Порядок расчетов при организации нерегулируемого теплофикационного отбора пара

Изображается схема турбоустановки с теплофикационным отбором, рис. VIII.1. Наносятся значения расчетных давлений в предотборной и послеотборных ступенях.

1. Новое давление за предотборной ступенью (в камере отбора), рис. VIII.1,  определяется по формуле Флюгеля – Стодолы:

 

 

                

 

 

Рис. VIII.1. Схема турбоустановки с организацией нерегулируемого теплофикационного отбора

                                              .

 

Здесь G ₀₀ – расчетный расход пара на турбину (из предварительного расчета турбины), G ₀₁ = G ₀₀ - G _отб   - новый (нерасчетный) расход через послеотборные ступени, рис. VIII.1; P ₀₀  - расчетное давление перед первой послеотборной ступенью (в камере отбора); P ₀₁ – новое давление перед первой послеотборной ступенью (в камере отбора);   P _к = const  - давление в конденсаторе турбины. Параметры расчетного режима G ₀₀, P _к уже определены на этапе предварительного расчета турбины, а расчетные давления по ступеням P ₀₀ легко найти по H - S – диаграмме, рис. 6,7, отложив известные теплоперепады ступеней h ₀₀.

Отсюда определяется новое давление P _{01 ,} которое установится в камере отбора:

 

.

 

Поскольку давление P ₀₁ в камере отбора упадет, это приведет к некоторому падению давления и перед предотборной ступенью (при дозвуковых скоростях), что также можно оценить по формуле Флюгеля - Стодолы:

 

 

Следует обратить внимание на то, что хотя в этой и предыдущей формуле Флюгеля - Стодолы давления обозначены одинаково, это совершенно разные давления, в разных точках турбины. В этой формуле G ₀₁ = G ₀₀  - расход через предотборную ступень (не меняется); P₂₀ – расчетное давление за этой ступенью (в камере отбора), заранее известное (в предыдущем выражении обозначалось P ₀₀); P ₂₁ - то же в нерасчетном режиме, вычисленное в предыдущем выражении (там оно обозначалось P ₀₁); P ₀₀ - известное давление перед предотборной ступенью в расчетном режиме. Таким образом, по формуле Флюгеля-Стодолы можно достаточно точно оценить давление пара перед и за предотборной ступенью. 

3. Зафиксировав найденные давления на изоэнтропе процесса расширения отсека (рис.6,7), определяют новый располагаемый теплоперепад предотборной ступени h₀₁, который, несомненно, увеличится после организации отбора. После этого находят соответствующее значение фиктивной скорости C _{a 1}:

 

 

 

и новое значение характеристического числа (U / C _a) ₁, предварительно вычислив окружную скорость ступени U ₀ = π· d _ср · n / 60. Здесь же находят расчетные значения С _{а 0}  и (U / С_а)₀ по расчетному теплоперепаду ступени h ₀₀.

4. По значениям (U / C _a) ₀ и   (U / C _a) ₁ определяют новые значения степени реактивности  и КПД η_оi1 предотборной ступени с учетом возможной влажности (формула ЛКИ):

;

 

 

 

Здесь ; Δ (U / C _a) = (U / C _a)₁ - (U / C _a)₀;  = (U / C _a)₁/(U / C _a)₀, θ = d _ср / l ₂ – веерность ступени; K _вл = 1 – 0,87 · y _ср;  y _ср = (y ₀ + y ₂)/2 – средняя степень влажности ступени; y ₀, y ₂ – степень влажности перед и за ступенью; η_оi0 – КПД ступени или отсека, в котором расположена ступень, например,  или .

Найдя степень реактивности в новом режиме , определяют на линии процесса по рис. 6,7 новое давление за сопловой решеткой P ₁₁ и перепад давлений на диафрагме (P ₀₁ - P ₁₁). По расчетным значениям  и η_оi0  определяют расчетное давление за сопловой решеткой Р₁₀ и расчетный перепад на диафрагме (P ₀₀ - P ₁₀).

