Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Приложение IV 191

масла и падение напорного давления происходит при движении

системы на закрытие и чтобы избежать влияния массы масла

введены специальные линии подачи напорного масла в

проточные линии (так называемые спецлинии).

Приложение IV. Оценочные расчёты влияния

различных факторов на повышение оборотов

турбины после отключения генератора от сети

IV.1. Влияние параметров элементов системы

регулирования

Такую оценку наиболее просто сделать по конечному

виду движения сервомотора регулирующего клапана на закры-

тие, т.к. осциллограммы таких процессов обычно имеются

[К21].

При сбросе нагрузки обычно подаются форсирующие

воздействия на закрытие клапанов, в результате чего

сервомоторы после некоторого запаздывания, определяемого

свойствами промежуточных усилителей, инерцией массы самих

сервомоторов, начинают двигаться с максимальной скоростью

на закрытие. Т.к. форсирующие воздействия обычно значи-

тельны по величине, замедления сервомоторов по мере

закрытия из-за действия отрицательной обратной связи

сервомоторов, как правило, не наблюдается. В результате, вид

движения сервомотора и характер изменения мощности в

относительных единицах (для сервомотора за единицу

принимается величина его открытия в эффективной зоне работы

клапана) можно упрощенно представить так, как показано на

рис. П.12.

Параметры: запаздывание движения на закрытие τ

время движения сервомотора на закрытие в эффективной зоне

192 Приложение IV

Рис. П. 12. Вид движения сервомотора на закрытие:

x - ход сервомотора регулирующего клапана, Ν

- мощность турбины,

- постоянная времени парового объёма за клапаном, г - запаздывание

начала уменьшения расхода пара через клапан, Т

- время движения серво-

мотора в эффективной зоне работы клапана

работы клапана T

c1s

можно определить или расчётом, или из

опытных данных. Подчеркнём, что период движения серво-

мотора в неэффективной зоне работы клапана включается в

. В течение времени τ

в турбину продолжает поступать

пар в начальном количестве. При последующем закрытии

сервомотора количество пара (и вырабатываемой им мощности,

идущей на разгон ротора турбины), примерно, пропорционально

открытию клапана в эффективной зоне.

Если у отсека турбины имеется несколько параллель-

но-последовательно закрывающихся сервомоторов, для экви-

валентного сервомотора время движения на закрытие следует

отсчитывать от начала дижения на закрытие первого серво-

мотора до конца закрытия последнего.

Это, конечно, всё не очень строго, но при реальных

характеристиках сервомоторов даёт не слишком большую

погрешность. Однако при этом чрезвычайно упрощается оценка

влияния параметров системы регулирования на заброс оборотов:

можно считать, что всё время τ

+ 0,5ּ T

c1s

поступает

Приложение IV 193

номинальный расход пара, тогда

где Т

- постоянная времени ротора турбины.

IV.2. Влияние объёмов пара внутри турбины

Влияние объёма пара, расположенного за клапанами

турбины, на величину дополнительного заброса нагрузки обычно

может быть просто учтено по формулам работы L, совер-

шаемой паром над ротором турбины, за вычетом работы,

затрачиваемой на проталкивание пара. При адиабатическом

расширении:

где u,i,p,v,D - удельные внутреняя энергия и энтальпия,

давление, удельный объём, массовое содержание пара в данной

ёмкости, в начале и в конце процесса расширения, V

геометрический объём ёмкости, ,

где N

- номинальная мощность турбины. Это даёт оценку

"сверху".

IV.3. Суммарное влияние скорости перемещения

клапанов и паровых объёмов за ними

При линейном перемещении клапана, когда во время

движения клапана меняются параметры пара в ёмкости, более

удобно пользоваться уравнениями материального баланса в

ёмкости, полагая далее, что расход пара и вырабатываемая им

мощность пропорциональны давлению пара, особенно, если в

качестве давления принять давление в регулирующей ступени.

При таком движении эквивалентного сервомотора и

представлении парового объёма одноёмкостным звеном с

194 Приложение IV

постоянной времени , где G

- номинальный расход,

при

Если паровой объём можно представить в виде трубы

(параллельных труб) длиной l

с площадью , то

, где w

- скорость пара в трубе. Скорость пара

- величина довольно постоянная, обычно

50 м/с для перегретого пара, 30 м/с для влажного пара, этим

очень удобно пользоваться для начальных оценок.

