Определение расхода пара через ЦНД турбины т250/300-240 при работе на теплофикационном режиме

4. Peterson G.P.Experimental Investigation of Micro Heat Pipes Fabricated in Silicon Wafers/ G.P. Peterson, A.B. Duncan, M.H. Weichold// Transactions of the ASME Journal of Heat Transfer august 1993, Vol. 115. pp. 751 - 756.

5. Ha, J. M. The Maximum Heat Transport Capacity of Micro Heat Pipes / J. M. Ha, G. P. Peterson // ASME J. Heat Transfer. -1998. - Vol. 120, №4. - pp. 1064-1071.

6. Schneider, M. Investigation of interconnected mini heat pipe arrays for micro electronics cooling / M.Schneider, M.Yoshida, M.Groll // 11th International Heat Pipe Conference, Sept. 14, 1999, Tokyo, Japan, Vol.1. - p. 7-9.

7. Moon, S.H. Experimental study on the thermal performance of micro-heat pipe with cross-section of polygon / S.H.Moon, G.Hwang, S.C.Ko, Y.T.Kim// Microelectronics Reliability. - 2004. - Vol. 44. - pp. 315 - 321.

8. Теплова мжротрубка: пат. № 50435 А, Украша: / Кравець В.Ю., №колаенко Ю.6. - 2002.

9. Кравец В.Ю. Исследование термического сопротивления миниатюрных тепловых труб/ В.Ю. Кравец, Я.В. Некрашевич,

A.П. Гончарова // Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2011. - Вып. 1/9(49), с.55-60.

10. Kravets V.Yu. Experimental Studies of Heat-Transfer Characteristics of Miniaturized Heat Pipes/ V.Yu. Kravets, Yu.E. Nikoo laenko, Ya.V. Nekrashevich // Heat Transfer Research. 2007, Vol. 38, № 6. pp. 553-563.

11. Кравец В.Ю. Исследование характеристик миниатюрных тепловых труб для охлаждения микроэлектронной аппаратуры/

B.Ю. Кравец// Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2001№ 3, с.31-35.

12. Семена М.Г. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами / М.Г. Семена, А.Н. Гершуни, В.К. Зам рипов -К.: Вища шк., Головное изд-во, 1984. - 215 с.

У статi за експерименталь-ними дослiдженнями надаються апроксимацшт формули для визна-чення витрат пари кргзь ЦНТ турбти Т-250/300-240

Ключовi слова: маловитратний режим, турбтна ступень, витра-та пари, ЦНТ, теплофшацшний режим, регулююча дiафрагма, апроксимацшна залежтсть

В статье по экспериментальным исследованиям предлагаются аппрок-симационные формулы для определения расхода пара через ЦНД турбины Т-250/300-240

Ключевые слова: малорасходный режим, турбинная ступень, расход пара, ЦНД, теплофикационный режим, регулирующая диафрагма, аппроксимационная зависимость

The approximation formulas for determining flow rate through LPC turbine T-250/300-240 by means of experimental studies are presented

Keywords: few consumable mode, turbine stage, steam flow, LPC, heat-extraction mode, regulating orifice, approximation dependence

УДК 621.165

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА ЧЕРЕЗ ЦНД ТУРБИНЫ Т-250/300-240 ПРИ РАБОТЕ НА ТЕПЛОФИКАЦИОННОМ

РЕЖИМЕ

В. Н. Голощапов

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН

Украины

ул. Пожарского, 2/10, г. Харьков, Украина, 61046

В. И. Касилов

Кандидат технических наук, доцент*

О. В.Касилов

Кандидат технических наук, доцент*

А. Ю. Козлоков

Инженер, заместитель главного инженера ТЭЦ-5 с. Подворки, Дергачевский район, Харьковская область, Украина, 62371

Л. А. Иванова

Старший преподаватель *Кафедра парогенераторостроения Национальный технический университет «Харьковский

политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002

1. Введение

В настоящее время энергоблоки ТЭС и ТЭЦ Украины работают в высокоманевренных режимах, практически с ежесуточной глубокой разгрузкой. Это связано, прежде всего, с неравномерным графиком нагрузки Объединённой энергосистемы и работой по заявкам энергорынка.