5. Оценивают увеличение напряжений изгиба в рабочих лопатках, которое пропорционально мощности ступени:

 

.

 

6. Оценивают увеличение напряжений в диафрагме, которое пропорционально перепаду давлений:

 

,

 

7. После определения всех параметров   предотборной ступени строится ее реальный процесс расширения.

 Затем по формуле Флюгеля-Стодолы оцениваются новые давления перед всеми послеотборными ступенями, считая давление в конденсаторе Р _к постоянным:

 

.

 

Здесь Р₀₀ и Р₀₁ – соответственно расчетное (известное) и нерасчетное давления перед каждой из рассматриваемых ступеней.

8. По найденным давлениям на процессе расширения турбины, рис.6,7,  определяются новые располагаемые теплоперепады ступеней h ₀₁  и удельные объемы пара за каждой ступенью V ₂₁, а также параметры U _0,, C _{a 0} , C _{a 1},(U / C _a) ₀ ,(U / C _a) ₁.

9. Определяются границы предельного режима всех послеотборных ступеней, при которых КПД η_оi   = 0:

Все параметры, входящие в эту формулу – параметры расчетного режима ступени, заведомо известные. Если детальный расчет ступени не производился, то объемы V ₁₀ и V ₂₀ определяются по известным теплоперепадам и степени реактивности на H -S диаграмме, рис.6,7;  скорость С₂₀ и угол α₂₀ принимаются ориентировочно из детального расчета ближайшей ступени; вместо неизвестного КПД ступени η_оi0используют КПД отсека, в котором расположена ступень,  например,  или .  Окружная скорость U ₀ = π · d _ср · n / 60, фиктивная скорость .

10. Определяются фактические абсолютные объемные расходы пара каждой ступени для расчетного и нерасчетного режимов G ₀₀ · V ₂₀  и G ₀₁ · V ₂₁. Отсюда фактические относительные расходы:

 

.

 

В первом приближении, пока нет возможности построить реальные процессы для каждой ступени и достоверно оценить значения реальных объемов V ₂₁, они оцениваются по изоэнтропам по рис.6,7, т.е. V ₂₁ ≈ V _{2 t}. В дальнейшем, после построения реального процесса расширения, объемы V ₂₁ возможно уточнить и повторить расчет с этого пункта.

11. Сравниваются значения предельного и фактического относительных расходов  и . Если фактическое значение расхода больше предельного  > , ступень имеет положительный КПД, если нет – отрицательный.

12. Положительный КПД ступени определяется по формуле ЛКИ с учетом потерь от влажности:

 

,

.

 

Здесь θ = d _ср / l ₂ – веерность ступени; K _вл = 1 – 0,87 · y _ср;  y _ср = (y ₀ + y ₂)/2 – средняя степень влажности ступени, y ₀, y ₂ – степень влажности перед и за ступенью.

 

 

Рис. VIII.2. Процесс расширения турбины с организацией нерегулируемого теплофикационного отбора.

 

 

13. Для вентиляционных режимов, когда КПД ступени отрицательный, η_оi   < 0, определяются затраты мощности на трение и вентиляцию. В упрощенной постановке используется формула Стодолы при степени парциальности е = 0, кВт:

.

Здесь λ = 1,2 - 1,3; d _ср - м; l ₂ – см; U – м/с.

В тепловых единицах, кДж/кг:

 

 

Потери  откладываются вверх от состояния пара за ступенью.

С учетом изменения КПД предотборной и послеотборных ступеней, а также потерь на вентиляцию строится  процесс расширения турбины, рис. VIII.2.

14. Мощность турбины определяется как сумма мощностей отсеков до и после камеры отбора, кВт:

 

 

Здесь - располагаемый теплоперепад всех ступеней до камеры отбора;  - полезно использованный теплоперепад отсека после камеры отбора с учетом возможной «отрицательной» мощности последних ступеней после отбора;

 

                                        

                                                                                                                                                         ПРИЛОЖЕНИЕ IX