Этот способ парораспределения чаще всего применяется в комбинации с дроссельным или сопловым парораспределением при необходимости увеличения объемного расхода паратурбиной сверх номинального. Номинальный объемный расход обеспечивается полным открытием главных регулирующих
Рис. 2-28. Процесс расширения пара на is-днаграмме при обводном парораспределении
клапанов, подводящих пар к первой ступени. Рис. 2-29. Диаграмма режимов турбины с обводным парораспределением
Различают парораспределение с внешним обводом (см. рис. 2-9, в), когда к промежуточной ступени через обводной клапан подводится свежий пар, причем обводится одна или несколько первых ступеней, и парораспределение с внутренним обводом (см. рис. 2-9, г), при котором обводится несколько промежуточных ступеней.
Парораспределение с внешним обводом. Рассмотрим простейший и наиболее часто встречающийся случай с одним обводным клапаном, который управляет подводом пара в промежуточную камеру К (см. рис. 2-9, в). Линия A0A2 на is-днаграмме (рис. 2-28) соответствует номинальному режиму. Состояние пара в камере К при этом режиме определяется точкой At, которой соответствует давление рх0. Главные регулирующие клапаны, через которые подводится к первой ступени пар с расходом G0, при рассматриваемом режиме открыты полностью. Мощности, меньшие номинальной, достигаются прикрытием главных регулирующих клапанов. По мере уменьшения расхода пара G снижается давление рх в промежуточной камере К (линия AD на рис. 2-29). Связь между давлением рх и расходом G определяется формулой Стодолы, которую следует записать для ступеней, расположенных после камеры К. Повышение мощности сверх номинальной производится посредством открытия обводного клапана, подводящего за единицу времени в камеру К пар с расходом G2. При этом повышается давление рх в промежуточной камере. Общий расход пара G, протекающего через ступени после обводного клапана, возрастает по сравнению с G0 соответственно повышению давления рх (отрезок BD на рис. 2-29). Увеличение давления рх в промежуточной камере К, в свою очередь, уменьшает расход пара Gι первыми ступенями турбины. Этот расход может быть определен по формуле Стодолы, записанной для группы первых ступеней, G1/G0= √(р21-р2х)/(р210- рх02), где p1 и р10 — давление перед соплами первой ступени при исследуемом и номинальном режиме. Определенный таким образом в предположении расход пара G1 при различных рх представлен кривой CD. По этому графику при любом давлении рх>рх0 можно по кривой АВ найти общий расход пара G=G1 + G2 турбиной после камеры К, а по кривой CD —расход пара G1 первыми ступенями. Отрезки горизонтальных линий, например BE, заключенные между кривыми АВ и CD, показывают расход пара С2, протекающего через обводной клапан.
Так, например при максимальном расходе пара Gmточка В определяет давление Рх max в промежуточной камере, а точка Е — расход пара первыми ступенями G1 и обводным клапаном G2.
По мере увеличения расхода пара обводным клапаном давление рх возрастает, вследствие чего уменьшается перепад энтальпии первых ступеней, процесс расширения в которых представлен при этом режиме линией АВ (см. рис. 2-28), где точка В определяет состояние пара, вышедшего из первых ступеней с энтальпией. Пар, дросселируемый обводным клапаном, поступает в камеру К при том же давлении рх. Его состояние определяется на is-диаграмме точкой D. Энтальпию этого пара i0 можно считать равной энтальпии свежего пара. В камере К оба потока смешиваются. Энтальпия смеси ix может быть найдена из уравнения Gix = G1i1 + G202. Зная ix, определим на is-диаграмме точку С, которая соответствует началу процесса расширения пара в последующих ступенях.
По мере открытия обводного клапана уменьшается изоэнтропийный перепад энтальпии первых ступеней. При этом увеличиваются характеристические отношения и/С0, а также потери от трения и вентиляции этих ступеней, вращающихся в паре большой плотности. Вследствие этого уменьшается к.п.д. первых ступеней. Одновременное уменьшение расхода пара, располагаемого перепада энтальпии и к.п.д. приводит к снижению мощности первых ступеней по мере открытия обводного клапана. Приращение общей мощности турбины происходит за счет ступеней, расположенных после промежуточной камеры. При очень большом давлении в ней пар в первых ступенях может вообще не совершать работы и даже вызывать торможение. При этом повышается температура пара в них.