Эксплуатация мощных энергоблоков тепловой энергетики также сопровождается довольно частыми остановами на выходные, праздничные дни с последующими пусками из различных тепловых состояний. При пусках и остановах турбины работают на малорасходных режимах и, как следствие, в проточной части возникают изменяющиеся во времени отрывные явления в ступенях их проточной части, особенно в части низкого давления. Особенностью таких режимов, как режим холостого хода, выработка электроэнергии на собственные нужды, является работа на малых и пониженных значениях расхода свежего пара, а, следовательно, и на малых объёмных расходах пара G•v2для каждой из ступеней.

2. Постановка и решение задачи

Особенно широкий спектр малорасходных режимов работы наблюдается при работе теплофикационных турбин в цилиндрах низкого давления. и несмотря на большой комплекс исследований работы таких турбин, частично обобщённый в [1], информация о выборе более экономичных и безопасных режимов их работы недостаточна. На Харьковской ТЭЦ-5 установлены два блока мощностью по 100 МВт с теплофикационными турбинами Т-100/120-130 и энергоблок с турбиной Т-250/300-240-3. Для оценки появления и развития отрывных явлений целесообразно рассмотреть работу проточной части турбины Т-250/300-240.

Турбина Т-250/300-240-3 - четырёхцилиндровая (ЦВД, ЦСД-1, ЦСД-П и ЦНД), работает как на конденсационном режиме (режим выработки электроэнергии N3 = 300 МВт), так и на номинальном теплофикацио онном режиме (N3 = 250 МВт) при максимальной выь работке тепловой энергии 180 МВт, а также при максимальной теплофикационной нагрузке с выработкой тепловой энергии = 384 МВт.

Проточная часть турбины состоит из:

- регулирующей ступени и 11 ступеней давления в ЦВД (1-12 ступени);

- 10 ступеней давления в ЦСД-1 (13-22 ступени);

- 12 ступеней давления в 2-х потоках ЦСД-П (23-28-ая в правом потоке и 32-37-ая ступени в левом потоке);

- 6 ступеней в 2-х поточном ЦНД (29-31-ая ступени в правом потоке и 38-40 ступени в левом потоке). Двухпоточный ЦНД с двумя выхлопами работает на один конденсатор. Первые по ходу пара ступени ЦНД (29 и 38-ая) выполнены регулирующими с поворотными диафрагмами, приводом для которых являются сервомоторы.

Параметры пара на номинальном теплофикационном режиме составляют: - давление свежего пара перед стопорным клапаном ЦВД - 23,5 Мпа; температура свежего пара - 5400С, - температура пара промежуточного перегрева - 5400С.

Турбина имеет два отопительных (теплофикационных) отбора - верхний и нижний, которые предназначены для ступенчатого подогрева сетевой воды, со следующими пределами регулирования давления:

- в верхнем отборе - 0,060 - 0,203 Мпа, в нижнем

- 0,050 - 0,151 Мпа. Регулируемое давление в отопительных отборах поддерживается: в верхнем - при включённых двух отопительных отборах, в нижнем

- при включённом одном - нижнем отопительном отборе.

В качестве основной характеристики для анализа характера течения рабочей среды в ступенях проточной части паровых турбин был принят относительный объёмный расход G  v2 при заданных: геометрии лопаточных аппаратов ступеней, частоте вращения ротора, начальных параметрах пара, условиях работы теплофикационной установки.

В настоящее время достоверными рсчётными параметрами пара в проточной части для турбинных ступеней, проектируемых с привлечением осесимметрич-ной теории течения рабочей среды можно считать параметры, определяемые при значениях G  v2 > 0,6

[2,3]. Исследование последней ступени турбины ВК -100 -5 [4, 5] и теоретические исследования влияния параметров турбинной ступени большой веерности на устойчивость её работы [5], показали, что привтулоч-ный отрыв потока за ступенью начинается при значении г|м, близком к максимальному. Это, по-видимому, связано с выбором места установки измерительного прибора и конструктивным оформлением последней ступени. Подтверждается это и тем, что значение 1отр.. >1,0 возможно при отсутствии за ступенью длинной цилиндрической поверхности и достаточном удалении от кромок лопаток РК измерительного зонда.

Для возможности определения нагрузок турбины, при которых возникают и развиваются области отрывных явлений, были исследованы интегральные характеристики турбины Т-250/300-3 (блок №3) в широком диапазоне их изменения, определяемые графиком регулирования электрической и задаваемой городской тепловой сетью тепловой нагрузки.

В публикации [6] приведены результаты измерения электрической и тепловой нагрузки, на протяжении года (1.11.2007- 31.10.2008) с интервалом 2 часа, которые фиксировались показаниями приборов, установленных на турбине: давление и температура пара, вакуум, электрическая и тепловая нагрузки и другие показания. В качестве примера на рис. 1 приведены значения электрической мощности Ыэ, тепловой нагрузки Qт (с учётом работы тепловой сети и испарителя ПИ-1000) и абсолютного значения давления Рно в нижнем отборе турбины, пар из которого поступает на подогреватель сетевой воды нижней ступени (ПСГ-1), подогреватель низкого давления (ПНД-2) и в цилиндр низкого давления.

Ступени ЦНД в зависимости от величины поступающего в него расхода работают либо в турбинном режиме (Мст> 0, г|ш>0), либо в режиме потребления мощности (Мст< 0).

На протяжении 5 дней после начала отопительного сезона блок нёс нагрузку по электрическому графику с

разгрузкой до 140 МВт в ночные часы и в дневное время в выходной. Тепловая нагрузка за анализируемые дни изменялась от максимальной QJnax = 213 МВт (при

N = 280 МВт) до минимальной QTmax = 117 МВт

(при N3 = 260 МВт). Графики потребления электрир ческой и тепловой нагрузок не связаны между собой. Турбоустановка работает по комбинированному графику.

На основе исследования работы турбины Т-250/300-240-3 на протяжении года была построена корреляционная зависимость между расходом свежего пара через турбину и электрической мощностью, выдаваемой генератором блока при различных электрических и тепловых нагрузках. Наблюдается однозначная зависимость G0=f(N3) при работе в чисто конденсационном режиме (при Qm = 0), т.е. в режиме выработки электрир ческой мощности.

_ Эта_ зависимость в виде относительных величин Go и N аппроксимируется формулой

G0 = Gx.x

+ 0,939- N15

где Gх.х - расход пара через турбину при работе в

режиме холостого хода (по данным испытания турбины Gх.х = 0,0612).

Рис. 1. Изменение характеристик энергоблока № 3 и турбины № 3 во времени.

При работе турбины по мере уменьшения расхода свежего пара прежде всего отрывные явления формируются в ступенях ЦНД, для которых целесообразно получить зависимость расхода пара в ЦНД от расхода свежего пара (с учётом отборов пара из ЦВД, ЦСД-1, ЦСД-П на регенеративные подогреватели, деаэратор и турбопривод питательного насоса). Изменение расхода свежего пара, подаваемого на регулирующие клапаны ЦВД, в диапазоне регулирования нагрузки турбины (365 < С0 < 980т/ч, 140< Ыэ 300 МВт) при конденсационном режиме рабор ты достаточно хорошо аппроксимируется формулой

G?^ = 1,2913 - G0

для которой расход пара определяется в т/ч. Расход пара в ЦНД определяется для двух потоков и равен расходу пара в конденсатор при отключённых сбросах и системах охлаждения патрубков.

В тепловой схеме турбины расход пара в ЦНД напрямую не измеряется. Ближайшим местом измерения расхода питательной воды, в которой основную часть составляет конденсат, полученный из пара, поступившего в ЦНД, является измерение расхода конденсата за ПНД-2. С учётом того, что пар в ПНД-2 поступает из нижнего отбора и затем, сконденсировавшись в ПНД-2, направляется в ПНД-1, а конденсат из ПНД-1 - в трубопровод конденсата перед ПНД-2 измерительное устройство за ПНД-2 регистрирует расход конденсата (за ПНД-2) больше, чем G цнд. на величину расхода пара в ПНД-1 и ПНД-2, которой (в первом приближении) при определении расхода через проточную часть ЦНД можно пренебречь.

На основании измерений была получена корреляционная связь расходов пара в конденсатор через ЦНД и конденсата за ПНД-2, которая с достаточной точностью описывается зависимостью

G„M = 1,3164 - G0'

где расходы пара и конденсата приняты для режима Qт = 0 и выражены в т/ч.

С учётом зависимости (3) взаимосвязь расходов Сцнд и Сизм имеет простое выражение

G^ = 0,981-G„3M

Однако, с учётом регулирования расхода пара в теплофикационные отборы с помощью поворотной диафрагмы при её прикрытии зависимость Сцнд от Со при различных значениях Qт требует введения функциональной связи с Qт. Положение усложняет также взаимосвязь расхода пара в ЦНД от расхода сетевой воды через подогреватели ПСГ-1 и ПСГ-2. Поэтому была рассмотрена зависимость расхода пара в ЦНД от давления в нижнем отборе Рон и положения (угла поворота) поворотной диафрагмы при регулировании расхода пара в ЦНД, которое определяется ходом штока сервопривода при закрытии диафрагмы.

На основе выборки из 1019 измерений при Qт = 0 и изменении РоЦНД в диапазоне регулирования мощности № = 140-300 МВт была получена зависимость зависимость расхода пара в ЦНД от давления перед поворотной диафрагмой Рсцнд.

При этом поворо тлая диафрагма полностью открыта (8о = 220мм и 5 = — = 1,0 ) 5„

Зависимость Г0цНд=1(Р0цНд) достаточно хорошо аппроксимируется степенной функцией

вцНд = к( 5 )• р:

инд

г =689Р0,97

0ЦНД 0ЦНД

где Г0цНд принят в т/ч, Р0цнд - в кгс/см2 . Индекс «0» обозначает полностью открытую диафрагму. При выражении G о.цнд в кг/с и РО.цНД в кПа зависимость (5) приобретает вид

0 97

Г =2 1974Р '

Исследование теплофикационных режимов работы турбины показало, что даже полное открытие диафрагмы (8о = 220мм) при изменении электрической нагрузки блока от 140 до 300 МВт позволяет обеспечивать тепловую нагрузку от 0 до 220 МВт.

При этом зависимостьГ0цНД=1(Р0цНД) совпадает полностью с чисто конденсационным режимом = 0) и описывается формулой (5). Поворот регулирующей диафрагмы на угол, соответствующий перемещению штока б мм приводит к уменьшению расхода в ЦНД (Сцнд) при равных значениях_Р0цНд во всём исследованном диапазоне изменения 5 от 0,073 до 1,0. Зависимость расхода пара в ЦНД является функцией Роцнди 5 вида

и для разных значений 5 приведена на рис. 2. Знае чения коэффициента к(б) для зависимости (7) при условии 5 =сопэЬ приведены на рис. 3. Изменение к- 5

соответствует двум режимам работы поворотной диафрагмы: дозвуковом истечении из щели, образующейся при повороте вращающейся части диафрагмы на величину угла, соответствующего ходу штока 5 > 0,5 и

сверхзвуковом, когда на срезе щели формируется звуковой поток в прямом скачке и расход в ЦНД изменяется пропорционально изменению проходной площади каналов при их перекрытии поворотной частью регулирующей диафрагмы [7-12].

Исследованию регулирующих поворотных диафрагм посвящёна работа, направленная на определение коэффициента расхода перекрывающихся сопел при разной степени их закрытия [7]. Уточнению коэффициента расхода путём расчётного моделирования течения в лопаточных каналах диафрагмы в зависимости от степени перекрытия канала посвящена работа [12]. Работе турбинной ступени с регулирующей диафрагмой [8] для турбин мощностью 25-100 МВт и вопросам модернизации регулирующих диафрагм для уменьшения протечек пара в ЦНД при их полном закрытии посвящены работы [9-11]. На турбине Т-250/300-240 блока №3 Харьковской ТЭЦ-5 в ЦНД установлены штатные (немодернизированные) регу-

Рис. 2. Зависимость расхода пара в конденсатор от давления на входе в проточную часть ЦНД при теплофикационном режиме. 1-5 =1,0; 2- 5 =0,8; 3- 5 =0,7; 4- 5 =0,65; 5- 5 =0,6; 6 - 5 =0,55; 7- 5 =0,5; 8- 5 =0,4; 9- 5 =0,3; 10- 5 =0,2;

11-5 =0,15; 12- 5 =0,1; 13- 5 =0,077

0,97

лирующие диафрагмы с поворотным кольцом исходной конструкции.

На рис. 2 экспериментальные точки при различных значениях 5 =сош! группируются с относительно небольшим разбросом возле зависимости .

^нд=к

к(0,5 < 5 < 1,0) = 440,74 + 985,52 • •(5-0,5)-1110,02 •(5-0,5)2

т-,0,97

' Р 0Цнд=const

Расход пара, необходимый для отвода тепла, образующегося при вентиляционных потерях на режиме потребления мощности в ступенях ЦНД при ограничении температуры пара на уровне 1200С, достаточно хорошо согласуется с данными [11]. Режим, при которым GцНд= 54т/ч абсолютное давление в нижнем отборе Рно=100кПа осуществляется при величине открытия диафрагмы 5 = 0,07...0,08. Опыт эксплуатации

турбин Т-250/300-240 показывает, что при штатном выполнении регулирующих диафрагм минимальный расход пара в ЦНД (по условиям обеспечения допустимого теплового состояния выхлопной части) находится на уровне = 70т/ч [11]. _

Анализ изменения коэффициента к

линейно. В диапазоне изменения 5 от 0 до 0,5 значение

коэффициента к( 5 ) может быть аппроксимировано зависимостью

к( 5 ) =881,5- 5

_ т ( см

где к( 5 ) - в ч•[ КС I , 5 .- безразмерная относительная величина перемещения штока сервомотора.

Рис. 3. Изменение коэффициента к(б)в зависимости от степени открытия поворотной диафрагмы.

В области II течение пара в щели поворотной диафрагмы дозвуковое и изменение коэффициента к( 5 ) достаточно хорошо аппроксимируется полиномом второй степени вида

При использовании зависимостей (8) и (9) в сов четании с уравнением (7) расход пара в ЦНД (на два потока) определяется в т/ч, давление в нижнем отборе (перед регулирующей диафрагмой) принимается в кгс/см2.

Аппроксимационные зависимости (5), (8), (9) получены при работе турбины в диапазоне изменения расхода свежего пара 400 < С0 < 980 т/ч и изменении тепловой мощности в диапазоне 0 < Qт < 245 МВт и позволяют определить расход пара через ЦНД для работы турбины при теплофикационном режиме.

3. Выводы

Однако для определения структуры потока (областей отрывов) в ступенях проточной части необходимо знать также распределение по ступеням цилиндров величины относительного объёмного расхода G•v2 ,

(по отношению к номинальному объёмному расходу, соответствующему максимальному значению внутреннего КПД ступени пГх ).

Определение характеристики G•v2 по ступеням

можно получить с помощью целевого экспериментального исследования на работающей турбине, или с помощью расчётного исследования проточной части в широком диапазоне изменения режимов работы.

Литература

1. Малорасходные режимы ЦНД турбины Т-250/300-240 [Текст] / Под ред. В. А. Хаимова. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007.- 240 с.

2. Лагун В. П. Газодинамические исследования последней ступени натурного ЦНД турбины ВК-100-5 до и после модернизации / В. П. Лагун, Л. Л. Симою. // Теплоэнергетика, 1969. № 8 - С. 13-18.

3. Лагун В. П. Особенности работы последних ступеней ЦНД на малых нагрузках и холостом ходу [Текст] / В. П. Лагун, Л. Л. Симою, Ю. З. Фрумин, Л. В. Поволоцкий, Ф. М. Сухарев // Теплоэнергетика, 1971, № 2, С. 21-24.

4. Лагун В. П. Результаты исследований последней ступени

на экспериментальной паровой турбине ХТГЗ [Текст] / В. П. Лагун, Л. Л. Симою, Т. М. Зильбер, Ю. В. Нахман, В. П. Могилко // Теплоэнергетика. - 1967. - № 8. - С. 4348

5. Трояновский Б. М. Анализ влияния параметров турбин-

ной ступени большой веерности на устойчивость её работы [Текст] / Б. М. Трояновский // Теплоэнергетика. - 1976. - № 12. - С. 40-44.

