ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 "Алматы энергетика және байланыс университетінің"

коммерциялық емес акционерлік қоғамы 

 

 

 

И.Б. Бақытжанов 

БУ ЖӘНЕ ГАЗ ТУРБИНАЛАР

Оқу құралы

 

 

Алматы  2011

УДК 621.165,(075.8).

ББК 31.363 я 73

К33 Бу және газ турбиналар:

Оқу құралы/И.Б. Бақытжанов;

АЭжБУ. Алматы, 2011. – 83 б.

 

 

ISBN 978-601-7307-01-1 

 

Оқу құралы бу және газ турбиналардың негіздері мен тиімділігі, жылу электр стансалары мен жылу электр орталықтарындағы бу турбиналарының құрылысы және олардың жылулық сұлбалары, қосалқы жабдықтары мен қондырғылары қарастырылған.

Оқу құралы 5В071700 – Жылу энергетикасы мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған.

Без. 63, кесте 5, әдеб. көрсеткіші.- 6 атау. 

 

ББК 31.363 я 73

 

 

Пікір берушілер:  Қ. Сәтпаев ат. ҚазҰТУ тех.ғыл.канд., доц. Қ.Т. Тулеуов

                              АЭжБИ тех.ғыл.канд., доц. М.Е. Туманов

 

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министірлігінің 2011 жылғы баспа жоспары бойынша басылады. 

 

ISBN 978-601-7307-01-1

 

 

© "Алматы энергетика және байланыс университетінің" КЕАҚ, 2011 ж.

 

Кіріспе

 

Осы пәннің оқыту мақсаты студенттердің бу және газ турбиналадың жобалауын, есептеуін, құрылысы мен пайдалануын толық игеруі. Пәнді оқып болған соң студент келесі деректерді білуі қажет:

- бу және газ турбиналардың құрылысын;

- турбинаның тұрақты жұмыс тәртібі кезіндегі оның металында өтетін жылулық және беріктілік құбылыстарын;

- бу турбинаның жылулық және беріктік есептерін өткізу тәсілдемесін.

Пәнді оқу кезінде студенттердің міндетіне кіретін келесі білімдер алу:

- жылу электр стансаларындағы бу және газ турбиналарды техникалық жағынан сауатты және дұрыс пайдалану үшін олардың құрылысын білу;

- турбиналарды жылулық және беріктік жағынан тексеру сынаудан өткізіп олардың техникалық күй жағдайын талдау;

- бу турбиналардың жылулық есебін өткізу;

- жылу электр стансалардың сенімділігін, тиімділігін және жұмыс тәртібін тез өзгертуге икемділігін жоғарлату.

Пәнді оқыған кезде аналитикалық есептеу қолданылғанмен есептердің көбін тәжірибелік мәліметтер арқылы шығару қажет болады, сондықтан графиктер, диаграммалар мен номограммалар қолданылады.

Турбиналарды жобалаған кезде оның тиімділігі мен қуатының мөлшерін ең жоғары деңгейге дейін жеткізу қиынға түседі, бұл турбиналардың валдарының беріктігі және корпусының температуралық кеңею құбылыстарымен байланысты. Турбиналар құрастырып орналастыруына, жөндеуге, пайдалануға және іске қосып тоқтатуға қолайлы болуы қажет. Ал турбиналардың қуаты жоғарлаған сайын осы мәселелерді шешу қажеттілігі өседі. Сондықтан студенттерің алдында қазіргі кезде тұрған міндеті болатын осы мәселелердің шешуінің жаңа жолдарын табу. 

 

1  Жылулық қозғалтқыштар және олардың даму тарихы

 

1.1  Жылулық қозғалтқыштардың түрлері

 

Жылулық қозғалтқыштары деп отынның ішкі энергиясын механикалық энергияға айналдыратын машиналарды атайды.

Жылулық қозғалтқыштарының бірнеше түрлері бар: бу машинасы, іштен жану қозғалтқыштар, қалақты қозғалтқыштар – бу және газ турбиналары, реактивтік қозғалтқыш. Осы қозғалтқыштардың барлығында да отынның энергиясы әуелі газдың (немесе будың) энергиясына айналады. Бу немесе газ ұлғайып жұмыс атқарады да суиды, оның ішкі энергиясының бір бөлігі механикалық энергияға айналады.

 

Жылулық қозғалтқыштардың морфологиялық картасы

 

1) Поршеньді бу машиналар.

 

2) Іштен жану қозғалтқыштар:

- карбюраторлы;

- дизельді.

 

3) Қалақты қозғалтқыштар

- бу турбиналар;

- газ турбиналар.

 

4) Реактивті қозғалтқыштар. 

 

1.2 Жылулық қозғалтқыштардың даму тарихы

 

Қазіргі кезде жылу энергетика (отын-энергетикалық кешен) қоғамның дамуының негізі деп атауға болады. Жылу энергетикасыз бір өндіріс жұмыс атқара алмайды. Сондықтан әлемдегі барлық  елдерде энергетиканың дамуына көп көңіл бөледі. Энергетиканың даму тарихын бес кезеңге бөлуге болады.

Бірінші кезең – бұл V-VII ғасырлар аяғына дейін. Адам өзінің және жануарлар күшімен, күннің және оттың жылуымен пайдаланған. Қоршаған орта таза сақталған.

Екінші кезең – VII ғасыр аяғынан XVIII ғасырға дейін. Бұл кезеңде адам жел және өзен су энергияларын қолдана бастады. Энергия көздері толық жаңғыртылатын болған, ал қоршаған орта таза сақталған.

Үшінші кезең - XVIII ғасырдан XX ғасырдың ортасына дейін. Бұл кезде жаңғыртылмайтын табиғи отын жылуы қолданылды. Жанып жылуын берген отын қалдықтары қоршаған ортаны ластайтын болды.

 

Төртінші кезең XX ғасырдың ортасынан басталды. Бұл кезең уран ядролық энергиясы бөлінуін пайдаланумен басталып, соңы жерде толық  ядролық, термоядролық және басқа табиғи отын қоры таусылуымен белгіленеді. Бұл кезде қоршаған ортаны қорғау мәселесі маңызды болады. Біз қазір осы төртінші кезең басында өмір сүріп жатырмыз.

Төртінші кезең біткен соң бесінші кезең басталады. Адам зат толық жаңғыртылатын энергия көздерімен пайдаланады (күн, теңіз және өзендердің су, жел т.б. энергиясы). Энергияны тиімді пайдалану мәселесі маңызды болады. Қоршаған орта тазара бастайды.

Ең бірінші оттың энергиясын пайдалануын естігеніміз Александриядағы Герон ойыншық бу машиналарын құрастырғаны. Бұл ойыншықтардың маңыздысы реактивті турбиналар – Эолопил қозғалтқышы (Эол – жел құдайы; ол кезде суды қыздырса ауа пайда болады деп саналған). Эолопил қозғалтқышы екі жағында түтігі (тесігі) бар, тірекке орнатылған шар болатын. Шар ішіндегі су қызған кезде, екі түтіктерден шыққан бу оны айналдырады. Ол кезде Эолопил жаңа қозғалтқыш түрі екенін ішкім ойламаған, адам зат тек 1700 жыл өткеннен соң осыған көңіл бөлген.

Белгілі физик Х.Гюйгенстің шәкірті – механик Д.Папен 1681 жылы бу қазан (бу өндіргіш) ойлап жасаған. Бұл бу өндіргіш, сақтандырғыш клапан арқылы, бу қысымын реттеп тұратын болған. Осы кезде Х.Гюйгенстің өзі, цилиндрдың астында оқ-дәріні жару арқылы поршеньдің көтерілуін қолдануын ойлап тапқан. Бұл атмосфералық бу машинаның және ішкі жану қозғалтқыштың пайда болуына себеп болды.

Оқ-дәріні қолдануы қиын болғаннан Папен 1690 жылы су қолданған, поршень астындағы су буға айналғанша қыздырылған, ал бумен жоғары көтерілген поршень сумен салқындатылған соң қайтадан орнына түстетін болған. Папен 1698 жылы осы қозғалтқыштың жұмыс тәртібі жайлі өзінің кітабында жазған.

Ал 1705-1712 жылдары ағылшын Т.Ньюкомен бу қазан мен поршеньді бу қозғалтқышты бөлек орнатуын ойлап жасады. Ол кезде шахталардан су сорып кетіру мәселені шешу қажет болған еді. Т.Ньюкоменнің бу қозғалтқышты, поршеньді су сорғыға қозғалтқыш ретінде жұмыс атқарған. Бұл су сорғылар тиімді жұмыс атқарып, Англияда 1934 жылға дейін қолданылған.

1769 жылы Д.Уайт поршеньді бу машина құрастырды, ал 1782 жылы поршеньге екі жағынан бу берілетін машина жасап, 1788 жылы оған ортадан тепкіш айналым жылдамдық реттегіш орнатты.

1801 жылы француз Ф.Лебон цилиндр ішінде электр ұшқын арқылы жанған газбен жұмыс істейтін поршеньді қозғалтқышка патент алады. 1805 жылы Швейцарияда И.Риваз су тегімен жұмыс атқаратын қозғалтқыш ұсынады.

 

 1806 жылы Алтайдағы Сузун заутында Залесов П.М. активті бу турбинаны жобалап 1807 жылы жасап іске қосты. Бірақ Залесов П.М. патент алмағанынан бұл бу турбина техника тарихында белгісіз болды.

1816 жылы, ағылшын Р.Стирлинг әмбебапты жылулық қозғалтқышқа патент алады. Бұл жылу машина қозғалтқыш, жылу бергіш және салқындатқыш болып жұмыс атқарады. Бірақ ол кездегі ғылым-техниканың төмен саласында бұл жылу машина құрастыруға мүмкіншілік болмады.

1824 жылы, Сади Карно төрт кезеңді ішкі жану қозғалтқышты болжаған (1-ші кезең ауаны сору; 2-ші ауаны қысу және отын жануы; 3-ші газдардың кеңеюі мен поршень жүрісі; 4-ші газды аластау).

1856-1857 жылдары Петербургта Титов В.П. реактивті бу турбинасын жасап іске қосты.

1877 жылы, неміс инженері Н.Отто төрт кезеңді, электрұшқынды жандыруы бар ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды, пайдалы әсер коэффициенті 16-20%.

1892-1897 жылдары, неміс инженері Р.Дизель сығымдағышты (компрессорлы) ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды, бұл сол кездегі тиімділігі ең жоғары қозғалтқыш болды. 1904 жылы, Ресейде Г.В.Тринклер тиімділігі жоғары сығымдағышсыз (компрессорсыз) ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды.

