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 Рк / Ро. Более выпуклые участки соответствуют большему отношению Рк / Ро . При отношении Рк / Ро £ 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
Вчас = f (Qчас), Qчас = 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).
|
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-1.gif)
|
|
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-4.gif)
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-5.gif)
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-6.gif)
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-7.gif)
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-8.gif)
| |||||
![]() | ![]() | ||||
![]() |
∆P P
Рис. 5. Форма характеристики турбоагрегата с дроссельным
регулированием.
Элементарный отрезок ав можно представить прямой. Тогда из треугольника авc следует, что
|
|
∆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) axx.
Q
![]() |
|
![]() |
P
Рис. 6. Форма спрямленной характеристики
Энергетическая характеристика турбины с дроссельным регулированием имеет вид
Qчас = axx + r P, Гкал / ч.
Таким образом, в любой точке нагрузки турбоагрегата часовой расход тепла (Qчас) складывается из двух величин:
- постоянная часть – расход тепла на холостой ход (axx)
- 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
axx
q = p + r , Гкал/МВтч
Коэффициент полезного действия
0.86 P 0.86 P 0.86
h = Q = axx + r P = axx + r
P
|
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-25.gif)
q,
h
| |||
![]() | |||
0,5 Pmax Pmax 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.
|
![Энергетические характеристики турбоагрегатов Энергетические характеристики турбоагрегатов - student2.ru](/images/matematika/yenergeticheskie-kharakteristiki-turboagregatov-511259-32.gif)
![]() |
а
![]() |
Pэк 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
Qчас = aхх + r1Рэк + r2 (Р - Рэк)
Или, в другом виде
Qчас = aхх + r1Р + (r2 - r1) (Р - Рэк)
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 %.