При выборе слишком низкого давления рх в камере К перепад энтальпии последних ступеней может оказаться весьма малым и приращение мощности этой группы ступеней может не скомпенсировать снижения мощности первых ступеней. В таких условиях открытие обводного клапана может привести даже к снижению общей мощности турбины. Выгоднейшую точку подвода определяют путем вариантных расчетов.
В последнее время исследованиями ЛМЗ и ЦКТИ [62] обоснована возможность работы ЦВД мощных паровых турбин при малорасходных и даже беспаровых режимах. Надежность достигается при этом пропуском через цилиндр со стороны его выхлопной части небольшого количества пара, подаваемого, например, в одну из камер заднего концевого уплотнения ЦВД. Отмеченное обстоятельство может изменить традиционно сложившиеся представления о диапазоне расхода пара обводным клапаном.
Парораспределение с внутренним обводом.
Этот способ парораспределения (см. рис. 2-9, г) обычно сочетают с сопловым. Пар, отводимый из камеры за регулирующим колесом или из иной промежуточной камеры турбины, через обводной клапан 2 подводится к одной из промежуточных ступеней турбины. Номинальный расход пара G0 обеспечивается открытием расчетного числа регулирующих клапанов, подводящих пар к первой ступени. Перегрузочный и обводной клапаны при этом закрыты, а регулирующая ступень работает при расчетном режиме, имея максимальный к. п. д. Давление за нею равно рр0, а в камере за обводным клапаном — рх0. Диаграммы распределения расходов пара между группами сопел регулирующей ступени и давлений за клапанами (рис. 2-30) при расходах G≤Ga (Ga—расход пара, соответствующий точке А) совпадают с аналогичными диаграммами для соплового парораспределения (см. рис. 2-23 и 2-25).
Дальнейшее увеличение пропуска пара производится одновременно открытием перегрузочного клапана регулирующей ступени и обводного клапана. Кинематические передачи к этим клапанам и форму клапанов подбирают так, чтобы давление рр в камере регулирующей ступени при увеличении расхода пара сверх Ga сохранилось приблизительно постоянным (отрезок АВ на рис. 2-30, а). Давление рх в промежуточной камере за обводным клапаном с увеличением расхода пара возрастает в соответствии с формулой Стодолы. Расход пара G1 группой обводимых ступеней может быть найден из уравнения
Рис. 2-30. Диаграммы давлений (а) и расходов пара (б) для турбины с внутренним обводом пара
Таким образом, при увеличении общего расхода пара G расход пара G1 группой обводимых ступеней уменьшается. Это снижение тем больше, чем меньшее число ступеней обводится. Расход пара обводным клапаном G2 = G—G1 вследствие отмеченного превосходит расход перегрузочным клапаном.
Так как давление за регулирующей ступенью при G>GA поддерживается примерно постоянным, то практически неизменны ее к.п.д. и температура пара в камере за нею. Сохраняются постоянными также расходы пара ранее открытыми клапанами (горизонтальные отрезки на рис. 2-30, б). Тем устраняется отмеченный выше недостаток соплового парораспределения, состоящий в уменьшении расхода пара уже открытыми клапанами при открытии перегрузочного клапана, а также в повышении температуры пара в камере регулирующей ступени. Это, однако, достигается ценой конструктивного усложнения турбины.
Двойное обводное парораспределение.
Промперегрев пара открыл возможность использования новых конструктивных схем обводного парораспределения. Актуальность их разработки определяется, с одной стороны, стремлением сократить время пуска и набора мощности мощными турбинами с промперегревом пара при использовании двухбайпасных пусковых схем [62], а с другой — наметившимися тенденциями перехода для сверхмощных турбин к дроссельному парораспределению в сочетании со скользящим начальным давлением пара, что связано с существенным ухудшением динамических свойств блоков в отношении набора мощности. Работа с не полностью открытыми в установившихся режимах регулирующими клапанами с тем, чтобы иметь запас для открытия клапанов при необходимости быстрого увеличения мощности, снижает тепловую экономичность блока и уменьшает выгоду от перевода его на скользящее давление. Поэтому возникает задача изыскания специальных средств повышения приемистости, которые не снижали бы экономичности установившихся режимов блока.
