Что значит противодавленческая турбина

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.

ТУРБИНЫ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.

Рис. 19.1. Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением типа Р и конденсационной турбиной.

Свежий пар с параметрами p₀ и t₀ подводится к турбине 1 из котла. В турбине происходит расширение пара до конечного давления р_к, отработавший пар поступает к потребителю теплоты 4.

Для турбин с противодавлением характерен режим работы по тепловому графику(расход отработавшего пара определен тепловым потребителем).

Развиваемая турбиной без отборов элек­трическая мощность N₀

Так как КПД η_оэпри постоянных пара­метрах пара зависит от объемного пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад Н₀ не меняется, то мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом G_ппара и не может быть изменена без изменения теплового потребления.

Как правило, графики потребления тепловой и электрической энергии не совпадают и турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электрической энергией. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением устанавливают параллельно с конденсационными турбинами 2. При параллельной работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, необходимого тепловому потребителю, а остальная выработка электрической энергии обеспечивается конденсационными турбинами. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя до­бавляется редуцированный свежий пар, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины. Редукционно-охладительная установка (РОУ) 3 позволяет также снабжать теплового потребителя 4 паром в период остановов турбины 1.

То обстоятельство, что электрическая мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбоагрегата, что ограничивает область применения турбин с противодавлением.

19.2. ТУРБИНЫ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ ПАРА

Конденсационные турбины с регулируемыми отборами пара могут одновременно удо­влетворять внешних потребителей электрической энергией и теплотой, поэтому они получи­ли широкое распространение. В отличие от турбин с противодавлением у турбин с регулируемыми отборами пара выработка электрической энергии не зависит от тепловой нагрузки.

Турбина с регулируемым отбором пара состоит из двух частей (рис. 19.2, а): группа ступеней 1, расположенных до отбора, называется частью высокого давления (ЧВД), а группа ступеней 2 от отбора до конденсатора 3—частью низкого давления(ЧНД). Свежий пар подводится к турбине с давлением p₀ и температурой t₀ через стопорный 8 и регулирующий 7 клапаны. В ЧВД пар расширяется до давления p_п, которое поддерживается постоянным и определяется тепловым потребителем 9. Пройдя ЧВД, поток пара G₀ делится: часть пара G_п через отсечной 4 и обратный 5 клапаны идет к тепловому потребителю 9, а часть пара G_к направляется через регулирующие органы 6 в ЧНД, где расширяется до давления p_к в конденсаторе 3. РОУ 10 служит для снабжения паром теплового потребителя 9 в период останова турбины 1.

Рис. 19.2. Принципиальная схема (а) и процесс расширения пара (б) в h,S-диаграмме турбинной установки с регулируемым отбором пара

Электрическая мощность турбины N_эс одним регулируемым отбором пара (без учета отборов пара на регенерацию) опреде­ляется из выражений:

внутренние относительные КПД турбины, ЧВД, ЧНД; η_м — механический КПД; η_эг — КПД генератора.

Исключив из (6.2) расход пара в конден­сатор G_к, получим выражение для расхода свежего пара на турбину с отбором пара

При постоянных использованных теплоперепадах ЧНД Н _i « и всей турбины Н _i расход пара на турбину с регулируемым отбором за­висит от электрической мощности N_э и отбора пара G_п на тепловое потребление.

Особенности турбин с регулируемым отбором пара :

1. Для турбин с отбором в зависимости от тепловой нагрузки принято различать две группы режимов: конденсационные и теплофикационные.

Режим работы турбины, когда расход пара в регулируемый отбор равен нулю, называют конденсационным.

Теплофикационные режимы характеризуются наличием тепловой нагрузки. В зависимости от ее характера турбины могут иметь режим работы по тепловому или электрическому графику. При работе турбины по тепловому графику электрическая мощность определяется тепловой нагрузкой и не может быть изменена без соответствующего изменения теплового потребления. На таких режимах регулирующие органы ЧНД находятся в неподвижном положении, а изменение нагрузки теплового потребителя и мощности турбины обеспечивается органами парораспределения ЧВД. При этом возможен режим работы турбины с противодавлением, когда регулирующие органы ЧНД закрыты и весь пар направляется в регулируемый отбор. В таком режиме через ЧНД принудительно пропускается некоторое количество пара для отвода теплоты трения вращающихся элементов ротора.