Сонымен, ішкі жану қозғалтқыштар бу қозғалтқыштарға қарағанда жинақылы және тиімді болды. Бірақ жаңа қозғалтқыштар ізденуі қайтадан бу турбиналарға келтірді.

1883 жылы, швед инженеры Густав Лаваль, бір сатылы активті бу турбина ұсынды. Бұл турбинаның айналым жылдамдығы өте жоғары болған, ПЭК-і төмен, ең жоғары қуаты 500 кВт. Мысалы диск диаметры            1000 мм болғанда – айналым жылдамдығы 500 1/с, ал қуаты 2,5 кВт.

1884 жылы, ағылшын Чарльз Парсонс көп сатылы реактивті бу турбинаға патент алады. 1889 жылы Англияда, швед инженеры Г. Лаваль, жоғары бу қысымын кинетикалық энергияға айналдыратын саптамаға патент алады.

1891 жылы, бу турбиналы қозғалтқыштарға конденсатор енгізіледі, бұл поршеньді қозғалтқышқа қарағанда, оның тиімділігін көтерді. Сонымен, конденсатор енгізілген бу турбиналы қозғалтқыштар электр стансаларда қолданылатын болды.

1896 жылы, Анри Беккерель табиғи радиоактивтігін ашады, сонымен ядроляқ энергия пайдалануына жол бастайды.

1897 жылы, орыс инженеры П. Д. Кузьминский бірінші жануы тұрақты қысымды газ турбиналы қозғалтқыш жобалап құрастырды. 1906 жылы, В.В.Кароводин тиімділігі жоғары жану құбылысы тұрақты көлемді газ турбиналы қозғалтқыш жобалап, ал 1908 жылы құрастырып салды және сынақтан өткізді.

 

Сонымен XIX-шы ғасырда қазіргі жылу энергетиканың негізі орнатылды. Қазіргі кезде, жылу электр стансаларында негізінде тек бу турбиналы қозғалтқыштар қолданылады, олардың тиімділігі 40-42%, қуатты жоғары 100, 150, 200, 300, 500 и 800 МВт.

XX ғасырдың ортасынан бастап ядролық энергетика дамуы басталды:

- 1942 жылы (желтоқсан айы), АҚШ-та, итальян Э. Ферми жетекшілігімен бірінші ядролық реактор іске қосылды;

- 1954 жылы, Совет Одағында бірінші атом электрстансасы іске қосылды.

1858-1960 жылдары, тіке электр энергиясын табатын қондырғылар құрастырылуы басталды: отын элементтері; термоэлектр генераторлар; магнитты газодинамикалық электр генераторлар; күн сәулелік электр генераторлар; жел электр генераторлар және т.б.

Жылулық қозғалтқыштар мен электр генераторларының дамуы, ПЭК-нің шамамен өзгеруі 1.1- суретте көрсетілген.

 

            

 

1- Сэвери-Ньюкоменның бу машиналары; 2-Уатт бу қозғалтқыштары; 3-поршеньді бу қозғалтқыштар; 4-буы үш рет кеңейтілуі бар поршеньді бу қозғалтқыштар; 5-бірінші бу турбиналар; 6-жоғары қысымды бу турбиналар және ішкі жану қозғалтқыштар; 7- магнитты газодинамикалық электр генераторлар және отын элементтер.

1.1 Сурет - Жылулық қозғалтқыштар мен электр генераторларының ПЭК-нің шамамен өзгеруі

 

Ресейде бірінші бу турбиналар 1907 жылы, Петербург метал заутында жасап шығарыла басталды.

Совет Одағында бірінші бу турбина 1924 жылы, Ленинград метал зауытында (ЛМЗ) шығарылды, бу көрсеткіштері Р = 1,1 МПа, t = 300 оС, қуаты 2000 кВт. ЛМЗ 1926 жылы қуаты 10 МВт, жиілігі 50 с-1, (айналым жылдамдылығы 3000 айн/мин) бу турбина шығарады.

 

ЛМЗ 1930 жылы, бу көрсеткіштері 2,55 МПа және 375 оС, қуаты 24 МВт, жиілігі 50 с-1 бу турбина шығарады. Ал, 1931 жылы – қуаты 50 МВт, жиілігі 25 с-1, бу көрсеткіштері 2,85 МПа және 400 оС бу турбина шығарады.

1934 жылы Харьков қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (ХТЗ). ХТЗ қуаты 50 және 100 МВт, жиілігі 25 с-1, бу көрсеткіштері 2,85 МПа және 400 оС бу турбиналар шығарады.

1940 жылы, Свердлов қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (ТМЗ). Қазіргі кезде бұл зауыт жылуландыру турбиналар шығарады, қуаты 12, 25, 50, 100 және 250 МВт.

1950 жылы, Калуга қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (КТЗ). КТЗ – төмен қуатты, бу көрсеткіштері 3,43 МПа, 435 оС және 8,8 МВт, 535 оС бу турбиналар шығарады.

1952 жылы, ЛМЗ қуаты 150 МВт, бу көрсеткіштері 16,6 МПа, 400 оС, бу қайта қыздырудан өтетін, жиілігі 50 с-1, бу турбина шығарады.

1958 жылы, ЛМЗ қуаты 200 МВт (К-200-130), ал ХТЗ қуаты 150 МВт           (К-150-130) бу көрсеткіштері 12,8 МПа, 565 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады.

1960 жылы, ЛМЗ және ХТЗ қуаты 300 МВт (К-300-240), бу көрсеткіштері аумалы күйден жоғары 23,5 МПа, 560 оС, бу қайта қыздырудан өтетін температурасы 565 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады.

1965 жылы, ЛМЗ қуаты 800 МВт (К-800-240) екі валды, ал ХТЗ бір валды қуаты 500 МВт (К-500-240) бу көрсеткіштері 23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін 540 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады.

1969 жылда, ЛМЗ қуаты 800 МВт (К-800-240) бір валды турбина шығара бастады.

1970 жылы, ТМЗ қуаты 250 МВт, (Т-250-240), бу көрсеткіштері  23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін температурасы 540 оС, жылуландыру турбина шығаратын болды.

1978 жылы, ЛМЗ қуаты 1200 МВт (К-1200-240) бір валды, жиілігі 50 с-1, бу көрсеткіштері 23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін 540 оС, турбина шығара бастады.

1970-80 жылдары, ХТЗ атом электр стансаларына арналған бу турбиналар шығара бастады. Ең біріншісі К-70-29, ал содан соң К-220-44 қуаты 225 МВт,  К-500-65/3000, К-500-60/1500.

Қарапайым бу турбинасының жұмыс істеу сұлбасы 1.2-суретте көрсетілген.

Білікке (5) дискі (4) кигізілген, дискінің шетіне қалақшалар (2) бекітілген. Қалақшалардың жанына түтіктер әлде саптамалар, соплолар (1) орналасқан, бұларға қазаннан бу (3) келіп жіберіледі. Саптамалардан атқып шыққан бу қалақшаларға үлкен қысым түсіреді де, турбинаның дискісін жоғары жиілігімен айналдырады.

 

                  

 

1.2 Сурет - Қарапайым бу турбинасының жұмыс істеу сұлбасы

 

Қазіргі турбиналарда ортақ білікке бір емес, бірнеше дискі орнатылып қолданылады. Бу кезегімен дискілердің барлық қалақшаларын аралап өтеді де, олардың әрқайсысына өзінің энергиясының бір бөлігін береді.

Электр стансаларында турбинаға электр тоғының генераторы жалғасады. Турбиналар білігінің айналу жылдамдығы минутына 3000 айналымға жетеді, бұл жылдамдық, электр тогы генераторларын қозғалтуға өте қолайлы болады.

Мысалы бір цилиндрлі бу турбинаның құрылысын қарастырсақ. Бу турбина ротор мен статордан тұрады. Роторда қалақшалары бар дискілер орнатылған. Бу қалақшалардан өткенде, олар будың энергиясын айналым күшке аударып, дискіні онымен бірге роторды айналдырады. Ротор айналма тіректер (подшипниктер) арқылы статорда орнатылады. Бу турбина роторы, муфта арқылы, электр генератордың роторымен байланысқан. Электр генератордың роторы айналғанда – электр энергия өндіріледі.

Электр энергия пайдаланатын тұтынушының қуатына байланысты, турбина қуаты реттеледі. Турбина қуатын айналым жылдамдылық реттегіш арқылы реттейді. Бу турбина тоқтап салқындаған кезде, ротор майысып қалмау үшін, білек айналдырғыш қондырғы орнатылады.  

Бу турбиналар негізінде жылу электр стансаларында қолданады, бірақ қазіргі кезде бу турбиналармен қатар газ әлде сұйық отын жанғанда пайда болатын газ пайдаланатын газ турбиналары кеңірек қолданылып келеді.

 

1.3 Бу турбиналы қондырғының жылулық циклы

 

Бу турбиналы қондырғылар Ренкин циклы арқылы жұмыс атқарады. Бу турбиналы қондырғылардың пайдалы жұмыс атқаруына әсер ететiн бу қысымы мен температурасы. Егер будың қысымы мен температурасын жоғарлатса, Ренкин циклының пайдалы әсер коэффициентi де өседi.

 

Бу турбиналы қондырғылардың пайдалы әсер коэффициентiн көтеруге тағы бiрнеше тәсiлдерi бар. Бұл турбинадан шыққан будың қысымын азайту, циклдегi орташа қысымды буды қайтадан қыздыру және электр қуатымен бiрге жылу өндiру. 1.3-суретте тек электр энергиясын және электр қуатымен бiрге жылу өндiретін жылу электр стансаларының (ЖЭС) тәсілдемелік схемалары көрсетiлген – бұл шықтағыш электр стансасы (ШЭС) және жылу электр орталығы (ЖЭО).

 

 

1 - бу генераторы; 2 - бу турбинасы; 3 - электр генераторы; 4 - конденсатор;

5 - конденсат сорғысы; 6 - қоректендiру сорғысы; 7 – аз қысымды жылытқыш;

8 - жоғары қысымды жылытқыш; 9-деаэратор; 10-желiсу жылытқышы;         11-өндiрiс бу iрiктеу арнасы; 12-су дайындау қондырғы; 13-қыздырылған бу құбыры; 14-отын; 15-ауа; 16-түтiн, газ; 17-шлак; 18-қайта қыздыруға жiберiлген бу; 19-қайта қыздырылған бу.

  1.3 Сурет -  ЖЭС тәсілдемелік сұлбалары, ШЭС (а) және ЖЭО (б)

 

а – рυ-диаграммасында; б – Тs-диаграммасында.