Одно из таких средств — двойное обводное парораспределение, при котором одновременно применены внешний и внутренний обводы. На рис. 2-31, а приведена предложенная ЛПИ принципиальная схема этого способа регулирования мощности [33]. При установившихся режимах работы блока пар из главного паропровода 1 проходит цилиндр высокого давления 4, промперегреватель 12, цилиндры среднего 5 и низкого давления турбины. Стопорные (2, 10) и регулирующие (3, 11) клапаны перед ЦВД и ЦСД открыты полностью. В случае необходимости быстрого набора мощности одновременно открываются клапаны обводных линий 6 и 16.
Рис. 2-31. Принципиальные схемы двойного обводного парораспределения: а — с впрыскивающими пароохладителями; б — без пароохладителей.
По линии внутреннего обвода пар из горячей линии промперегрева через стопорный 9 и обводной 8 клапаны подводится к камере какого-либо регенеративного отбора ЦСД. Впрыскивающий пароохладитель 7 снижает температуру пара до тех пор, пока она не станет равной температуре металла корпуса турбины в точке подвода пара. Это позволяет избежать изменения температурного состояния цилиндра при включении внутреннего обвода. По линии внешнего обвода 16 свежий пар подводится в холодную линию промперегрева.
Главную роль в быстром наборе мощности играет линия внутреннего обвода, пар после которой проходит последние ступени ЦСД и ЦНД, имеющие большой располагаемый перепад энтальпии, что обеспечивает быстрое и значительное увеличение мощности. Назначение линии внешнего обвода — не допускать снижения давления в промперегревателе. Для этого клапаны 8 и 15 открываются таким образом, чтобы количество пара, поступающего в промежуточный пароперегреватель, превышало суммарное количество пара, выходящего из него. Это способствует повышению давления в линии промперегрева и дополнительно увеличивает мощность ЦСД и ЦНД. При сбросах нагрузки клапаны 8 и 15 остаются закрытыми.
В целях более эффективного использования аккумулированной в котле теплоты пар по обводной линии 16 может быть направлен не в холодную линию промперегрева, а — по линии 13 через впрыскивающий охладитель 14 — в камеру, расположенную в проточной части ЦВД. Такой способ может быть просто применен в турбинах, имеющих петлевую конструкцию ЦВД с поворотом потока. Пар по обводной линии может быть направлен в пространство между внутренним и наружным цилиндрами при повороте потока.
По мере повышения давления пара за котлом при его переходе к новому режиму обводные клапаны закрываются. Рассмотренная схема, в которой применены нормально закрытые обводные клапаны, вступающие в работу лишь во время переходных процессов набора мощности, позволяет сочетать высокую экономичность блока, имеющего дроссельное парораспределение при полностью открытых в установившихся режимах регулирующих клапанах, с высокой приемистостью, достигаемой пропуском пара по обводным линиям к промежуточной ступени турбины.
Заслуживает также внимания как одна из наилучших представленная на рис. 2-31, б схема двойного обводного парораспределения [33]. Обозначения на этом рисунке сохранены такими же, как на рис. 2-31, а. Пар из холодной линии промперегрева по обводной линии 16 через стопорный 9 и обводной 8 клапаны направляется в такую точку ЦСД 5, где температура пара в проточной части равна температуре в холодной линии промперегрева. Такой способ позволяет упростить линию внутреннего обвода, отказавшись от установки на ней пароохладителя. По линии внешнего обвода 6 через обводной клапан 15 свежий пар из главного паропровода 1 подводится в горячую линию промперегрева.
Двойное обводное парораспределение может быть эффективно использовано и для решения других задач, в частности ускорения пуска турбин с промперегревом, когда в ряде случаев оказывается эффективным пуск турбины паром, подаваемым в ЦСД, при беспаровом режиме ЦВД [62], а также для повышения маневренности теплофикационных турбин с промперегревом пара [55].
