Общие указания к решению

Для успешного контроля работы турбин с сопловым парораспределением необходимо иметь следующие зависимости:

Р_0N = f(D) – давление пара за каждым регулирующим клапаном (N = 1, 2, 3) в зависимости от суммарного пропуска пара на переменном режиме;

D_N = f(D) – пропуск пара через каждый клапан (N = 1, 2, 3) в зависимости от суммарного пропуска пара на переменном режиме;

F_N = f(D) – проходное сечение (площадь открытия) клапана (N = 1, 2, 3) в зависимости от суммарного пропуска пара на переменном режиме;

F_N = f(h_N) – проходное сечение клапана (N = 1, 2, 3) в зависимости от высоты его подъема;

h_N = f(Z) – высота подъема клапана в зависимости от относительного хода сервомотора Z.

Разберем эту задачу на конкретном примере. Имеется конденсационная турбина мощностью 20000 кВт, Р₀ = 25 бар, t₀ = 400 ^ОС, Р₂ = 0,04 бар, D₀ = 83 т/ч. Давление в камере регулирующей ступени Р₁₀ = 16 бар. Пар подводится к трем группам сопел регулирующей ступени, причем в первую группу объединена половина всего количества сопел. Остальные две группы содержат 0,25 от всего количества сопел. Открытие клапанов последовательное, без перекрыши. Определить приведенные выше характеристики на переменных режимах. Для этого надо задаться рядом переменных режимов, начиная с того момента, когда D/D₀ = 0,1, и до расхода D/D₀ = 1. Решение задачи разделится на ряд одинаковых задач при различных пропусках пара. Возьмем, например, режим, когда D/D₀ = 0,9. При решении задачи будем приближенно считать, что степень реактивности регулирующей ступени равна 0. На номинальном режиме

ε₁ = Р₁₀ / Р₀ = 16 / 25 = 0,64,

поэтому расход через сопло регулирующей ступени меньше критического. По сетке расходов через суживающееся сопло [1] (рис. 7) находим:

q = D₀ / D_КР = 0, 975

(ε₀ = 1, т.к. регулирующие клапаны на номинальном режиме полностью открыты.) Следовательно, предельный пропуск пара через все сопла при данных начальных параметрах составит:

D_КР = D₀ / 0,975 = 83 / 0,975 = 85 т/ч.

Распределение предельных пропусков между отдельными группами сопел представится так:

D_1КР = 42,5 т/ч; D_2КР = D_3КР = 21,25 т/ч.

При D/D₀ = 0,9 имеем D = 0,9 × 83 = 74,7 т/ч.

Давление в камере регулирующей ступени пропорционально расходу, поэтому Р₁ = 0,9 × 16 = 14,4 бар или

ε₁ = Р₁ / Р₀ = 14,4 /25 = 0,576.

Относительный пропуск пара через группу сопел при полностью открытом регулирующем клапане находится по диаграмме расходов (рис. 7) на предельной линии пропусков пара, т.к. при полностью открытом клапане

ε₀ = Р_0N / Р₀ = 1

(дросселированием пара на клапане при полном открытии его мы пренебрегаем). Итак, зная ε₁ = 0,576 и ε₀ = 1, находим относительный расход q = 0,996. Далее находим расходы через первый и второй клапаны:

D₁ = q × D_1КР = 0,996 × 42,5 = 42,3 т/ч и

D₂ = q × D_2КР = 0,996 × 21,25 = 21,15 т/ч.

Расход пара через третий клапан

D₃ = D –D₁ – D₂ = 74,7 – 42,3 – 21,15 = 11,25 т/ч.

Давление за первым и вторым клапанами равно р₀.

Относительный пропуск пара через третью группу сопел

q₃ = D₃ / D_3КР = 11,25 / 21,25 = 0,53.

Зная ε₁ и q₃, найдем ε₀₃ по диаграмме расходов: ε₀₃ = 0,696. Тогда

Р₀₃ = 0,696 × 25 = 17,4 бар.

Проходное сечение для пара при полностью открытом регулирующем клапане подсчитывают по уравнению неразрывности

F_NКР = , (13)

где G – расход пара, кг/с;

с – скорость пара, м/с;

v₀ – удельный объем пара, м³/кг.

Скорость с принимают обычно от 50 до 100 м/с, примем с = 70 м/с.

v₀ найдем с помощью таблиц или h–s диаграммы.

Рис. 7. Сетка Щегляева для определения относительных расходов пара через суживающиеся сопла

Расход пара через N-й клапан (N = 1, 2, 3) определяется по формуле

D_N = 759 × F_N × q × μ × , (14)

где D_N – расход через N-й клапан, т/ч;

F _N – проходное сечение N-го клапана, м²;

q – относительный расход, определяемый по сетке расхода (безразмерная величина);

μ – коэффициент расхода;

Р₀ – давление пара перед клапаном, бар;

v₀ – удельный объем, м³/кг, равный по условиям задачи 0,1225.

При нахождении q здесь сам клапан рассматривается как суживающееся сопло. Подставим численные значения постоянных величин в формулу (14), получим D_N = 10409 × q × F, если давление Р выражено в барах, а коэффициент μ = 0,96, или F = (D_N / q) × 0,96 × 10^–4 м².

Таблица 6

Результаты расчета параметров пара и состояния клапанов на переменном режиме при сопловом парораспределении

Расход пара через турбину	Относительный D/D0	0,1	0,2	…	0,9
Абсолютный D, т/ч
Давление в камере регулирующей ступени	Относительное ε 11
Абсолютное Р11, бар
Относительный пропуск пара	q (определяется по сетке Щегляева)
Расход пара через клапаны, т/ч	1 D1
2 D2
3 D3
Давление пара за клапанами		Относительное e01
Абсолютное P01, бар
	Относительное e02
Абсолютное P02, бар
	Относительное e03
Абсолютное P03, бар
Проходное сечение клапанов, м2	1 F1
2 F2
3 F3
Высота подъема клапанов, м	1 h1
2 h2
3 h3
Относительный ход сервомотора	Z / Z0

Так как при режиме D/D₀ = 0,9 первый и второй клапаны открыты полностью, то F₁₀ = 0,02 м² и F₂₀ = 0,01 м²; F₃, определенное по формуле (14), равно 11,5 × 10^–4 м². Коэффициент μ принимаем равным 0,96. Данные для расчета различных режимов сводят в таблицу 6.

Высота подъема клапанов и относительный пропуск пара пропорциональны относительному ходу сервомотора.

Теперь можно построить графики зависимостей

Р_0N = f(D), D_N = f(D), F_N = f(D).

Зависимость F_N = f(h) получают путем геометрических построений в масштабе клапана и его седла при различной высоте подъема клапана h. Зависимость D = f(Z), где Z – ход сервомотора, обычно линейная. Зная зависимости F_N = f(D), F_n = f(h) и D = f(Z), легко построить график h_N = f(Z). Эта зависимость называется характеристикой парораспределения турбины. Во время наладки турбины эта зависимость должна быть снята на остановленной машине. Если она расходится с расчетной, то ее необходимо исправить. Методы исправления этой характеристики будут зависеть от конкретной конструкции системы регулирования и парораспределения.