На режимах работы турбины по электрическому графику регулирующие органы ЧНД могут иметь произвольную степень открытия. Для турбин с регулируемым отбором пара, работающих по электрическому графику с независимым заданием электрической нагрузки, характерны наличие тепловой нагрузки, которая ограничивает возможность снижения электрической мощности ниже минимального значения, определяемого регулируемым отбором пара, и возможность увеличивать электрическую мощность до максимальной за счет пропуска пара в конденсатор.

2. Многообразие возможных режимов работы турбин с отбором пара определяет изменение в широком диапазоне количества пара, протекающего через ЧВД. Поэтому в турбинах с отбором пара применяют сопловое парораспределение.

3. В турбине с отбором пара (рис. 19.2) регулированию подвергаются потоки пара, поступающие как в ЧВД, так и в ЧНД, причем давление пара, отводимого к тепловому потребителю, поддерживается постоянным и не зависящим от мощности и расхода пара.

Если в результате неправильной работы системы регулирования регулирующие органы ЧНД закроются раньше, чем регулирующие клапаны ЧВД, то корпус ЧВД и примыкающие к нему трубопроводы могут оказаться под полным давлением пара, идущего из котла, что приведет к механическим повреждениям этих элементов турбоустановки. Для предотвращения возможных аварийных ситу­аций на паропроводе, связанном с камерой отбора, обязательно устанавливают предохранительный клапан 11 (рис. 19.2).

4. К турбине с регулируемым отбором пара примыкает паропровод отбираемого пара, имеющий большую емкость. Если при внезапном отключении генератора не закроются регулирующие органы ЧНД, то пар из паропровода отбора может пойти обратно через ЧНД в конденсатор. При этом пар, расширяясь в ЧНД, может разогнать турбину до скорости, вызывающей ее разрушение. Для предохранения турбины от разгона на паропроводах как регулируемых, так и нерегулируемых отборов обязательно устанавливают обратные клапаны 5. Кроме того, предусмотрено принудительное закрытие отсечного клапана 4 и регулирующих органов 6 одновременно с закрытием регулирующего 7 и сто­порного 8 клапанов на линии подвода свежего пара в турбину (рис. 19.2).

5. Когда линия отбора пара питается от нескольких турбин, возможно существенное понижение давления в ней при аварийном останове одной из турбин. При этом резко возрастает перепад давлений на диафрагмах последних ступеней ЧВД турбин, оставшихся в работе, что может привести к их механи­ческим повреждениям. Эта опасность тем больше, чем выше давление отбираемого пара. Для повышения надежности работы турбины должно быть предусмотрено устройство, отключающее доступ пара в турбину или линию отбора при внезапном повышении перепада давлений на последней ступени ЧВД. В теплофикационных турбинах такой опасности не существует, так как диафрагма последней ступени ЧВД этих турбин рассчитана на уменьшение давления в отборе до нуля.

Источник

Типы паровых турбин

Паровая турбина — это механизм, осуществляющий переработку тепловой энергии, полученной от пара, в энергию вращения

Классифицируются паровые турбины следующим образом: противодавленческие, теплофикационные с отбором пара на производство, конденсационные, теплофикационные.

Все эти турбины отличаются количеством пара, использованного в работе и количеством пара, не участвовавшего в производстdе, а использующийся для других нужд.

Конденсационные турбины

Является самым распространенным в производстве типом паровых турбин. Обычно, с такой турбиной в комплекте идет конденсатор-устройство, предназначенной для сбора использованного пара. Абсолютно весь отработавший пар поступает в конденсатор.

Основной задачей конденсационных паровых турбин является выработка электричества. Соответственно, подобного типа турбины используются на электростанциях. На ТЭЦ также можно поставить, но обычно они там не используются. Пар из котла поступает в турбину и совершает работу, необходимую для получения электроэнергии. Возможность получения тепловой энергии с таких турбин присутствует, но обычно не используется.

В Советское время производством таких труб занимался Ленинградский металлический завод. Сейчас же это ОАО «Силовые машины».

Теплофикационные турбины

Представляют собой турбины типа «Т». Широко используются на тепловых электростанциях, так как с их помощью имеется возможность вырабатывать не только электричество но и тепловую энергию.

Турбина способна отбирать пар с помощью поворотной диафрагмы. Данный процесс является контролируемым. Отобранный пар затем поступает в определенные обогреватели, с которых энергия тепла уже передается воде.

В летнее время теплофикационные турбины способны работать в конденсационном режиме. В данном случае пар до сетевых подогревателей не доходит, а в полном объеме используется для выработки электричества.