1.4 сурет - Ренкин циклы.

 

Бу турбиналы қондырғылар циклының құрамына (Ренкин циклы,           1.4-суретті қара)  келесi құбылыстар кiредi:  

1) қысым тұрақты құбылыс (Р1 = const) 3-4-5 бу генераторда бу өндiру (ылғалды бу) немесе 3-4-5-1 (қыздырылған бу) үздiксiз жылуберiс q1 = h1 – h3 арқылы пайда болған;

2) адиабатты кеңiтiлу құбылыс (1-2) бұл бу турбинада пайдалы жұмыс өндiру lпт = h1 – h2 құбылысы;

3) қысым тұрақты2 = const) құбылыс. Бұл конденсаторда жұмысын атқарған буды салқындатып шықтандырып суға айналдыру (2 - 2'), мұнда                 q2 = h2 – h2' < 0.

4) адиабатты құбылыс 2'–3 бұл суды конденсатты және қоректендiру насостарымен бу генераторына бұрынғы қысымымен Р1 жiберу.

Бу турбиналы қондырғылардың теориялық меншiктi пайдалы жұмысы бу турбинаның 1 кг буға және қоректендiру насостың 1 кг суға пайдаланған жұмыстарының айырмашылығынан шығады

 

          lопту = lпт – lпн = (h1 – h2) – (h3 – h2') .                 (1.1)

 

Бу турбиналы қондырғылардың термиялық пайдалы әсер коэффициентi

 

 ηt = loпту /q1 = [(h1 – h2) – (h3 – h2')]/(h1 – h3) ≈ (h1 – h2)/(h1 – h3) ,       (1.2)

 

мұнда қоректендiру сорғының жұмысы өте аз болғандықтан оны есепке алмауға болады, немесе h3 = h2' .

 

1.4 Ренкин циклының жылу үнемдiлiгiн көтеру әдiстерi

 

Ренкин циклының жылу үнемдiлiгi көбiнесе басындағы және аяғындағы бу көрсеткiштерiне байланысты, яғни турбинаға баратын будың қысымымен температурасы (Ро, to) және турбина конденсаторындағы бу қысымы Рк . Ренкин циклының жылу үнемдiлiгiне бу көрсеткiштерiнiң әсер беруiн Тs-диаграммада көруге болады, 1.5-сурет.

 

     

                         а)

 

а-будың цикл басындағы қысым өзгерiсi; б-температура өзгерiсi; в-будың цикл аяғындағы қысым өзгерiсi.

1.5 Сурет - Ренкин циклының жылу үнемдiлiгiне бу     көрсеткiштерiнiң әсер беруiнiң Тs-диаграммадағы көрiнiсi.

 

1)     Будың цикл басындағы қысымын көтеру.

 

Будың цикл басындағы қысымын Р1 ден Р1' дейiн көтерiп бу турбиналы қондырғылар циклының пайдалы әсер коэффициентiн (ПӘК) жоғарлатуға болады. Будың басындағы температурасымен (Т1) аяғындағы қысымы (Р2) тұрақты қалады (1.5 а суретті қара).

Будың цикл басындағы қысымы Р1 ден Р1' дейiн көтерiлген себептен Ренкин циклының ПӘК үлкейедi, бұл тек 10 МПа қысымына дейiн болады. Бiрақ будың цикл аяғындағы құрғақтығы азаяды (Х < Х2), сондықтан турбинаның қалақтары ылғалмен желiнiп оның жұмыс мөлшерi кемидi. Турбинаның шығыс жағындағы будың құрғақтық дәрежесi (Х) 0,88-0,9 араларында болуы қажет.

 

2) Будың цикл басындағы температурасын көтеру.

 

Будың цикл басындағы температурасын Т1 ден Т1' дейiн көтерген себептен будың жылуқұламасы өседі сондықтан Ренкин циклының ПӘК жоғарлайды (1.5б суретті қара) және цикл аяғындағы құрғақтығы көтерiледі > Х2). Турбинаның шығыс жағындағы будың ылғалдығы азайған себебiнен оның жұмыс атқаруы тиiмдiлеу болады.

 

3) Будың цикл аяғындағы қысымын азайту.

 

Турбинаның конденсаторына баратын будың қысымын Р2 ден Р2' дейiн азайтқан себебiнен Ренкин циклының ПӘК жоғарлайды (1.5в суретті қара). Бұл конденсатордағы вакуумының мөлшерiн көтерген себебiнен.

 

4) Буды қайта қыздыруын пайдалану.

 

Буды қайта қыздырудың жылу сұлбасы 1.3а-суретiнде көрсетiлген. Ал буды қайта қыздыруымен Ренкин циклы 1.6-суретiнде көрсетiлген.

 

1.6 Сурет - Бу турбиналы қондырғының буды қайта қыздыру циклы

 

1.4 және 1.5-суретiндегi Ренкин циклының ПӘК бiраз көбейетiнi пайдалы жұмыс өсуiне байланысты, (пайдалы жұмыс өсуi 1.6-суреттегi штрихталған ауданға тең).

 

5) Ренкиннiң конденсатқа жылу қайтару (регенеративтi) циклы.

 

 Бу турбиналы қондырғылардың тиiмдiлiгiн көтеру үшiн турбинадан алынған буды жылытқыштарға жiберiп, қоректендiру суды жылытады. Бұл бу турбиналы регенеративтi қондырғы болады. 1.7-суретте бу турбиналы регенеративтi қондырғының сұлбасы және диаграммалардағы құбылыстары көрсетiлген. Электр қуатын өндiруге жартылай пайдаланған бу қалған жылу энергиясын циклға қайтарғанда өндiрiлген электр энергиясы үнемдi болады.

 

 

1.7 Сурет - Регенеративтi цикл сұлбасы мен диаграммалары

 

Егер Ренкин циклы бiр регенеративті жылытқышты болса, оған α салыстырмалы бу шығысы жұмсалса, оның пайдалы жұмысы 

   

l1 = α∙(h1 – hотб),

 

қалған бу (1 – α) турбинада толық пайдалы жұмыс атқарады  

 

l2 = (1 – α)∙(h1 – h'2).   

     

Жалпы циклдегi түгел пайдалы жұмыс мөлшерi

 

  lо = l1 + l2 = α∙(h1 – hотб) + (1 – α)∙(h1 – h'2) = h1 – h'2α∙(hотб – h'2),          (1.3)

 

ал 1 кг бу өндiруге жалпы түгел шығынданған жылу мөлшерi

 

                        q1 = h1 - h'отб ,                                                                     (1.4)

 

мұнда hотб – регенеративті будың энтальпиясы;

         h'отб – регенеративтi будың конденсатының (шығының) энтальпиясы;

         h'2 – циклда толық жұмыс атқарған бу конденсатының энтальпиясы.

Регенеративтi Ренкин циклының пайдалы әсер коэффициентi

 

               ηt = lo/q1 = [h1 – h'2α∙(hотб – h'2)]/(h1 – h'отб) ,                          (1.5)

 

бұл формулада қоректендiру сорғының жұмысы аз болғандықтан есепке алынбаған.

 

6) Бу турбиналық қондығылардың жылуландыру циклы.

 

Ренкин циклдарының ең көп шығындары (52-55%) турбинаның конденсаторындағы жылу шығыны. Бұл жылу шығыны салқындату су температурасына байланысты. Ең тиiмдi температура 20 оС, сонымен конденсатордағы бу көрсеткiштерi – қысымы Р2 = 4 кПа, ал қаныққан бу температурасы tн = 29 оС. Сондықтан конденсатордағы пайдасыз жылуды азайту үшiн жылуландыру циклы пайда болды. Бұл жылу электр орталығы (ЖЭО) циклы. ЖЭО жалпы жылу сұлбасы 1.3,б-суретiнде көрсетiлген. Бұл сұлбада турбинадағы жартылай электр қуатын өндiрген бу тiке өндiрiске әлде жылуландыруға жiберiледi. Осы бу электр энергиясын да өндiрiп, қалған жылуды да пайдаға асырып циклға қайтарылады. Сондықтан жылуландыру циклының ПӘК-тi қарапайым циклдерге қарағанда жоғары болады.

1.8-суретiнде жылуландыру циклының Тs-диаграммадағы көрiнiсi көрсетiлген.

                                 

 

 1.8 Сурет - Жылуландыру циклының Тs-диаграммадағы көрiнiсi

 

1.5 Шықтағыш электр станциялардың энергетикалық көрсеткіштері

 

Шықтағыш электр станцияның (ШЭС) қарапайым сұлбасын алсақ, 1.9-сурет, бу қазаннан қыздырылған бу турбинаға жіберіледі. Ал турбинада жұмыс атқарған бу шықтанып су ретінде қайтадан бу қазанға қайтарылады.

 

  

 

1.9 Сурет - Шықтағыш электр станцияның (ШЭС) қарапайым сұлбасы

 

Шықтағыш электр стансалардың негізгі энергетикалық көрсеткіші болып саналатын бұл электірлік пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК):

 

                        ηс = Эжыл / Qсжыл  = Эжыл / Вжыл·Qотын ;

 

мұнда Эжыл – бір жылда өндірілетін электр энергия мөлшері, МДж/жыл;

           Qсжыл – жыл ішінде жұмсалатын толық жылу мөлшері, МДж/жыл;

           Вжыл – жыл ішінде жұмсалатын отын шығысы, кг/жыл;

           Qотын – отынның меншікті жылулығы, МДж/кг.

 

Егер, бір сағат арасын алсақ, ПӘК мөлшері:

 

                       ηс = 3600·Nэ / Qссағ  = 3600·Nэ / Всағ·Qотын ;

 

мұнда Nэ – электр генераторларының қуаты, МВт;

           3600 – бір сағат ішіндегі секунд мөлшері;

           Qссағ – бір сағатта жұмсалатын толық жылу мөлшері, МДж/сағ;

           Вжыл – бір сағатта жұмсалатын отын шығысы, кг/сағ;

           Qотын – отынның меншікті жылулығы, МДж/кг.

 

Егер, электр станциясында орнатылған жабдықтарының және циклының пайдалы әсер коэффициенттері (ПӘК) белгілі болса:

 

                  ηс = ηбқ·ηтр·ηоі·ηм·ηг·ηt ;  

 

мұнда ηбқ – бу қазанның ПӘК;

   ηтр – бу қазаннан шыққан буды тарату құбырдың ПӘК;

   ηоі – бу турбинаның салыстырмалы ішкі ПӘК;

   ηм – механикалық ПӘК;

   ηг – электр генератордың ПӘК;

   ηt – бу турбиналық циклдың термиялық ПӘК.

