить получившееся уравнение

63

то можно найти интересующие нас выражения для темпера­ турного перепада в стенке турбины при прогреве ее паром по­ стоянной температуры

С - f cP = (£р - а °) ( 1 - Ф) ехР ( - /?гт) -

а также для максимального температурного перепада в той же стенке:

[ С - ^ср]макс г - 0 = [*ср ~ &о]мйкс О ~ Ф )‘

Отсюда после несложных преобразований можно получить зависимость температурного градиента в металле от разности температур греющего пара и металла

«О __ J.0

fвн _ fср = ' ^

С учетом того, что-

Gt — -г—— ,

1 1—р. ’

выражение для предельного значения разности температур греющего пара и металла, при котором еще не появляется опасный температурный перепад в металле, т. е. не возникает тепловой удар, получит вид

'300 мм критерий Био равен соответственно 2; 4; 6 и, следова-

6 4