Производством теплофикационных турбин занимается Уральский турбинный завод.

Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара

Турбины с маркировкой «ПТ»

Название данных турбин дает понять, что определенная часть пара в процессе производства энергии уходит на промышленные нужды( к примеру для работы самого завода и т.п). После пар возвращается в виде жидкости, то есть конденсата, либо же полностью испаряется.

На данный момент теплофикационные турбины на производстве практически не используются, за редким исключением. В СССР они пользовались популярность для установки на тепловые электростанции недалеко от промышленных предприятий, заводов и т.д.

Противодавленческие турбины

Маркирова противодавленческих турбин «P».

Особенность противодавленческих турбин является отсутствия конденсатора, куда бы поступал использованный пар. Поэтому последний в свою очередь поступает на использование стороннему потребителю, что немного схоже с теплофикационными турбинами промышленного типа.

На данный момент противодавленческие турбины также как и турбины с маркировкой «ПТ» не используются в производстве, если не брать во внимание отдельные случаи. В Советское время данная модель еще находила себе применение, но после распада союза надобность в таких типах турбин отпала, так как возникла проблема в нахождении внешнего потребителя. При отсутствии последнего невозможно использование противодавленческих турбин для осуществления выработки энергии, соответственно они пришли в ненадобность.

Но затем инженеры нашли отличное решение для усовершенствования противодавленческих турбин. В придачу к ним устанавливались турбины с маркировкой «К», то есть конденсационные, рассчитанные на работу с паром, имеющим низкое давление. Как известно, турбинам типа «Р» необходимо наличие стороннего потребителя, что решается с помощью конденсационных турбин. После того как пар отработал в противодавленческих турбинах, он поступает в турбины типа К, где уже окончательно завершает свою работу и переходит в конденсат.

Источник

Турбины с противодавлением

Электрической энергии

Турбины для комбинированной выработки тепла и

ЛЕКЦИЯ №9

Экономический выигрыш у таких турбин обусловлен тем, что в конденсационных установках скрытая теплота парообразования теряется, а здесь используется для бытовых и промышленных потребителей.

Турбины, которые не только служат приводом генератора электрического тока, но и снабжают теплом внешних потребителей, получили общее название теплофикационных и разбиваются на следующие основные типы:

· Турбины с противодавлением;

· Турбины с одним регулируемым отбором пара;

· Турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением;

· Турбины с двумя регулируемыми отборами пара.

Схема установки турбины с противодавлением изображена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением и конденсационной турбиной:

Свежий пар подводится из парогенератора с давлением и направляется в турбину 1, где происходит расширение пара до давления . Отработавший в турбине 1 пар поступает в сетевые подогреватели (бойлеры), откуда подогретая вода идет к потребителю тепла. Для отопления применяется пар с давлением =70…250кПа, для промышленных целей требуется пар с давлением =0.4…0.7МПа, а в некоторых случаях с =1.3…1.8МПа.

Пар, проникающий в турбину 1 с противодавлением, расходуется лишь в том количестве, которое необходимо потребителю. Поэтому мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, не является произвольной, а связана с нагрузкой теплового потребителя. Мощность турбины выражается равенством:

где — расход свежего пара;

— располагаемый теплоперепад;

— относительный электрический к.п.д., равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.

Поскольку к.п.д. при постоянных параметрах процесса зависит только от пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад не меняется, мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом протекающего через нее пара.

Турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечивать потребителей электрической энергией, так как графики потребителей электрической энергии и тепла не совпадают. Поэтому в современных энергосистемах турбины с противодавлением обычно не устанавливаются изолированно, а применяются для параллельной работы с конденсационными турбинами (рис. 9.1).

При такой работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, идущего к тепловому потребителю, в то время как остальную выработку электрической энергии обеспечивают компенсационные турбины

Таким образом, работая по тепловому графику, турбина с противодавлением покрывает лишь часть электрической нагрузки; остальная электрическая нагрузка ложится на конденсационную турбину. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется редуцированный свежий пар в том случае, если расход пара, требуемый тепловым потребителям, превышает максимальную пропускную способность турбины с противодавлением. Установленный редуктор давления пара 3 позволяет также снабжать теплового потребителя паром в периоды ремонтов турбины с противодавлением.