 

Бу турбиналық циклдың термиялық ПӘК келесі формула арқылы табуға болады:

                ,

 

мұнда Qо мен Qк – циклағы толық берілген жылуы мен жылу шығыны, кДж;  hо мен hк.а – турбина кірісі мен шығысындағы будың энтальпиясы, кДж/кг;    hк' пен hп.н – турбина шығысындағы бу шығының және қорек сорғысының соңынан шығатын судың энтальпиясы, кДж/кг.

 

Шықтағыш электр стансасының тағы бір көрсеткіші – электр энергия өндіруге жұмсалған меншікті отын шығысы:

 

                     bэ = Bс / Nэ , кг/кВт·сағ;

 

мұнда Bс – ШЭС сағаттық отын шығысы, кг/сағ;

   Nэ – ШЭС электірлік қуаты, кВт.

Әр түрлі отын жағатын электр стансалардың тиімділігін және жұмысының сапасын салыстыру үшін шартты отын пайданалады. Шартты отынның меншікті жылулығы Qу = 29308 кДж/кг. ПӘК белгілі формуласын алсақ:

            ηс = 3600·Nэ / Вс·Qотын = 3600·Nэ / Вс·Qу  .

 

Осы формуладан келесі формула шығады:

 

       bэ = Вс / Nэ = (3600·Nэ/Qу·ηс )/Nэ = 3600/Qу·ηс = 3600/29308·ηс  = 0,123/ηс ;

 

            ηс  = 3600 / 29308· bэ = 0,123 / bэ .

 

2 Турбинадағы жұмыс дене ағынының теңдеулері және турбина қалақшалар торламасындағы энергия өзгеруі

 

2.1 Турбинадағы жұмыс дене ағынының теңдеулері

 

Турбомашиналарда жұмыс дене ретінде бу және газ қолданылады, демек сығылғышты (сжимаемый) дене. Турбина сатысынан, жапқыш және реттегіш клапандардан, құбырлардан өтетін жұмыс дене ағыны гидрогазодинамика заңдарына бағынады. Турбомашиналарда жұмыс дене біртекті деп санап, ағынының теңдеулерін қарастырайық.

1)     Күй теңдеуі. Егер жұмыс дене газ болса, оның көрсеткіштері күй теңдеуімен байланысты болады. Мүлтіксіз (ойлық, идеал) газға күй теңдеуі термодинамикадан белгілі

 

                                рυ = RT ,

 

мұнда R – газ тұрақтысы.

Буға бұл теңдеуді тек өте қыздырылған кезінде қолдануға болады. Қыздырылған буға дәл келетін келесі теңдеу

 

                                ,

 

мұнда  - жылуалмасусыздық (адиабата) көрсеткіші, қыздырылған буға көрсеткішті = 1,3 деп алуға болады, қаныққан буға көрсеткішті = 1,135 деп алуға болады. Ал, іс жүзінде негізінде h, s – диаграмма қолданылады.

 

2) Үзіксіздік теңдеуі. Бұл теңдеу арнаның немесе құбырдың әрбір қимасынан өткен жұмыс дененің массалық шығысы G тұрақты болатынын көрсетеді, 2.1- сурет:

 

            ,

 

жұмыс дененің массалық шығысы G тұрақты болғаннан    

 

            сонымен ұзіксіздік теңдеу  ,

 

мұнда  - арна немесе құбыр қимасының ауданы, м2; с – жұмыс дененің жылдамдығы, м/с;  - меншікті көлем, м3/кг.

 

 

2.1 Сурет - Үзіксіздік теңдеу шығаруға көрініс

 

3) Серпін (қозғалыс мөлшерінің) теңдеуі, 2.2- сурет.

 

         

 

2.2 Сурет - Серпін теңдеуін шығаруға көрініс

 

Серпін теңдеуі жұмыс дене ағынындағы қысым күшімен оған қарсы тұратын күшпен өтетін құбылысының теңдеуі, 2.2- сурет:

 

 .

 

Егер осы теңдеуді келесіге  бөлсек, және өте мөлшері өте кіші көрсеткіштерді есепке алмасақ

 

                 ,

 

мұнда    - қарсы күштің ағын массасына келтірілген мөлшері.

Осы теңдеудің екі жағында  көбейтсек және  аңғарсақ, келесі негізгі серпін теңдеу пайда болады:

 

                  ,

 

егер  болса,   .

 

Серпін теңдеуін интегралды түрінде көрсетуге болады:

 

                 ,

 

мұнда  со - ағын кірісіндегі (кесінді 0 – 0) жылдамдық және с1t - ағын шығысындағы (кесінді 1 – 1) теориялық жылдамдық, м/с.

4) Энергия сақтау теңдеуі, 2.3- сурет.

 

                 

 

2.3 Сурет - Энергия сақтау теңдеуін шығаруға көрініс

 

Ағын кірісі (кесінді 0 – 0) мен шығысындағы (кесінді 1 – 1) энергия жойылмай сақталады, тек бір турден басқа түрге өзгереді, мәселен жылуға және жұмыс пайда болады, 2.3- сурет. Сондықтан, энергия сақтау заңымен, жүйеге берілген энергия мөлшері жүйеден алынған энергияға тең болады:

 

                     .

 

Энергия сақтау теңдеуін дифференциалды түрде жазуға болады:

 

                   .

 

2.2 Турбина қалақшалар торламасындағы энергия өзгеруі

 

Турбина қалақшалар сатысында саптамалы және жұмыстық торламалар орнатылады. Саптамалы торламасында бу ұлғайып жылдамдығы мен кинетикалық энергиясы өседі. Жұмыстық торламасында бу ағысының кинетикалық энергиясы роторды айналдыруға жұмсалады. Ал ротордың механикалық энергиясы электр генераторында электр тоғын өндіруге жұмсалады. Қалақшалар торламасының көрінісі мен энергия өзгерісі 2.4- суретте көрсетілген.

 

                     

                     а)                                                                       б)

 

2.4 Сурет - Қалақшалар торламасының көрінісі мен энергия өзгерісі

 

Саптамалы торламасының бу ағынының энергия теңдеуі:

 

                                  .

 

Бу ағынының саптамалы торламасының шығысындағы теориялық және нақты жылдамдығы:

 

  ;        с1 = φ·с1t  .

 

Саптамалы қалақшаларына ұқсастық жасап, жұмыстық қалақшаларында:

 

                                   .

 

Жұмыстық қалақшаларындағы будың келтірілген теориялық және нақты жылдамдығы:

 

    ;          w2 = ψ·w2t  .

 

Ротордың айналуына байланысты жұмыстық қалақша торының шеңберлік жылдамдығы:

 

                             u =  ,

 

мұнда  - сатының орташа диаметры, м; - ротордың айналым жылдамдығы, айн/мин.

Осы белгілі жылдамдықтар мен жылдамдық үшбұрышы арқылы белгісіз жылдамдықтарын табуға болады, 2.5-сурет.

 

                     

 

2.5 Сурет - Қалақшалар торламаларының жылдамдық үшбұрыштары

 

Кірістегі жылдамдық үшбұрыштан табатынымыз: w1 - саптама шығысындағы будың келтірілген нақты жылдамдығын және оның шығыс бұрышын - β1 .

 

Шығыс жылдамдық үшбұрышын салу үшін қалақшадағы будың келтірілген нақты жылдамдығын w2 формула арқылы табу қажет.

Шығыс жылдамдық үшбұрыштан табатынымыз: С2 жұмыс қалақша шығысындағы будың нақты жылдамдығын және оның шығыс бұрышын α2 .

Турбина сатысындағы жылдамдықтар мен бұрыштар мөлшеріне реактивтік дәрежесі  ρ = Норо әсер етеді.

Сатыдан өткен бу қалақшаларына күш түсіреді, 2.6- сурет.

 

            

 

2.6 Сурет - Жұмыс қалақшаларға әсер ететін күштер

 

Механика заңдары бойынша келесі теңдеу жазуға болады:

 

                 .           

 

Теңдеудің сол жағында қалақшаның бу ағынына әсер беретін күш импульсы  және қалақша беттеріне Ω = πdℓ2 әсер ететін бу қысымының күш импульсы , ал оң жағында dt уақыттағы бу массасының қозғалыс мөлшерінің dm өзгеруі. Егер, массалық бу шығысы  тең болса, қалақшалардың реакция күші:   

 

                  Ru′ = G[C2cos(π – α2) – C1cosα1].

 

Осы қалақшалардың реакция күшін бу күшіне ауыстырсақ, онда  Ru = – Ru′ , сондықтан   Ru = G(C1cosα1 + C2cosα2).

Егер, қалақшалардың реакция күшінің теңдеуін ротор осі бойымен проекциясын алсақ

 

  Rа′ = G(C2sinα2 – C1sinα1) + (p2 – p1)Ω,

 

және күш ауыстырсақ Rа = – Rа′, ось бойымен бу күші:

 

Rа = G(C1sinα1 – C2sinα2) + (p1 – p2)Ω .

 

Турбина сатысының қуаты мен меншікті жұмысын келесі формулалар арқылы табуға болады.

Жұмыс қалақшалардың қуаты

 

Nu = Ruu = Gu(C1cosα1 + C2cosα2).

 

Будың меншікті (1 кг  буға) жұмыс мөлшері, келесімен табылады

 

Lu = Nu/G = u(C1cosα1 + C2cosα2).

 

Сатының жылдамдық үшбұрышынан келесіні шығаруға болады

 

       Lu = u(W1cosβ1 + W2cosβ2);

 

сонымен будың меншікті жұмыс мөлшері

 

      Lu =  .

 

3 Турбиналардың қалақша торламаларының сипаттамалары

 

3.1 Турбиналардың қалақша торламаларының аэродинамикалық сипаттамалары

 

Бу турбиналарының айнымалы жұмыс тәртібін талдау үшін, пайдалы әсер коэффициентін, бу шығысын табу үшін турбина қалақшаларының аэродинамикалық сипаттамаларын білу керек. Қалақшалардың аэродинамикалық сипаттамалары деп түсінетініміз бұл жұмыс тәртібі мен геометриялық параметрлерімен байланысты коэффициенттері:

-          жылдамдық коэффициенттері   φ мен ψ ;

-          энергия шығынының коэффициенттері  ζс мен ζр ;

-          шығыс коэффициенттері         μ1 мен μ2 ;

-          ағынның шығу бұрыштары     α1 мен β2 .

Бу турбиналарының қалақшаларының жұмысын есептеу кезінде оларды біртекті ортада жұмыс атқарады деп санап, орташа көрсеткіштерімен сипаттайды. Біріншіден қалақтарының аралығының мөлшеріне t (адымына) қарап, ал екіншіден қалақшаларының биіктігіне байланысты көрсеткіштерінің орташа шамасын табады. Бу турбиналардың қалақшаларының саптамалы (соплолық) және жұмыс торламаларларының жылдамдық коэффициенттері келесі формулалар арқылы табуға болады:

 

                   φ = С1 1t   ;  ψ = w2 / w2t ,

мұнда С1 мен w2 ағын шығуының  орташа нақты жылдамдықтары, ал С1t мен w2t изоэнтропиялық ағын шығуының  орташа теориялық жылдамдықтары.

 

Бу турбиналарының қалақша торларының энергия шығынының коэффициенттері:

 

   ζс = ∆hc /hoc  ;  ζр = ∆hp /hop ,                         

 

мұнда  ∆hc , ∆hр -  энергия шығынының мөлшері;

    hoc , hoр  – бар (барлық) энергия мөлшері.

Ағын шығуын біртекті деп санағанда энергия шығынының коэффициенттерін жылдамдық коэффициентері арқылы келесі формулаларымен табуға болады:

 

       .                             

 

Шығыс коэффициенті деп түсінетініміз массалық шығыстың G нақты шамасынның теориялық шығысындағы Gt  бөлісі (қатынасы):  

   

   μ1 = G1 / G1t ,   μ2 = G2 / G2t .                         

 

Ағынның шығу бұрыштары α1 мен β2 жылдамдықтарының үшбұрышын салуына қажет, сондықтан олардың орташа шамасын қозғалыс мөлшерінің теңдеуімен алады.

Бу турбиналарының қалақшалар торларының ағын тәртібінің өзгеруі келесі көрсеткіштерімен байланысты:

- Мах санымен  M1t = C1t / a1  және  M2t = w2t / a2 , кейбірде бу ағынының жылдамдығы C1 ,  w2 дыбыс жылдамдығына жетеді, бұл кезде ағын тәртібінің өзгеруін ескеру қажет;

- ағынның кіру бұрыштары  αо мен β1 , әсіресе биіктігі үлкен (желпуішке ұқсас - веерлы) қалақшаларға ескеру қажет;

- Рейнольдс саны  Re1 =  және  Re2 =  ,

мұнда b – қалақшалар торының хордасы, νкинематикалық тұтқырлық қоэффициенті;

- бу ылғалдығы, бұл жерде қалақшалар торының кірісіндегі бу ылғалдығының дәрежесін уо және у1 ескеру қажет.

 

3.2 Қалақша торламаларының геометриялық сипаттамалары

 

Турбина сатыларында саптамалар және жұмыс қалақша торламалар болады. Саптамалар тұрақты статорда орналасады, ал айналатын роторда жұмыс қалақшалар орналасады. Сатыдағы саптамалар мен жұмыс қалақшалардың өлшемдері және орналасу арақашықтығы бірдей болады.      3.1 - суретте саптамалар мен жұмыс қалақшалардың геометриялық сипаттамалары көрсетілген.

 

 

                                                           23

                     

 

                а)                                                       б)

 

3.1 Сурет - Саптамалар мен жұмыс қалақшалардың геометриялық сипаттамалары

 

Саптаманың кірісі мен шығысына дейін қима ауданы кішірееді, сондықтан түрі тарылған деп аталады.

Саптамалардың геометриялық сипаттамаларына кіретін, 3.1,а-сурет:

-         тор аралығы t1  (адым) бұл саптамалардың орналасу ара қашықтығы;

-         саптамалар алқымы О1 бұл саптамалар шығысындағы ең кіші аудан ;

-         бу ағын шығысының тиімділік (нәтижелік) бұрышы: α = arcsinO1/t1;

-         саптамалардың пішін хордасы b1 бұл саптама пішінінің ең ұзын өлшемі;

-         саптама торламаның ені В1, бұл торламаның шебіне перпендикулярды ені (шебі дегеніміз – айналым жылдамдығына параллельді сызық);

-         саптаманың орналасу бұрышы αу – саптама хорда мен айналым жылдамдығының сызығының арасындағы бұрыш, осы бұрышты өзгерткен кезде, нәтижелік бұрышын да α өзгертуге болады;

-         торлама қалақшаларының шығыс шетінің қалыңдығы ∆1кр ;

-         торлама қалақшаларының биіктігі (саптамалар ұзындығы) ℓ1 ;

 

-         торлама қалақшаларының орташа диаметры d1 – қалақшалар ортасынан өтетін диаметр;

-         парциалдық дәрежесі  е – бұл саптамалар орналасқан доға ұзындығының L, орташа диаметр бойындағы толық шеңбер ұзындығына қатынасы:

 

                                     е =  .

 

Саптамалардың геометриялық сипаттамаларына жұмыс қалақшалардың сипаттамалары да сәйкес келеді.

Сондықтан жұмыс қалақшалардың сипаттамалары, 3.1,б-сурет:

 

t2 , О2 , β = arcsinO2/t2 , b2  , В2 , βу , ∆2кр , ℓ2 , d2 .

 

Қалақша торламаларының салыстырмалы геометриялық сипаттамалары да болады: салыстырмалы адымы  ; салыстырмалы биіктігі ; торлама қалақшаларының шығыс шетінің салыстырмалы қалыңдығы ; желпуіштігі  1/θ = ℓ/d және т.б. Салыстырмалы геометриялық сипаттамалар арқылы ұқсас қалақша торламалар жинауға болады. Мысалы саптамалар торламалардың пішін хордалар b1 мөлшері бірдей болмаса, ал бұл торламалардың салыстырмалы сипаттамалары бірдей болса және т.б., олар ұқсас болады. Геометриялық ұқсастық бу ағынының тәртібінің ұқсастығына келтіреді, мәселен Мах санының тұрақтылығы  Рейнольдс санының  , мұнда ν – қозғалыстық (кинематикалық) тұтқырлығы.

Қазіргі кездегі турбина қалақшалары сақиналы болып келеді. Сондықтан, олардың ерекшелігі желпуіштігі 1/θ = ℓ/d болғаны. Бұл торламаларда  тор аралығы t  (адымы) биіктігі бойымен өзгереді.

Орташа диаметр бойымен адым t1 тең болады, ал қалақшаның астыңғы жағындағы диаметр d = d1 - ℓ1  бойымен t< t1 , ал үстіңгі диаметр бойымен d1п = d1 + ℓ1  адым t1п > t1 . Сонымен, егер торлама биіктігі бойымен пішін хордасы b1 өзгермесе, (b1 = const), салыстырмалы тор аралығы t  (адымы) өседі.

Торламалардың жылу есебін өткізу үшін газодинамикалық сипаттамалары қажет болады. Бұл энергия шығынының коэффициенті (дәрежесі), шығыс коэффициенті және торламадан шыққан ағын бұрышы.

Торламаның энергия шығынының коэффициентін энергия шығынының толық энергия мөлшерімен қатынасы деп табады.

 

Сонымен торламалардағы ағын ұлғаюын қарастырсақ, 3.2 - сурет, энергия шығын коэффициентін келесіден табуға болады:

саптамалар торламасында   ,

жұмыстық торламасы   .

 

                    

 

                         а)                                                           б)

 

3.2 Сурет - Торламалардағы ағын ұлғаю құбылысы

 

Энергия шығын коэффициенті мен жылдамдық коэффициенттерінің байланысы бар:

 

                     ; 

 

                     .

 

Негізінде торламадағы энергия шығыны екі қосындыдан пайда болады, бұл торлама пішіні мен шеттеріндегі энергия шығыны: .

Торлама пішініне байланысты энергия шығыны үйкеліс, торлама шетіндегі және толқынды энергия шығынына байланысты:  .

Торлама шетіндегі энергия шығыны, қалақшалардың жоғары және астыңғы жағындағы ағындың энергия шығыны , .

Торламалардың шығыс коэффициенті бұл негізгі шығыс пен теориялық шығыс қатынасы

 

                            .

 

Түрі тарылған және ағын жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан төмен торламаларға теориялық шығыс мөлшерін олардың ауданымен байланысты:

-         саптамалар торламасына , мұнда , саты шығысындағы теориялық жылдамдық пен меншікті көлем; саптамалар саны;

-         жұмыс қалақша торламасына   , мұнда  ,

-         жұмыс қалақшалары шығысындағы теориялық жылдамдық пен меншікті көлем; жұмыс қалақшалар саны.

Ағын жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары болған кезде

-         саптамалар торламасына   ;

-         жұмыс қалақша торламасына  .

Торламаның шығысындағы ағын бұрышы α1 ,  β2 . Негізінде ағыс жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан төмен болған кезде ағын шығыс бұрышын, ағын шығысының тиімділік (нәтижелік) бұрышына тең алады:

 

-         саптамалы торламасына

 

             sinα1 ≈ sinα= O1/t1 ;

 

-         жұмыс қалақша торламасына

 

             sinβ2 ≈ sinβ= O2/t2 .

 

Турбина қалақша торламалардың геометриялық сипаттамаларын есептеп табуға болады. Қалақша торламалардың сипаттамаларын есептеп тапқан соң саптамалар мен жұмыс қалақшаларының түрін таңдауға болады.

Турбина қалақша торламалардың геометриялық сипаттамалары                   3.3-суретте көрсетілген.

 

 

3.3 Сурет - Турбина қалақшалар сатысының көрінісі

 

Турбина қалақша торламаларын есептеген кезде бір бірімен байланысты екі есеп шығарылады:

1) саптамалы және жұмыс қалақшалардың өлшемдерін: биіктігі ℓ1 , ℓ2 мен шығыс бұрыштарын α1 , β2 есептеу; саптамалар мен жұмыс қалақшаларының түрін таңдау және олардың орналасу бұрышын αу, адымын t1, санын табу z1;

2)  торламаның ПӘК-ін ηо.л  және  ηоі , қуатын және қалақшаларға әсер ететін қүш мөлшерлерін табу.

Саптамалы және жұмыс қалақшалардың өлшемдерін еспетеген кезде жылдамдық үшбұрыштарын салады. Қалақшалар торлама сатысын келесі мәліметтер арқылы есептейді: 1) сатыдан өтетін бу (газ) шығысы, G, кг/с;               2) саты кірісіндегі бу сипаттамалары Со, Ро , tо; 3) сатының шығысындағы қысым Р2 . Осы мәліметтерден басқа белгілі мөлшерлер: жылдамдық қатынасы u/Сф , сатының орташа диаметры d , реактивті дәреже ρ. Негізгі есептеудің мақсаты келесі мөлшерлерді табу: F1 , ℓ1 , е .

Саптамалардың шығыс ауданы:         ,

мұнда  - саптама шығысындағы теориялық жылдамдық,  μ1 – саптамалардың шығыс коэффициенті; саптамалардағы будың ұлғайған кездегі меншікті көлемі.

Саптамалардың шығыс ауданы арқылы олардың биіктігін (ұзындығын) табуға болады: 

                 .

Бұл формулада орташа диаметр d белгілі, ал саптамалардан бу ағынының шығыс бұрышы α1 = 11÷20о. Биіктігі орташа қалақшаларға α1 = 12÷16о, ұзын қалақшаларға α1 = 16÷20о . Егер, < 12 мм болса, парциалдық дәрежені өзгерту қажет, ал  > 12÷14 мм болуы қажет.

Жұмыс қалақшалардың өлшемдерін табу үшін, саптамалардың есебіне ұқсас алып келесіні жазуға болады:

1)   жұмыс қалақшалар ауданы      ;  мұнда ;

 

2)   көбейтінді     .

 

Негізінде, жұмыс қалақша биіктігін келесімен табуға болады:

 

                        ,

 

мұнда 1 – саптамалар биіктігі, ал жұмыс қалақшалардың астыңғы және үстіңгі жағындағы артық биіктігі (перекрыша).

 

Қалақша торламалар пішініне және бу жылдамдығына байланысты келесі түрлерге бөлінеді:

      A –  жылдамдығы дыбыстыкіне дейінгі ;

      Б – жылдамдығы дыбыстыкіне жақын;

      В – жылдамдығы дыбыстыкінен жоғары;

      И –  торлама пішіні бұрылыспен;  өзгеру мөлшері кең;  

Мысалы: C-90-12Б – саптамалы тор, , , дыбыстыкіне жақын.

 

 

4  Турбина сатысының пайдалы әсер коэффициенттері

 

4.1 Турбина сатысының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті

 

Турбина сатысының тиімділігі пайдалы әсер коэффициентімен (ПӘК) сипатталады. Турбина жұмыс қалақшалар куатының негізгі сатының бар куатына қатынасын, сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті деп санайды:

 

                       ηо.л = Nu / Nо ,

 

мұнда жұмыс қалақшалар куаты  Nu = Lu·G , ал Lu – меншікті жұмыс;    сатының негізгі бар куаты Nо = Ео·G, ал Ео – меншікті энергия.

Осыдан келесі шығаруға болады:

 

                        ηо.л = Lu / Ео ,

 

Меншікті жұмыс мөлшерін келесімен табуға болады:

 

                Lu = Nu / G = u·(c1·cosα1 + c2·cosα2) ,

 

Меншікті энергия мөлшері сатының орналасуына байланысты табылады. Егер, сатыдан соң үлкен камера болса, шығыс жылдамдығының энергиясы босқа шығын болып кетеді, сондықтан  Ео = .

Сатылар аралығында орнатылған қалақшалар торында, шығыс жылдамдығының энергиясы келесі торда пайдаға асырылады, сондықтан              Ео =  . Негізінде энергияны келесі түрде жазуға болады:

                            

                  Ео =  ,

 

мұнда   будың негізгі кірістегі кинетикалық энергиясын есепке алғандағы толық жылу құламасы;

 

 - келесі сатыда пайдаға асатын кинетикалық энергия мөлшері, ал коэффициент  мөлшері нольден бірге дейін өзгереді. Егер,  = 1 болса, сатының шығысындағы барлық кинетикалық энергия келесі сатыда пайдаға асырылады.

Сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициентін меншікті жұмысты жылдамдық арқылы көрсетіп табуға болады.

Сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті:

 

       ηо.л = .

 

Сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті бу жылдамдығының мөлшері мен бағытына байланысты. Негізінде, таза активті сатының ηо.л жылдамдық қатынасымен (u/Cф); жылдамдық коэффициенттерімен φ , ψ ; бұрыштармен α1 , β2  байланысы бар.

Таза активті сатыларға С1 = φ·С1t = φ·Сф  және   , сондықтан келесіні жазуға болады:

 

        .

 

Сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициентінің ең жоғары мөлшері ηо.лмакс , жылдамдық қатынасы тиімді кезінде  (u/Cф)опт = φ·cosα1/2 , болады, 4.1- сурет.

Энергия шығындары:

 

 

- сатыдағы                                             ;

 

- жұмыс қалақшалардағы                    ;

 

- саты шығысындағы бу жылдамдығынан    .

Сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті

 

             ηо.л  = 1 – ξсξр – (1 – χв.сξв.с  .

 

                         

 

4.1 Сурет - Таза активті сатының (ρ = 0) келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті ηо.л  мен энергия шығындарының ξ, жылдамдық қатынасымен (u/Cф) байланысы 

 

Реактивті сатының келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті де жылдамдық қатынасымен байланысты, тек байланысына реактивтік дәреже де қосылады, 4.2- сурет.

 

                                     

 

4.2 Сурет - Реактивті сатының (ρ = 0,5) келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті ηо.л  мен энергия шығындарының ξ, жылдамдық қатынасымен (u/Cф) байланысы

 

Негізінде ең тиімді жылдамдық қатынасын келесі формула арқылы табуға болады:

 

       (u/Cф)опт = =  ;

 

активті сатыға келтіріп келесімен жазуға болады:

 

                                .

 

4.2- суретте реактивті сатының (ρ = 0,5) келтірілген қалақша пайдалы әсер коэффициенті мен жылдамдық қатынасының байланысы көрсетілген.

 

 

4.2 Турбина сатысының ішкі салыстырмалы ПӘК

 

Тубина сатының салыстырмалы (келтірілген) қалақша пайдалы әсер коэффициенті тек қалақшалардағы энергия шығындарын есепке алады. Турбина қалақшаларындағы энергия шығындары арқылы сатының салыстырмалы қалақша пайдалы әсер коэффициенті табылады,

 

                          ,

 

мұнда   саптамадағы, жұмыс қалақшадағы және шығыс жылдамдығымен энергия шығынының коэффициенті.

Турбина сатыларында бұл энергия шығындарынан басқа диск пен бандажда (шен темірде) бу үйкелісімен және парциалдықпен энергия шығындары пайда болады. 4.3-суретте .

Турбина сатыларында ротор мен статор тығыздағыштардан будың шығыны арқылы (4.4-суретті қара) және будың ылғалдығынан пайда болатын энергия шығындарыда болады.

Сонымен турбина сатыларында келесі энергия шығындар пайда болады: ξт – диск және бандажда (шен темірде) бу үйкелісімен;

ξп – парциалдықпен энергия шығыны;

ξу – ротор мен статор тығыздағыштардан будың шығыны арқылы;

ξв – будың ылғалдығынан.

Осы энергия шығындарын есепке алғанда, турбина сатысының ішкі салыстырмалы ПӘК табуға болады:

                             ;

 

               в)

 

а) диск камерасы бойымен кесінді; б) диафрагма мен диск арасындағы бу жылдамдығының эпюрасы; в) парциалды сатысындағы желдету ағындардың сұлбасы.

 

4.3 Сурет - Турбина сатысының кесіндісі  

 

 

4.4 Сурет - Сатыдағы бу өту схемасы        

 

Ротор дискі айналып тұрғанда, сатының  диск аралығында бу үйкелісі пайда болады, осы үйкеліске қуат жұмсалады Nтр, сондықтан диск және бандаждағы үйкеліске энергия шығыны коэффициентпен көрсетіледі

 

                           ξт = Nтр/Nо.

 

 

Турбина сатысына бу парциалды жіберілуі сатының қуаты мен бу көлеміне байланысты және қалақшалар биіктігінің шектенуіне.

Сондықтан буды парциалды жіберген кезде оның тұрып қалатын аралықтары болады. Бұл буды желдетіп шығарған кезде энергия шығыны болады Nв, шығын коэффициенті ξв . Парциалды бу жіберген кезде саптаманың арқа жағында бу құйындап өткеннен сегментті энергия шығыны пайда болады ξсегм . Сонымен парциалдықтан энергия шығыны   ξп  = ξв + ξсегм .

Турбина сатысында бу саптама мен жұмыс қалақшасынан өтпей лабиринтті тығыздағыштан өтуі мүмкін. Тығыздағыштан өткен бу жұмыс атқармайтын болғасын энергия шығыны пайда болады. Бұл шығын коэффициентпен сипатталады ξу – тығыздағыштағы бу шығын коэффициенті.

Егер турбина сатысынан өтетін бу ылғалды болса, ылғал әсерінен энергия шығыны болады. Ылғалдан пайда болған энергия шығыныда коэффициентпен көрсетіледі:

 

                      ξвл =  ,

 

мұнда уо , у2саты кірісі мен шығысындағы бу ылғалдылығы;

    а – тәжірибеден табылған коэффициент (а = 0,4 – 1,4).

Энергия шығындары мен турбина сатысының келтірілген қалақша және ішкі салыстырмалы пайдалы әсер коэффициенттерінің байланысы                           4.5-суретінде көрсетілген. Осы суреттегі график бойынша бу ағынының ең тиімді жылдамдылық қатынасын  табуға болады.

 

 

4.5 Сурет - Энергия шығындары мен ηоi  байланысы 

 

Лабиринтті тығыздағыштардың екі түрі болады: баспалдақты және тік ағынды, 4.6-сурет. Бу өткізу мөлшері (шығыс коэффициенті) тығыздағыштар тарақтарының пішініне байланысты болады, 4.7-сурет.

 

 

 

а) баспалдақты; б) тік ағынды.

4.6 Сурет - Лабиринтті тығыздағыштар көрінісі  

 

 

4.7 Сурет - Лабиринтті тығыздағыштардың түріне байланысты шығыс коэффициенті

 

    

          а)

 

        б)

 

                              

        в)                              г)                                            д)

 

а – статорда тарақша қылдары ал роторда жырашық; б – роторда қылдар статорда жырашық; в – тік ағынды (төмен қысымды цилиндрларда ТҚЦ қолданылады); г – қылдары бар сатысызды тығыздағыш; д - ұялы.

4.8 Сурет - Қазіргі бу турбиналардың лабиринтті  тығыздағыштарының құрылысы 

 

Қазіргі кезде ұялы тығыздағыштар қолданатын болды. Ұялы тығыздағыштар бір неше жолды қалқалардан тұрады. Қалқалар ыстыққа төзімді хром никельді фольгадан жасалады. Фольганың қалыңдығы 0,05 мм. Фольгадан жасалған қалқалар ұялы бөлшектерге дәнекерленіп қосылады, ұялы бөлшектер диафрагмаларға әлде обоймаларға орнатылады. 