При наличии регулирующих клапанов перед несколь-

кими отсеками турбины следует производить суммирование

повышения оборотов с учётом доли мощности k

, выраба-

тываемой отсеками, расположенными за данными клапанами

до следующих клапанов. Тогда

Если внутри турбины ещё имеются заметные объёмы,

перед которыми нет клапанов, их влияние также можно оценить

приведением к объёму за выше расположенными клапанами с

учётом доли мощности, вырабатываемой последующим за

объёмом отсеком.

Кстати, если есть, что доля мощности отсеков, распо-

ложенных за клапанами ЦСД, в турбинах с промперегревом

составляет 0,65...0,7, то становится понятно, что надо

стремиться к максимальному уменьшению именно объёма

пара за регулирующими клапанами ЦСД, в связи с чем на

турбинах ЛМЗ регулирующие клапаны ЦСД обычно выпол-

нялись расположенными непосредственно на турбине.

Приложение IV 195

IV.4. Влияние объёмов пара и воды в регенеративных

и сетевых подогревателях

IV.4.1. Влияние аккумулированной энергии на повы-

шение оборотов. На трубопроводах отборов к регене-

ративным и сетевым подогревателям всегда устанавливаются

обратные клапаны. Их задача - предотвратить обратное

течение пара из подогревателя в турбину при резком закрытии

клапанов на впуске пара в турбину и падении давления в турбине.

Обратный поток пара опасен как по причине дополнительного

повышения оборотов при сбросе нагрузки, так и захолаживания

напряженных деталей турбины (термостресс). Кроме того,

обратный поток может внести с собой капли воды, попадание

которых в турбину может привести к поломке лопаток.

В этих условиях приходиться решать вопрос о доста-

точности принятых мер защиты на случай возможного отказа

в закрытии или поломки обратного клапана, что, к сожалению,

реально, в частности, из-за больших размеров этих клапанов

на отборах из ЦСД и ЦНД. Наиболее часто отказы наблю-

даются на обратных клапанах, устанавливаемых на отборах,

где количество пара в отбор может значительно уменьшаться

при одном и том же давлении отбора. В таких случаях при малых

открытиях клапанов наблюдается их вибрация, износ осей и т.п.

Влияние энергии, запасённой в регенеративных и

сетевых подогревателях, на заброс оборотов тоже можно

учитывать чисто энергетически, определяя для каждого подог-

ревателя количество имеющегося в объёме пара и выделенного

при вскипании пара D

, а также работоспособность L

каждого

из этих компонентов.

Для того, чтобы получать не слишком пессимис-

тические, а более правдоподобные оценки, следует учитывать

196 Приложение IV

два взаимовлияющих фактора:

- влияние сопротивления паропровода между подог-

ревателем и турбиной, что ограничивает величину возможного

обратного расхода пара,

- длительность процесса истечения пара из подогре-

вателя, в результате чего затраты энергии на вращение турбины

в этот период (при закрытых клапанах впуска в турбину)

оказываются весьма значительными.

Величина повышения оборотов в общем случае

причём работа пара L определяется с учётом потерь до и после

попадания пара в турбину, а коэффициент Ζ как раз и учитывает

потери на трение в турбине в процессе разгона.

Общее количество пара, которое может попасть в турбину из

подогревателя,

где D - количество пара в паровом объёме подогревателя и

трубах,

- удельный объём пара при пара-

метрах отбора в начале процесса (давление р

), D

количество пара, образуемое при падении давления из воды,

находившейся при температуре насыщения:

где D

- количество воды в подогревателе, i

-энтальпия воды

на линии насыщения в начале (давление p

) и в конце процесса

вскипания (давление в конденсаторе p

), r - скрытая теплота

парообразования.

При давлении ниже 20 кг/см

с достаточной точнос-

тью энтальпия воды на линии насыщения апроксимируется

Приложение IV 197

выражением

Работа пара, учитывая, что D << D

где i

, i

- энтальпии пара в начале и в конце процесса, КПД

использования этой энергии -

внутренний относительный кпд при n = 3000 об/мин,

- учёт потерь в трубе (рис. П.13),

- учёт влияния повышения оборотов (чем ближе к

3000 об/мин, тем выше), - учет влияния снижения

расхода.

