О регулировании турбоустановки (дроссельное регулирование, сопловое и на скользящих параметрах)

Дроссельное (называемое также качественным регулированием)

Его суть сводится к тому, что весь подводимый к турбине пар дросселируется регулирующим клапаном, после чего поступает на общую для первой ступени сопловую группу. При этом давление пара перед сопловым аппаратом первой ступени p_с для турбины с полным впуском пара в соответствии с известной формулой Стодолы изменяется примерно прямо пропорционально расходу пара на турбину G_т, т.е.

Достоинство дроссельного регулирования расхода пара заключается в простоте пароподводящего устройства и, следовательно, в более высокой его надежности. Однако ему присущи и некоторые недостатки. Основной из них сводится к тому, что в результате дросселирования пара в регулирующем клапане на пониженной мощности турбины существенно уменьшается теплоперепад, срабатываемый в ее проточной части (рисунок 4.6). Это уменьшает экономичность установки на сниженной мощности. Действительно, величина внутреннего теплоперепада Н _i, срабатываемого в турбине на полной мощности (процесс а-б), значительно уменьшается при снижении мощности (процесс в-г).

Рисунок 4.6 – Изменение внутреннего теплоперепада при дроссельном регулировании мощности

Сопловое (называемое также количественным регулированием)

В этом случае сопловый аппарат первой ступени турбины разделяют на несколько групп (3…4), на каждую из которых пар поступает через свой регулирующий клапан. При снижении мощности турбины от полной вначале прикрывают регулирующий клапан одной группы сопел, затем после его полного закрытия начинают прикрывать второй клапан и т.д.

При сопловом регулировании расхода пара на сниженной мощности дросселированию подвергается только та часть потока пара, которая поступает на группу сопел с частично прикрытым регулирующим клапаном. Остальные группы сопел первой ступени турбины получают пар полных параметров. В связи с этим экономичность турбины в целом на сниженной мощности выше, чем экономичность турбины с дроссельным регулированием. После первой ступени турбины с сопловым регулированием (ее обычно называют регулировочной ступенью) происходит перемешивание потоков пара, прошедших через различные группы сопел. Для этого камера между первой (регулировочной) ступенью и второй ступенью турбины должна иметь увеличенные осевые размеры.

Процессы расширения пара в регулировочной ступени в обоих его потоках, а также расширение пара в последующих ступенях турбины показаны на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 – Расширение пара в проточной части турбины с сопловым регулированием: а-б – расширение пара в регулировочной ступени турбины, прошедшего полностью открытые регулирующие клапана; в-г – расширение пара в регулировочной ступени турбины, прошедшего частично прикрытый регулирующий клапан; д-е – расширение пара в последующих ступенях турбины

На этом рисунке значения давления пара обозначены: р_0н- давление свежего пара на входе в нерегулируемые группы сопел; р_0р- давление пара на входе в регулируемую группу сопел; p₂ - давление пара после регулировочной ступени (в камере смешения), оно же является давлением на входе во вторую ступень турбины; p_z - давление пара за последней ступенью турбины.

Важно отметить, что переход к сниженной мощности турбины естественно сопровождается снижением общего расхода пара через турбину. Это требует снижения давления пара за регулировочной ступенью р₂. Действительно, так как все последующие ступени турбины нерегулируемые, то уменьшение расхода пара через них может произойти только при снижении давления пара на входе во вторую ступень турбины. А это приводит к значительному повышению перепада давлений и теплоперепада на том секторе регулировочной ступени, который работает на полном давлении пара. Вследствие этого увеличиваются механические нагрузки лопаток регулировочной ступени. Этот фактор особенно актуален для влажнопаровых турбин АЭС. Действительно, для таких турбин из-за невысоких параметров пара его объемные расходы больше, поэтому больше длина лопаток. Влияние этого фактора возрастает для турбин большой номинальной мощности.

Кроме того, рабочие лопатки за один оборот ротора проходят зоны разного давления пара, что приводит к пульсации механических нагрузок на лопатки.

С учетом изложенного в ПТУ АЭС сопловое регулирование не нашло распространения. Была попытка применения соплового регулирования лишь на турбине сравнительно небольшой мощности К‑220–44.

И еще одно важное обстоятельство следует иметь в виду при выборе способа регулирования расхода пара на турбину – сопловое регулирование важно для энергоблоков, работающих на пониженных параметрах (не в базовой области). Для режимов нагрузки более 40% от номинальной сопловое регулирование теряет свои преимущества по экономичности перед дроссельным регулированием.

С учетом этих соображений на всех отечественных турбинах АЭС применяют более простое с конструктивной точки зрения дроссельное регулирование. Отказались от соплового регулирования и на турбине К‑220–44. Ранее выпущенные турбины также перевели на дроссельное регулирование.