Ұялы тығыздағыштар қолданған кезде, бу турбинадағы шығындар мөлшері төмендеп, турбинаның пайдалы әсер коэффициенті 2,5-3 % өседі.

Шен темір тығыздағыштардың лабиринтті және ұялы түрлерінің құрылысы 4.9-суретте көрсетілген, ал соңғы және дафрагмалық тығыздағыштардың лабиринтті және ұялы түрлерінің құрылысы 4.10-суретте көрсетілген.

 

                    

     

       Түрі лабиритті                                         ұялы түрі

 

4.9 Сурет - Шен темірдің (баждандың) тығыздығыштары

 

 

                              

 

Түрі лабиритті                                         ұялы түрі

 

4.10 Сурет - Соңғы және диафрагмалық тығыздығыштар

 

 

5  Көп сатылы бу турбиналар

 

5.1 Көп сатылы бу турбиналардың артықшылығы мен кемшілігі

 

Көп сатылы бу турбиналардағы саты саны 30, қуаты 50 МВт жоғары болады. Саты саны будың қысымы мен температурасына байланысты.

Қазіргі бу турбиналарда жылу құлама мөлшері 1600 кДж/кг дейін болады. Егер бұл бу турбина бір сатылы болса, бу жылдамдығы 1700 м/с (= 3 ÷ 3,5), ал шеңберлік айналым жылдамдығы 1000 ÷ 1100 м/с дейін жетеді. Мұндай турбинаны жасауға болмайды, себебі айналып тұрған диск металл беріктігі жағынан ең жоғары шеңберлік жылдамдығы 400 м/с аспауы қажет.

Көп сатылы турбинада жылу құламаны реттегіш саты (250 дейін)  мен қысымдық сатылар (40÷50  дейін) араларында бөліп, бу жылдамдығын төмендетуге болады  ~ . Егер келесіні ескерсек ,  шеңберлік айналым жылдамдығы да төмендейді. Бұл турбина беріктігін көтереді және диск диаметірін  төмендетуге, саптама ұзындығын өсіріп    саты тиімділігін жоғарлатуға себеп болады.

 

 

 

5.1 Сурет - Көп сатылы бу турбина көрінісі  және  ол бойы қысым мен күш моментінің өзгеруі

 

Көп сатылы турбинада шығыс жылдамдығы келесі сатыда пайдаға асады, бу алым жасауға болады. Бу алымдар турбинаның өзінің ПӘК төмендетседе, бу турбина қондырғының негізгі тиімділігін көтереді.

Көп сатылы турбиналардың кемшіліктері: өлшемдері жоғары; құрылысы мен жасау тәсілдемесі күрделі; жинап орнатуы, жөндеуі және пайдалануы да күрделі. 5.1-ші суретте көп сатылы бу турбина көрінісі және ол бойы қысым мен күш моментінің өзгеруі көрсетілген.

 

 

5.2 Сурет - h, s-диаграммасындағы бу кеңею құбылысы

 

Көп сатылы бу турбиналардың бір артықшылығы бұл алдыңғы сатыдағы энергия шығынын келесі сатыда пайдалануына болатыны. Сатыдағы энергия шығыны жылуға айналып, келесі сатының алдындағы будың энтальпиясын көтереді. Қыздырылған будың температурасы көтеріледі, ал ылғал будың құрғақтылығы Х жоғарлайды. Сонымен сатының жылуқұламасы жоғарлайды, 5.2-ші сурет, Но" >(Н")', Но"' > (Но"')' т.б.

Бұл жоғарлау изобаралардың h, s-диаграммасында сәйкес келмеуіне себеп болады. Сонымен, сатылар жылуқұламаларын қосқанда, жылуқұламасы қосынды изоэнтропалық жылуқұламадан жоғары болуы мүмкін және боладыда:

                                     ,

 

 

мұнда Q – қайтарылған жылу мөлшері, бұл жылу бір сатылы турбинаға қарағанда, көп сатылы турбинаның энергия мөлшерін жоғарлатады.

Көп сатылы турбина сатыларының ПӘК-тері бірдей деп санағанда келесіні табуға болады:

                      ;

 

әлде   ,

мұнда     – жылу қайтару коэффициенті (дәрежесі).

Сонымен, бу турбина сатысының ПӘК-і, жылу қайтару коэффициентіне байланысты жоғарлайды. Жылу құламаға Но, саты санына және ПӘК байланысты, жылу қайтару коэффициентінің мөлшері 0,02 ден 0,1 дейін өзгереді.

5.3-ші суреттен, егер саты саны шексіз болған кезінде алсақ:

                      .

Ал саты саны белгілі бу турбинасына    .

Өндіріс саласында жылу қайтару коэффициентін келесі формула арқылы есептейді:

                        ,

мұнда қыздырылған бу өтетін сатыларда 4,8·10-4 , егер қыздырылған және ылғал да бу болса 3,2 ÷ 4,3·10-4 аралығында, егер тек ылғал бу болса 2,8·10-4 .

 

                                                    

    

 

5.3 Сурет - Жылу қайтару коэффициентін табуға мәліметтер

 

5.2 Көп сатылы бір ағынды бу турбинаның шектелген қуаты

 

Көп сатылы бір ағынды бу турбиналарының соңғы сатылары, көлемі жоғары бу шығысын G·υ өткізеді. Бір ағынмен өтетін бу көлемі қалақшалардың биіктігімен шектелгеннен, турбина қуатыда шектеледі.

Бу турбинаның шекті қуаты мен бу шығысының байланысы:

                             Ni = m·Gк·Ho·ηoi  ,                 

мұнда Gк – конденсаторға жіберілетін бу шығысы; m – регенеративті бу алымдарының қуатын есепке алатын коэффициент, 1,1-1,25 аралығында.

Бу шығысын соңғы сатының өлшемдері арқылы көрсетуге болады:

  Gк = π·d2·ℓ2·c2·sinα22 ,         

мұнда d2 – соңғы сатының орташа диаметры;

2 – соңғы сатының жұмыс қалақшаларының биіктігі;

c2 , υ2 – саты шығысындағы бу жылдамдығы мен бу көлемі.

Егер,  π·d2·ℓ2 = Ω – сатының бу өтетін ауданы болса, бу кірісінің бұрышы  α2 = 90о шамасында деп алсақ (sinα2 = 1), бу шығысы:

 

    Gк = Ω·c2 / υ2 ;                        

 

Егер, биіктігі бойымен қалақшаның қимасы тұрақты болса, ортадан тепкіш күштерінен пайда болатын кернеу мөлшері:

 

     σпост = Cл / Fл ;    σпост = 2·ρ·Ω·π·n2 ,   

 

мұнда Cл – ортадан тепкіш күш мөлшері; Fл – қалақша қимасының ауданы; ρ – қалақша материалының тығыздығы.

 

Турбинаның соңғы сатыларындағы қалақшаларының кима ауданы тұрақты болмайды, жоғары жағынды кішірейеді, сондықтан, бұны ескеретін коэффициент алу қажет kразг.

Соңғы сатыдағы ортадан тепкіш күштен пайда болатын кернеу мөлшері

 

             σ = (1/ kразг)·2·ρ·π·n2·Ω .        

 

Соңғы сатыларындағы қалақшаларының кима ауданы тұрақты болмайтынын ескеретін коэффициенті жоғары fп және түбіндегі fк кималарының аудан қатынасы арқылы табуға болады:

 

       1/ kразг  ≈ 0,35 + 0,65·(fп / fк) .

 

Қима аудан қатынасының  fп/fк  ең төменгі мөлшері 0,1– 0,14 , ал қима ауданының өзгеруін ескеретін kразг коэффициент мөлшері 2,3 – 2,4 аралығында.

Сонымен көп сатылы бір ағынды бу турбинаның шектелген қуаты

 

                  Ni =  ,

 

осы формуладан бу турбинаның шектелген қуаты келесі сипаттамаларымен:  байланысты екенін белгілеуге болады.

Кернеу мөлшері σ ортадан тепкіш күшпен және материалдың шектелген кернеуіне байланысты. Тоттанбайтын болаттың шектелген кернеуі σ = 450 МПа. Негізінде осы кернеу мөлшері бу өтетін ауданымен Ω байланысты. Егер, жиілік мөлшері n = 50 с-1 болса, (5) арқылы, бу өтетін аудан Ω = 8,6 м2.

Қазіргі бу турбиналарының соңғы саты қалақшаларының өлшемдері           5.1-кестеде келтірілген.

 

5.1 Кесте

n , с-1

2 , мм

d2 /ℓ2

Ω , м2

uп , м/с

Өндіргіш заводы

50

50

50

50

50

25

1200

1050

1030

960

940

1450

2,5

2,43

2,46

2,58

2,62

2,86

11,3

8,41

8,19

7,48

7,28

18,9

658

565

559

540

534

440

ЛМЗ

ХТЗ

ХТЗ

ЛМЗ

ТМЗ

ХТЗ

 

Саты шығысындағы жылдамдық с2 мөлшері энергия шығынының с22/2 шектелуімен байланысты. Энергия шығынының шектелуі отын бағасымен және басқа қаражат шығынымен байланысты, 20-40 кДж/кг аралығында болады.

Турбинаға берілетін негізгі жылу құлама Но мөлшері, бу турбина кірісіндегі бу қысымы Ро мен температурасына tо байланысты. Егер турбинада буды қайта қыздыруын еңгізсе, жылу құлама мөлшері жоғарлайды. Ал ылғал булы АЭС турбиналардың жылу құлама мөлшері 20% төмен болады.

Саты шығысындағы көлем υ2 мөлшері конденсатордағы қысыммен байланысты. Конденсатордағы қысымды жоғарлатып, бу көлемін төмендетіп, сонымен шектелген қуат мөлшерін жоғарлатуға болады. Мәселен, қысымды 3,5 кПа дан 5,0 кПа жоғарлатсақ, шектелген қуат мөлшері 43 % жоғарлайды, бірақ турбина қондырғының ПӘК төмендейді, ∆ηээ = 0,5 %. Конденсатордағы қысым мөлшері турбина мен қосалқы қондырғыларының бағасымен байланысты.

Турбина роторының айналым жылдамдығы n шектелген қуатқа көп әсер етеді, егер айналым жылдамдығын екі есе төмендетсе, шектелген қуат мөлшері төрт есе жоғарлайды.

