Мощности и КПД паротурбинных установок.

Принципиальная схема ПТУ, работающая по циклу Ренкина:

В турбине в результате необратимых потерь при расширении пара линия процесса отклоняется от изоэнтропии и фактически развиваемая паром работа будет равна: H_i = i_o – i_к, кДж/кг,

где H_i – использованный теплоперепад. H_i < H_o.

df – действительный процесс расширения в турбине.

ΣΔ h – суммарные внутренние потери в турбине.

Отношение используемого теплоперепада к располагаемому называется относительным внутренним КПД:

кВт;

кВт.

G – массовый расход пара через турбину, кг/с.

Отношение использованного теплоперепада к теплоте, подведенной к раб. телу в парогенераторе, назыв. абсолютным внутренним КПД ПТУ:

Не вся мощность N_i, развиваемая паром внутри турбины, используется потребителем. Часто её в виде мех. потерь Δ N_м расходуется на трение в подшипниках и на привод вспомогательных механизмов турбины.

Эффективная мощность турбины, т.е. мощность, которая передается приводимой машине, равна разности: N_e = N_i – Δ N_м.

Отношение эффективной мощности к внутренней назыв. механическим КПД турбины: η_м = N_e / N_i.

Относительный эффективный КПД турбины определяется как:

Отношение эффективной мощности турбины к тепловой мощности парогенератора назыв. абсолютным эффективным КПД ПТУ:

Термический КПД идеальной ПТУ определяется как:

. i_к_t – энтальпия отработавшего пара при изоэнтропном расширении.

Электрическая мощность, отдаваемая с выводов электрогенератора, меньше эффективной мощности турбины на величину потерь в электрогенераторе: N_э = N_e – Δ N_эг. η_эг = N_э / N_e.

Отношение эл. мощности к мощности идеальной турбины назыв. относительным электрическим КПД турбогенератора:

Отношение эл. мощности к тепловой мощности парогенератора назыв. абсолютным электрическим КПД ПТУ:

При оценке эффективности эл. станции в целом необходимо дополнительно учитывать потери теплоты в котле, расход энергии на привод питательных насосов, потери давления и теплоты в паропроводах и т.д.

Преобразование энергии парового потока в турбинной ступени.

В активной ступени теплоперепад преобразовывается в соплах в кинетическую энергию. На рабочих лопатках происходит лишь преобразование кинетической энергии в механическую работу. Усилие на рабочие лопатки передается только за счет поворота потока пара. Давление парового потока на входе и выходе рабочих лопаток в активной ступени не меняется (Р₁ = Р₂).

Паровой поток на выходе из сопловых каналов с абсолютной скоростью под углом α₁ к плоскости вращения поступает в каналы рабочих лопаток. Вследствие вращения рабочих лопаток скорость потока на входе в рабочую решетку С₁ приобретает другую величину и направление. Эта скорость называется относительной скоростью на входе W₁. эта скорость направлена к плоскости вращения под углом β₁.

Струя пара покидает рабочие лопатки с относительной скоростью W ₂ под углом β ₂. β ₂< β ₁ на 2…10º. Вследствие потерь в лопаточных каналах W ₂< W ₁: W ₂ = ψW ₁. ψ – коэффициент скорости раб. лопаток, учитывающий влияние вредных сопротивлений движению потока.

Абсолютная скорость С ₂ и угол α ₂ можно определить из выходного треугольника скоростей:

Потерю энергии на рабочих лопатках можно определить как

Данная потеря приводит к повышению энтальпии пара и откладывается вверх. Скорость C ₂ и, соответственно, кинетическая энергия пара для данной ступени является потерей с выходной скоростью:

кДж/кг. Но часть этой энергии может быть использована в следующей ступени. Изобразим процесс расширения пара в активной ступени.

где χ_в.с – доля кинетической энергии, используемой в следующей ступени.

Точки 1, 2, 3 определяют состояние пара, соответственно, за соплами на рабочих лопатках и за пределами ступеней. Точка 4 характеризует состояние пара на входе в следующую ступень по параметрам полного торможения.

Располагаемая энергия ступени Е_о несколько меньше, чем

(располагаемый теплоперепад), т.к. часть энергии Δ h_в.с исп-ся в след. ступени:

(χ_в.с = 0…1). Это делается для того, чтобы не учитывать энергию χ_в.с ·Δ h_в.с дважды в этой и последующей ступени. Удельная полезная работа пара на рабочих лопатках будет:

Относительный лопаточный КПД турбинной ступени есть отношение мощности развиваемой на раб. Лопатках к располагаемой мощности ступени:

В реактивной ступени располагаемый теплоперепад

срабатывается не только в сопловых, но и в рабочих решетках. При этом в каналах раб. лопаток за счет поворота потока создается активная часть усилия, а за счет ускорения потока в виду дополнительного расширения пара реактивная часть усилия.

Для лопаток реактивных ступеней α₁ ≈ β₂, α₂ ≈ β₁.

Располагаемый теплоперепад ступени

распределяется между сопловой и раб. решеткой

. Т.к. в сопловых лопатках существуют потери тепла Δ h_с, то фактически располагаемый теплоперепад на раб. лопатках будет h_ор. Величина h_ор немного >

, т.к. изобары с ростом энтропии расходятся.. однако в пределах ступени это практически незаметно.

Отношение располагаемого теплоперепада на раб. лопатках к располагаемому теплоперепаду тепла всей ступени назыв. степенью реактивности . На практике не применяются полностью реактивные ρ = 1 и активные ρ = 0 ступени. Турбинные ступени со степенью реактивности ρ < 0,25 относятся к активному типу. На первых ступенях реактивность составляет ρ = 0,06…0,2. В последующих достигает ρ = 0,5…0,6. При ρ = 0,5 сопловые и раб. лопатки имеют одинаковые профили.

В сопловой решетке располагаемый теплоперепад равен

, а давление понижается от Р_о до Р₁.

Скорость пара на выходе из сопловой лопатки будет:

, м/с.

φ = С₁/С₁_t – коэффициент скорости сопловых лопаток.

На раб. лопатках ступени происходит дальнейшее расширение пара и соответствующее увеличение скорости с повышением давления от Р₁ до Р₂.

Располагаемая энергия пара на раб. лопатках складывается из кинетич. энергии потока в относительном движении и теплового перепада h_ор:

– относит. теор. скорость на выходе из раб. лопаток, м/с.

Величина W₁ находится их входного треугольника скоростей.

Действительная относительная скорость пара на выходе из раб. решетки будет равна: W ₂ = ψW ₂ _t (ψ – учитывает потерю скорости из-за вредных сопротивлений).

Тепловые потери на раб. лопатках будут:

, кДж/кг. Тепловые потери с выходной скоростью находятся точно также:

, кДж (χ_в.с ·Δ h_в.с – используется в след. ступени).

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: