Teoria şi modelarea turbomaşinilor 47 4.3. Reglarea debitului de abur Se face ţinând cont de relaţia lui Saint-Venant ce guvernează curgerea aburului prin ajutaje: ⋅ ⋅ ⋅ = * 0 1 * 0 * 0 min p p f v p S m μ & (4.13) 4.3.1. Reglarea prin laminare Este o metodă de reglare a debitului neeconomică, aplicată de regulă la turbinele foarte mici şi ieftine. Acestea posedă de regulă un singur ventil de reglare (VR), care, prin închidere parţială, coboară presiunea de admisie a aburului în turbină de la p 0 la p’ 0 (fig. 4.7). Prin aceasta, scade căderea teoretică disponibilă tn t H H < , deci şi cea internă in i H H < . Puterea scade atât prin efectul scăderii debitului n m 0 & la 0 m & cât şi prin scăderea căderii interne. Procedeul este însoţit de pierderi, prin deplasarea procesului de destindere către dreapta în diagrama h-s. Figura 4.7. Reglarea prin laminare a debitului de abur 4.3.2. Reglarea prin admisie Este un procedeu de reglare a debitului de abur viu realizat prin deschiderea secvenţială a VR. El se foloseşte pe scară largă la turbinele la care S min nu ocupă întreaga coroană circulară (ε ≤ 1). În acest fel, VR se deschid unul după altul, existând numai un singur ventil în curs de deschidere, deci pierderile în comparaţie cu reglarea prin laminare sunt de n ori mai mici, n fiind numărul de VR-uri (fig. 4.8).
Transcript
Teoria şi modelarea turbomaşinilor
47
4.3. Reglarea debitului de abur
Se face ţinând cont de relaţia lui Saint-Venant ce guvernează curgerea aburului prin ajutaje:
⋅⋅⋅=
*0
1*0
*0
minp
pf
v
pSm µ& (4.13)
4.3.1. Reglarea prin laminare
Este o metodă de reglare a debitului neeconomică, aplicată de regulă la
turbinele foarte mici şi ieftine. Acestea posedă de regulă un singur ventil de reglare (VR), care, prin închidere parţială, coboară presiunea de admisie a aburului în turbină de la p0 la p’0 (fig. 4.7).
Prin aceasta, scade căderea teoretică disponibilă tnt HH < , deci şi cea internă ini HH < . Puterea scade atât prin efectul scăderii debitului nm0& la 0m& cât şi prin scăderea căderii interne. Procedeul este însoţit de pierderi, prin deplasarea procesului de destindere către dreapta în diagrama h-s.
Figura 4.7. Reglarea prin laminare a debitului de abur
4.3.2. Reglarea prin admisie Este un procedeu de reglare a debitului de abur viu realizat prin
deschiderea secvenţială a VR. El se foloseşte pe scară largă la turbinele la care Smin nu ocupă întreaga coroană circulară (ε ≤ 1).
În acest fel, VR se deschid unul după altul, existând numai un singur
ventil în curs de deschidere, deci pierderile în comparaţie cu reglarea prin laminare sunt de n ori mai mici, n fiind numărul de VR-uri (fig. 4.8).
Capitolul 4. Turbine cu abur
48
Figura 4.8. Reglarea prin admisie a debitului de abur
4.3.3. Reglarea prin laminare la turbinele cu abur saturat pentru CNE La acest tip de turbine laminarea poate avea loc în toate ventilele (unison)
sau secvenţial (fig. 4.9). Deschiderea la unison conduce la aceleaşi pierderi prin laminare ca şi în cazul laminării cu un singur ventil, având însă avantajul unei încălziri uniforme a turbinei în perioada de pornire, aburul circulând pe toată circumferinţa zonei de admisie. Deschiderea secvenţială a VR oferă o reglare mai fină a debitului de abur, dar zona de admisie este încălzită mai neuniform pe durata pornirii. Realizarea constructivă a conectării VR la turbină este vizibilă în fig. 4.10.
Figura 4.9. Reglarea prin laminare a debitului de abur la turbinele pentru CNE
Teoria şi modelarea turbomaşinilor
49
Figura 4.10 Secţiune transversală prin admisia în turbinele pentru CNE
4.3.4. Reglarea cu parametri alunecători ai aburului
Acest tip de reglare se practică doar la turbinele cu abur de semi-bază şi
vârf care participă la reglajul putere-frecvenţă în sistemul energetic. VR sunt total deschise iar presiunea se reglează de la generatorul de abur. 4.4. Palete lungi
Procesul de destindere în turbină este o adiabată ireversibilă (cu creştere de entropie), în care presiunea aburului scade, iar volumul specific creşte. Secţiunile de curgere cresc în lungul turbinei potrivit ecuaţiei continuităţii:
ldc
vmS
a
⋅⋅=⋅= π& (4.14)
Diametrele medii şi înălţimile (lungimile) ajutajelor (paletelor) vor creşte
de la admisie către evacuare, aşa cum se poate vedea în colecţia de palete prezentată în fig. 4.11. Actualmente, cea mai lungă paletă măsoară 1,35 m la turaţia de 3000 rot/min şi 1,85 m la turaţia de 1500 rot/min. Pentru a rezista forţei centrifuge, paletele se subţiază către vârf şi se confecţionează din aliaj de titan (mai uşor decât oţelul).
Pe măsură ce aburul se destinde, el necesită o secţiune din ce în ce mai mare de curgere. Deci, cresc diametrul mediu d1 şi lungimile paletelor lp.
Capitolul 4. Turbine cu abur
50
Prin definiţie, paletele lungi au raportul 12
1
1
>=d
l
d
l p .
Figura 4.11. Creşterea lungimii paletelor în procesul de destindere
La aceste trepte, are loc o centrifugare puternică a aburului către periferie, liniile de curent aglomerându-se în treimea exterioară a paletelor, după cum se poate vedea în figura 4.12.
0
0
1
1
2
2
Figura 4.12. Centrifugarea fluidului la treptele finale
Teoria şi modelarea turbomaşinilor
51
Acestei centrifugări trebuie să i se opună o forţă de presiune, care să readucă aburul în curgere axială. Forţa de presiune se obţine destinzând inegal aburul pe rază în ajutaje şi în palete. Astfel, considerând trei secţiuni caracteristice ale paletei (de bază, mediană şi de vârf), pentru realizarea condiţiei
bmv ppp 111 >> , este necesară o destindere majoră în ajutaje în secţiunea de bază (profil de acţiune), o destindere normală în secţiunea mediană (profil de reacţiune) şi o destindere mică în secţiunea de vârf (profil de aripă portantă). Paleta se face deci răsucită, de la bază la vârf.
La paletele lungi, odată cu raza creşte semnificativ şi viteza periferică a treptei u. Triunghiurile de viteză se adaptează deci celor spuse mai sus, modificându-se de la bază către vârf, de la profilul cu acţiune, către reacţiune şi aripă portantă, conform fig. 4.13.
Subţierea paletelor către vârf se datorează a doi factori: � necesitatea coborârii centrului de greutate de la mijloc către bază în
scopul micşorării solicitării mecanice asupra secţiunii de bază (forţa centrifugă GrC ≈ )
� necesitatea realizării profilului de aripă portantă la vârf.
Figura 4.13. Răsucirea paletelor lungi
Capitolul 4. Turbine cu abur
52
Efortul total rămâne practic constant în lungul paletei lungi, aşa cum rezultă din figura 4.14.
Figura 4.14. Evoluţia eforturilor unitare în lungul paletei lungi.
4.5. Turbine de mare putere
Pentru creşterea puterii efective a turbinei, se adoptă soluţii constructive multi-flux în opoziţie, în scopul echilibrării forţelor axiale generate de forţa aburului asupra paletelor şi discurilor, aşa cum rezultă din figura 4.15. În prezent, puterea maximă pentru turbinele cu abur este de 1300 MW pentru instalaţii clasice şi de 1500 MW pentru instalaţii pentru CNE (vezi fig. 4.22).
Figura 4.15. Scheme constructive ale turbinelor de mare putere (pentru CNE)
Teoria şi modelarea turbomaşinilor
53
Numărul necesar de fluxuri este determinat de două considerente: � necesitatea evacuării debitului de abur din paletele ultimei trepte; � obligativitatea ca paleta să reziste la forţa centrifugă în secţiunea cea mai
solicitată (la bază de obicei). În figura 4.16 este reprezentată o imagine a diafragmei ultimei trepte a unei turbine de mare putere, în comparaţie cu dimensiunea unui lucrător de mentenanţă.
Figura 4.16. Diafragma ultimei trepte la o turbină de mare putere În ceea ce priveşte prima condiţie, exemplificăm cu o aplicaţie: Fie o paletă finală a unei turbine având un diametru mediu de 3,5 m şi lungimea de 1,05 m. Volumul specific la ieşirea din palete este de 29 m3/kg. Câte fluxuri va avea turbina, dacă debitul total necesar a fi evacuat este
kg/s570=cm& ? Se recomandă o viteză axială de ieşire din paletă
m/s2383407,07,02 =⋅=⋅= aw a , unde a este viteza sunetului. Rezultă din ecuaţia de debit:
kg/s8,9329
23805,15,399,0
2
22 =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅
= ππµv
wldm app
flux& (4.15)
Deci
07,68,93
570 ===flux
cflux m
mz
&
& fluxuri (4.16)
Se adoptă deci un număr de şase fluxuri, deci trei corpuri în dublu flux.