Рис. П. 13. Процесс дросселирования в трубе

Коэффициент потерь на валу турбины Ζ, в предпо-

ложении, что паровая мощность вскипающего пара падает во

времени по экспоненциальному закону, а потери остаются

постоянными:

где Ν

- начальная мощность вскипающего пара, N

- потери

198 Приложение IV

на валу. При этом величина Ζ получается равной 0,67; 0,405 и

0,153 при значениях N

соответственно 10,4 и 2, т.е. может

весьма существенно уменьшить расчётную величину заброса

оборотов при не очень большой начальной мощности

вскипающего пара по сравнению с потерями на валу турбины.

Начальный расход пара G

при обратном течении с

учётом сопротивления паропровода от подогревателя к турбине,

считая истечение критическим, при отсутствии подогрева и

сопротивления, распределенным по длине трубы, можно оценить

согласно данным Г.Н. Абрамовича*:

где - скорость звука в потоке, f - площадь

трубы, а коэффициент скорости λ определяется из уравнения

где , коэффициент - суммарный коэф-

фициент сопротивления трубы, в который можно включить и

все местные сопротивления.

Принимая коэффициент сопротивления при прямом и

обратном течении одинаковыми, что идёт обычно в запас

расчёта, можно определить ζ

из величины фактических потерь

давления (∆р

) при прямом течении пара (эти потери обычно

хорошо известны, т.к. влияют на экономичность, указываются

в тепловых балансах и не превосходят 3...5 % от величины

давления в подогревателе):

где с - скорость пара в трубе при прямом потоке.

* Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика, 1951, с. 136

Приложение IV 199

После определения ς

можно найти χ, λ и G

· При

этом можно принимать для пара k = 1,135.

Начальное давление пара p

после попадания его в

турбину, определяется по формуле Флюгеля для последующих

отсеков турбины. Для значимых случаев можно её упростить и

принимать

где p

- параметры турбины в отсеке при номинальной

нагрузке.

Начальный адиабатический перепад энтальпий

-i

определяется по i-s диаграмме после дрос-

селирования от давления p

на линии насыщения до давления

и расширения до давления р

Начальная мощность

где

Потери на валу N

составляют 1,7. ..2% от N

, однако,

в запас расчёта целесообразно в данном расчёте принимать

=0,01ּN

, полагая, что еще до 1% Ν

может поддер-

живаться расходом пара, идущим через неплотности регули-

рующих клапанов турбины и т. п.

Точность указанной методики, конечно, в случае

больших значений Δφ

может быть недостаточна. Некоторые

уточнения величины L могут быть получены, если определять

текущие расход и мощность аналогично определению N

, a

затем графически интегрировать функцию ΔN(t) - N - N

до

тех пор, пока ΔN станет равной нулю, варьируя в пределах

разумного значение ς

■ Но величина N

в случае каждого

конкретного сброса нагрузки может меняться. Кроме того, при

отказе защиты на двух подогревателях с такими значениями

200 Приложение IV

Δφ

суммарная величина заброса оборотов увеличивается

больше, чем их сумма.

IV.4.2. Защита от обратного потока пара. С учётом

изложенного, если получающаяся при таком расчёте величина

Δφ

больше 2...2,5 %, надо думать об установке дополнительной

ступени защиты на случай отказа при сбросе нагрузки в

закрытии обратного клапана на линии отбора.

В качестве таковой могут служить дополнительный

стопорный клапан отбора с приводом от масляного серво-

мотора, включенного в общую систему защиты турбины от

разгона. Конечно, это дополнительное сопротивление,

увеличение недогрева питательной воды, а значит - потеря

экономичности.

Поэтому всё большее применение находят подогре-

ватели с выделенным конденсатосборником, в котором такая

дополнительная защита выполняется не на паропроводе к

подогревателю, а на сливе конденсата из парового пространства

в конденсатосборник (А.В. Рабинович и др.).

Это особенно актуально для сетевых подогревателей

теплофикационных турбин, где такая защита позволяет

отказаться от установки громоздких устройств на паре помимо

поворотных диафрагм для регулирования давления пара в отбор.

Конструкция устройств защиты на линии слива конден-

сата применяется в сетевых подогревателях ЛМЗ двух типов:

- установка решётки (перегородки с отверстиями -

воронками) на сливе воды из парового пространства подогре-

вателя в конденсатосборник,

- установка обратного клапана (клапанов) на этой

сливной линии с выпарной трубой из конденсатосборника в

паровое пространство подогревателя.