6. Слабченко О. Н. Оценка эффективности работы ЦНД турбины Т-250/300-23,5 Харьковской ТЭЦ-5 [Текст] / О. Н. Слаб-

ченко, М. В. Зайцев, А. Ю. Козлоков, А. Д. Золотухин // Вестник НТУ «ХПИ», Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование, 2009. - вып 3.- № 6 - С. 41-48.

7. Дейч М. Е. Исследование регулирующих поворотных диафрагм отопительного отбора турбин 25-100 МВт [Текст] / М. Е. Дейч,

A. Г. Шейкман, // Теплоэнергетика, 1963, - № 1. - С. 14-21.

8. Гоголев И. Г. Исследование турбинной ступени с регулирующей диафрагмой [Текст] / И. Г. Гоголев, В. Т. Перевезенцев,

B. В. Тарасов // Теплоэнергетика, 1974. - № 1. - С. 46-49.

9. Шапиро Г. А. Результаты исследования модернизации регулирующих диафрагм теплофикационных турбин [Текст] / Г. А. Ша-

пиро, Е. И. Эфрос, А. Г. Шемпелев // Теплоэнергетика, 1990. - №11.- С. 56-60.

10. Симою Л. Л. Расчёт переменных режимов ЧНД теплофикационных паровых турбин [Текст] / Л. Л. Симою, М. С. Индурский, Е. И. Эфрос // Теплоэнергетика, 2000. - № 2. - С. 16-20.

11. Симою Л. Л. Повышение эффективности работы турбоустановки Т-250/300-240 путём модернизации ЦНД [Текст] / Л. Л. Симою, В. Ф. Гуторов, В. П. Лагун, Г. Д. Баринберг // Теплоэнергетика, 2005. - № 11. - С. 68-74.

12. Слабченко О. Н. Результаты расчёта течения в каналах регулирующей поворотной диафрагмы теплофикационной турбины [Текст] / О. Н. Слабченко, Д. В. Кирсанов // Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ». Сб. науч. трудов. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. - № 6 - С. 73-75.

- -

Розглядаються питання Ытеграци систем управлтня i диагностики основного обладнання ТЕЦ в тформацшт системи генеруючих компанш. Виконано аналЬ ситуаци в цш галузi, запропонован оригЫальт тдходи та концепци у виршент завдань Ытеграци

Ключовi слова: шформацшний комплекс, ттегращя, автоматизован

системи управлння та дiагностики -

Рассматриваются вопросы интеграции систем управления и диагностики основного оборудования ТЭЦ в информационные системы генерирующих компаний. Выполнен анализ ситуации в данной области, предложены оригинальные подходы и концепции в решении задач интеграции

Ключевые слова: информационный комплекс, интеграция, автоматизированные системы управления и диагностики

-

The issues of integration of control systems and diagnostics of basic equipment in heat and power plant in information systems of generation companies are considered. The analysis of the situation in this field is made, the original approaches and concepts in solving problems of integration are proposed

Keywords: information complex, integration, automated control and

diagnostics systems - -

УДК 62.007.004.75:62.007.004.78

ИНТЕГРАЦИЯ АСУ ТП ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ В ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРИРУЮЩИХ КОМПАНИЙ

А. А. Ку н и к

Аспирант, инженер* Контактный тел.:(044) 406-80-93, 097-319-32-38 E-mail: artemkunik@gmail.com

Ю.Ю. Никитенко

Младший научный сотрудник* Контактный тел.:(044) 406-80-93, 068-100-04-42 E-mail: termocont@yandex.ru

С.А. Михлевский

Младший научный сотрудник *Кафедра атомных электростанций и инженерной

теплофизики

Национальный технический университет Украины «Киевский

политехнический институт» ул. Политехническая , 6, г. Киев, Украина, 03056 Контактный тел.: (044) 406-80-93, 068-802-59-14 E-mail: termocont@yandex.ru