То обстоятельство, что мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбогенератора, что ограничивает область применения таких турбин (т.е. зимой из-за максимального потребления тепла мощность турбины максимальна, а летом турбина может оказаться без нагрузки). Поэтому такие турбины устанавливают вблизи постоянных потребителей тепла, например, вблизи химпроизводства.

Давление пара, идущего к тепловому потребителю, как правило, требуется поддерживать постоянным.

Для турбины с противодавлением уравнение расходов, связывающее тепловую нагрузку с противодавлением турбины, имеет вид:

(9.1)

где — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;

— секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

— секундный расход пара, отводимый к потребителю;

и — давление и температура отработавшего в турбине пара.

Уравнение (9.1) показывает, что давление отработавшего в турбине пара будет сохраняться лишь в том случае, когда количество пара G_1, прошедшего через турбину, равно количеству пара G₂, идущему к тепловому потребителю. Если , то ,то есть давление отработавшего пара растет и наоборот, если то и давление отработавшего пара понижается.

Таким образом, всякое нарушение равенства между количеством пара, идущего от турбины, и количеством пара, расходуемого тепловым потребителем, приводят к изменению давления отработавшего пара.

Для того чтобы турбина с противодавлением могла автоматически поддерживать расход пара, необходимого тепловому потребителю, турбина, помимо регулятора скорости снабжается регулятором давления.

Система регулирования при работе турбины по тепловому графику находится под воздействием регулятора давления. Лишь в том случае, если при работе по тепловому графику произойдет отключение агрегата от сети и генератор разгрузится до нуля, в работу под влиянием повышения частоты вращения вступит регулятор скорости.

В конструктивном отношении турбины с противодавлением отличаются от конденсационных только тем, что в ней нет ступеней, работающих в области низких давлений. Поэтому турбина с противодавлением выполняется так же, как часть высокого давления конденсационной турбины, и обычно состоит из ряда последующих нерегулируемых ступеней.

При выборе конструкции турбины с противодавлением (ТПД) решающее значение имеют объемный пропуск пара, на который должна быть рассчитана турбина, и график нагрузки, с которым турбина будет работать.

Поскольку в ТПД нет ступеней, работающих в области вакуума, отпадают все трудности, связанные с проектированием лопаток для больших объемных пропусков пара. Даже в ТПД, рассчитанных на очень большие массовые расходы пара, высоты последних лопаток, обычно, умеренные. Расходы пара, которые могут быть пропущены через однопоточную турбину, при ее работе с противодавлением, очень велики.

Для больших ТПД целесообразно повышение быстроходности, чтобы не увеличивать высоту лопаток при малых объемных пропусках пара.

Чем больше для всей турбины отношение давлений , где — давление свежего пара, — давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара от его дросселирования в регулирующем клапане при недогрузке турбины. Поскольку в ТПД, по сравнению с конденсаторными турбинами отношение велико, дроссельное парораспределение в таких турбинах применять не рекомендуется. Чем выше , тем большее число клапанов следовало бы иметь в системах соплового парораспределения ТПД.

Однако применение соплового парораспределения само по себе еще не оправдывает характер изменения экономичности при нагрузках турбины. К.п.д. ТПД при ее недогрузках сохраняется тем устойчивее, чем больший расчетный теплоперепад принят для регулирующей ступени. При этом желательно чтоб турбина представляла как ступень скорости, когда при одной сопловой решетке преобразование кинетической энергии производится в нескольких рабочих решетках. В этом случае при идеальном сопловом парораспределении можно считать, что тепловой перепад ступени сохраняется постоянным при всех нагрузках, а следовательно, сохраняется постоянным отношение скоростей (— окружная скорость рабочей решетки ,

где — угловая скорость рабочих лопаток;

— диаметр ступени;

– фиктивная скорость.

Если располагаемый теплоперепад ступени представлен как , то есть кинетическая энергия.

Выполнение ТПД в виде одной ступени нашло применение для турбин с небольшими теплоперепадами и пропуском пара, работающих при переменной в больших пределах нагрузки. Для турбин значительной мощности такая конструкция не может быть допущена в виду недостаточной ступени скорости. Поэтому наиболее распространенной для ТПД является конструкция, состоящая из регулирующей ступени и последующих нерегулируемых ступеней.

Таким образом, наилучшим вариантом ТПД является многоступенчатая конструкция, состоящая из регулируемой и нерегулируемой ступеней при использовании регуляторов как по давлению выходного пара, идущего к потребителю, так и по частоте, в зависимости от нагрузки теплового потребителя.

Источник