Энергетические характеристики турбоагрегатов

Процесс преобразования тепловой мощности, подводимой к турбине, в механическую мощность сопровождается потерями:

собственными потерями (от охлаждения турбины, на трение опорных трущихся частей ротора);

потерями термодинамического цикла.

Энергетическую характеристику турбины получают в виде расходной весовой D = f (Ре) или в виде расходной тепловой характеристики Q = f (Ре).

Расходная энергетическая характеристика турбоагрегатов Q = f (Ре) в зависимости от системы парораспределения изображается в виде выпуклой кривой или сочетания таких кривых. Кривизна энергетической характеристики имеет затухающий характер и соответствующее уменьшение относительного прироста, т. е. экономичность энергетического процесса повышается с ростом нагрузки. Это объясняется постепенным открытием дроссельного клапана, пропускающего пар в проточную часть турбины, и снижением потерь дросселирования.

Кривизна расходной характеристики зависит от отношения давления на выходе к давлению на входе Р_к / Р_о. Более выпуклые участки соответствуют большему отношению Р_к / Р_о . При отношении Р_к / Р_о £ 1, характеристики паровых турбин мало отличаются от прямолинейных.

В то же время характеристика генератора является вогнутой кривой, (поскольку переменная составляющая потерь в генераторе пропорциональна квадрату тока).

Противоположность кривизны характеристик турбины и генератора приводит к тому, что энергетическая характеристика турбогенератора еще более приближается к линейной, особенно в области высоких и средних нагрузок. Это позволяет на практике заменять криволинейные характеристики прямыми, проходящими через две точки – 100 % и 50 % мощности.

Наибольшее применение в практике получили энергетические расходные характеристики, т. е. зависимость часового расхода первичной энергии от величины нагрузки агрегата

_{кот кот кот}

В_час = f (Q_час), Q_час = f (Р).

Энергетические характеристики строятся для всех видов оборудования станции. Расходные характеристики турбин различаются в зависимости от системы регулирования.

а) Энергетические характеристики турбоагрегатов с дроссельным регулированием

Простейшую конфигурацию имеют характеристики турбин с дроссельным регулированием. На кривой характеристики можно выделить отрезок ав, который соответствует приращению нагрузки ∆P к соответствующему приращению расхода тепла ∆Q (рис. 5).

в

Q

а

a

∆Q

		с

∆P P

Рис. 5. Форма характеристики турбоагрегата с дроссельным

регулированием.

Элементарный отрезок ав можно представить прямой. Тогда из треугольника авc следует, что

	=tg a		=r

∆Q∆Q

∆P ∆P

где r – это показатель 3-ей группы – относительный прирост расхода тепла на турбину.

Спрямление энергетической характеристики осуществляют по вышеуказанному способу (по двум точкам – 100 и 50 %) до пересечения с осью. Эта точка характеризует расход турбиной на холостой ход (т. е. при нулевой нагрузке) a_xx.

Q

axx

P

Рис. 6. Форма спрямленной характеристики

Энергетическая характеристика турбины с дроссельным регулированием имеет вид

Q_час = a_xx + r P, Гкал / ч.

Таким образом, в любой точке нагрузки турбоагрегата часовой расход тепла (Q_час) складывается из двух величин:

- постоянная часть – расход тепла на холостой ход (a_xx)

- переменная часть, нагрузочный расход Q = rP , пропорциональный нагрузке.

Расход тепла на холостой ход включает в себя потери дросселирования, тепловые потери в конденсатор, потери механической энергии на трение в подшипниках, привод регулятора и т.д.

Удельный расход тепла

a_xx

q = p + r , Гкал/МВтч

Коэффициент полезного действия

0.86 P 0.86 P 0.86

h = Q = a_xx + r P = a_xx + r

P

Q,

q,

h

0,5 P_max P_max P

Рис. 7. Энергетическая характеристика конденсационного

турбоагрегата с дроссельным регулированием пара

1 – расходная; 2 – удельных расходов; 3 - КПД

б) Энергетические характеристики турбоагрегатов с обводным регулированием

Турбоагрегаты с обводным регулированием допускают добавочный пропуск пара. Пар через перегрузочный клапан подается в хвостовую часть, подвергаясь дросселированию до давления соответствующей ступени. Поэтому в точке включения клапана характеристика приобретает нелинейный участок. Выпуклость этого участка невелика, что дает возможность в практических условиях принимать его в качестве прямой.

d

Q

а

P_эк P

Рис. 8. Энергетическая характеристика расхода турбоагрегата

с изломом от обводного регулирования

Линия ав характеризует возрастание расхода тепла турбины в зоне работы основного клапана, которая называется экономической зоной. Линия вd характеризует дальнейшее возрастание расхода тепла в зоне действия обводного клапана, которая называется перегрузочной зоной.

Суммарный часовой расход тепла составит

Q_час = a_хх + r₁Р_эк + r₂ (Р - Р_эк)

Или, в другом виде

Q_час = a_хх + r₁Р + (r₂ - r₁) (Р - Р_эк)

Таким образом, часовой расход тепла при нагрузке, превышающей экономическую, состоит из расхода тепла на холостой ход, расхода тепла на выработку электроэнергии по характеристике с относительным приростом r, и перерасходом тепла на выработку электроэнергии в зоне перегрузке с большим относительным приростом.

в) Энергетические характеристики турбоагрегатов с клапанным регулированием

С ростом нагрузки последовательное открытие отдельных регулирующих клапанов и подвод пара к соплам первой регулирующей ступени обеспечивает большую экономичность, чем дроссельное и обводное регулирование.

Расходная характеристика турбины с клапанным регулированием представляет собой сочетание нескольких выпуклых кривых, каждая из которых характеризует возрастание тепла в зоне действия клапана. В точке включения последующего клапана происходит скачкообразное увеличение относительного прироста из-за увеличения потерь дросселирования.

При полном открытии каждого клапана точки расхода тепла располагаются на прямой, которая характеризует идеальный процесс при полном отсутствии потерь дросселирования пара.

Q

P

Рис. 9. Зависимость абсолютного расхода тепла от нагрузки

турбоагрегата при последовательном открытии

регулирующих клапанов

Паровые турбины проектируются таким образом, что наименьший удельный расход подведенной мощности соответствует не номинальной, а меньшей мощности, порядка 80-85 % от номинальной.

При очень малых нагрузках турбин может произойти расцентровка валов, повышение вибрации, поэтому турбины не эксплуатируются при нагрузках меньших 10-20 %. Следовательно, экономическая зона ограничивается в пределах 10-20 % - 80-85 %.