Қалақша жасалатын материал тығыздығы ρ шектелген қуатқа материалдың шектелген (жеткілікті) кернеу σ мөлшерімен бірге әсер етеді, сондықтан келесі қатынас ρ/σ арқылы көрсетуге болады. Қатынас ρ/σ мөлшері төмен болған сайын, шектелген қуат мөлшері өседі.

Титан қорытпаның қатынасы  ρ/σ = 12,6 кг/(м3·МПа), ал тоттанбайтын болаттың ρ/σ = 17,3 кг/(м3·МПа). Титан қорытпаны қолданған кезде қалақша биіктігін 1,5 есе жоғарлатуға болады.

Мәселен К-1200-240 ЛМЗ турбинасын алсақ, n = 50 с-1, ℓ2 = 1200 мм, будың бір ағынының қуаты 200 МВт, алты ағынды бу турбинаның толық қуаты 1200 МВт, 5.4-ші сурет.

 

 

5.4 Сурет - К-1200-240 турбинасының бу ағындары

 

Бу турбиналардың соңғы сатыларын екі қабатты (ярусты) жасаса (Баум сатысы), шектелген қуатты 1,5 есе жоғарлатуға болады, 5.5-ші сурет.

 

 Бірақ Баум сатылары қолданылғаннан ТҚЦ ПӘК төмендейді. Қазіргі кезде Баум сатылары қолданылмайды, тек К-200-130 бу турбинада соңғы сатының алдындағы саты екі ярусты жасалған.

 

     

 

5.5 Сурет - Баум сатысының көрінісі

 

6  Турбина роторлары

 

6.1 Турбина роторларының түрлері

 

Ротор - турбинаның ең маңызды бөлшегі болып саналады. Роторда дисклер мен жұмыстық қалақшалар орнатылған, сондықтан бу энергиясы роторды айналдырады. Турбина роторының айналым күші генератордың роторын айналдырады, сонымен электр энергия өндіріледі.

Ротор құрамына кіретін вал, дискі әлде барабандар, жұмыстық қалақшалар, лабиринттік түрді тығыздағыштар, муфталар, май ұстағыштар және т.б.

6.1-суретте дискілер валға отырғызылатын ротор түрі көрсетілген. Дискілерде жұмыстық қалақшалар орналасқан. Бұл ротор түрі активті турбиналарда қолданылады. Бірінші дискіде реттегіш торламаның екі жұмыстық қалақшалары орналасады. Келесі дискілерде қысымдық торламалардың жұмыстық қалақшалары орналасады.

Дискілер диаметры 1 метрден аспаған кезінде, олар валмен бірге жонылып жасалады. Бұл роторларды тұтас құйылған деп атайды, 6.2-сурет. Тұтас құйылған ротор тұрлері турбиналардың жоғары қысымды цилиндрларында (ЖҚЦ) орнатылады.

 

 

                                              

             

 

6.1 Сурет - Дискілері валға отырғызылатын ротор түрі

 

Тұтас құйылған ротор (6.2- суретті қара) алдыңғы жағында лабиринттік түрді тығыздағыштар және екі қалақты реттегіш торлама дискі, ал одан соң алты активті сатылардың дискілері орнатылған.

 

 

6.2 Сурет - Тұтас құйылған ротор көрінісі

   

Тұтас құйылған роторлар өте сапалы болаттан жасалады – сондықтан қымбат; диаметрі жоғары болса жонып жасау сапасын ұстау қиын болады; егер жону кезінде қате кетсе, қымбат металл бостан босқа (брак болып) кетеді.

6.3- суретте жартылай тұтас құйылған, ал жартылай роторға дискілер орнатылған ротор көрсетілген.

            

 

6.3 Сурет - Жартылай тұтас құйылған және роторға дискілер орнатылған ротор       

 

                                                        

Реактивті турбиналарында барабанды пісіріп қосылған роторлар пайдаланады, 6.4-сурет. Бұл роторлар тек 150 – 200 м/с айналым жылдамдығына қолданады, сондықтан активті турбиналарға жарамайды.

Активті турбиналарда, жоғары жылдамдықпен айналатын, дискілі-барабанды пісіріп қосылған роторлар пайдаланады, 6.5-сурет.

 

 

6.4 Сурет - Барабанды пісіріп қосылған ротор көрінісі

 

 

        6.5 Сурет - Дискілі-барабанды пісіріп қосылған ротор

 

        6.2 Турбина роторының вал беріктігі

 

Турбина ротор валына келесі күштер әсер етеді:

 

1) валдағы қуатына сәйкес – айналдырғыш кезеңі Мкр (крутящий момент);

2) ротордың салмағына байланысты – майысу кезеңі Мизг;

3) Бу қысымына байланысты – ротордың ось бойымен күш Рос .

Айналдырғы кезең Мкр арқылы генератор роторы айналады, ал генератор  жүктемесіне байланысты – қарсы жүктеме кезеңі да пайда болады.

 

 Сонымен, осы кезеңдер, ротор валының жіңішке жерін қиып жіберуі де мүмкін. Ал ротор салмағына G байланысты – вал тірелген жерлерінде де, яғыни подшипниктердің қасында, сынуы мүмкін.

Сондықтан ротор валының беріктік есебінде жанама (тангенциалды) кернеулерін табу қажет (τ – касательные напряжения):

 

              τ =   ;

 

мұнда вал кесіндісінің пішініне байланысты кедергі кезеңі W:

 

- шеңбер   W =  ;

 

- ортасында тесігі бар шеңбер 

 

W =  .

 

Айналдырғы кезең Мкр = 974· , кг·м .

Майысу кезеңін табу қиындау болады, сондықтан орташа мөлшерін есептейді.

Майысу кернеуі

 

 σизг =  ≤ [σ] .

 

Тангенциалды кернеу

 

    τmax =  ≤ [τ] =  .

 

Генератордың қысқа тұйықталу (короткое замыкание) кезінде

 

 ;   .

 

Ротор валының критикалық айналым жылдамдығы nкр дегеніміз – валдың дірілі пайда болғаны. Егер жұмыс айналым жылдамдылығы  nраб < nкр , бұл кезде вал қатты (кермектілі) болғаны. Ал жұмыс айналым жылдамдығы       nраб > nкр , бұл кезде вал солқылдақ (иілгіш) болғаны.

 

 7  Бу турбиналардың конденсатор (шықтағыш) қондырғысы

 

7.1 Конденсатор құрылысы

 

Бу турбинада кеңейіп жұмысын атқарған бу конденсаторға барып шықтанады да суға айналады. Конденсатор (шықтағыш) қондырғысына конденсатордан басқа жабдықтар кіреді: эжектор; конденсат сорғысы; циркуляция (айналым) сорғысы, 7.1-сурет.

Конденсаторға салқындатқыш су циркуляция (айналым) сорғысымен жіберіледі. Конденсат насосымен, шықтанған су, регенеративтік жүйесіне жіберіледі. Конденсатордың ішіндегі ауа, эжектор арқылы аластанады. Конденсаторға ауа бумен бірге және сорылып кіреді.

 

 

1-конденсатор; 2-циркуляция сорғысы; 3-конденсат сорғысы; 4-эжектор.

 

7.1 Сурет - Конденсаттық қондырғының сұлбасы

 

Конденсатор және оның жылу беттерінің құрылысы 2-ші суретте көрсетілген. Конденсатор корпусының ішінде құбыр беттері екі секцияға бөлінеді. Су бірінші (астыңғы) секциядан өтіп бұрылады да, екінші (үстіңгі) секциядан өтеді. Құбыр беттері салқын болғаннан, конденсаторға жіберілген бу шықтанып, суға айналады.

 

 

 

                                                     

 

1-конденсатор корпусы; 2, 3-су камераларының қақпақтары; 4-құбыр тақташалары; 5-конденсатордың құбырлары; 6-бу қабылдағыш патрубок; 7-конденсат жинағыш; 8-ауа аластағыш патрубок; 9-ауа салқындатқыш; 10-бу бағыттағыш қалқан (щит); 11-су кірісі; 12-су шығысы; 13-аралық (бөлгіш) қабырға; 14-бу аймағы; 15-17 – судың кіріс, бұрылыс және шығыс камерасы.

 

7.2 Сурет - Конденсатор және оның жылу беттерінің құрылысы

 

Су көлемі будың көлемінен төмен болғанынан, конденсатордың ішінде вакуум пайда болады. Бірақ вакуумды ұстап отыру үшін, буға қосылған ауаны аластап отыру қажет. Ауаны аластау үшін конденсатор патрубогіне  эжектор 8 қосылады.

 

7.2 Конденсатордың жылу балансы

 

Конденсатордағы будың шықтанған кезіндегі жылуы салқындатқыш суға беріледі. Жылу балансын келесімен көрсетуге болады:

 

;

 

мұнда hкконденсаторға жіберілген бу энтальпиясы, кДж/кг;

hк' = Cв·tкшықтанған су энтальпиясы, кДж/кг;

W – салқындатқыш су шығысы, кг/с;

t, tконденсатор кірісі мен шығысындағы су температурасы, оС .  

Салқындатқыш судың жылуының мөлшері, :

- бір жүрісті  ;

 

 

- екі жүрісті  ;

- үш және төрт жүрісті  .

Конденсатордың жылу сипаттамасы кірістегі су температурасының өзгеруіне (10, 12, 15, 20, 25 оС) байланысты салынады.

Салқындатқыш су шығысы мен бу шығысының қатынасын салқындату еселігі деп атайды:

 

    .

 

Салқындату еселігінің мөлшері:

- бір жүрісті  m = 80-120;

- екі жүрісті  m = 60-70;

- үш және төрт жүрісті  m = 40-50.

 

7.3 Конденсатордың жылу есебі

 

Жылу баланс теңдеуі

 

                  Dк·(h2 – hк) = Gв·св·∆t .

 

Салқындатқыш су шығысы

 

                  Gв = [Dк·(h2 – hк)/св·∆t ],   кг/с ,

 

мұнда бу мен шықтанған су энтальпияларын конденсатордағы бу қысымы мен құрғақтық дәрежесі арқылы табылады.

Конденсатордағы жылу беріс коэффициенті (Л.Д.Берман формуласы)

                                                                   _

K = 4070·a·[1,1·wв /(d20,25)]ⁿ·[(1 – (0,42·√а / 10³)·(35 – t)²]·Фz·Фd ,  кВт/м²·К

 

Дәреже мөлшері    n = 0,12·а·(1 + 0,15·t)

Екі жүрісті конденсаторға Фz = 1; егер бу шығысы (60% до 120%)Dк ,           Фd = 1.

Конденсатор жылу бетінің ауданы

 

                   Fк = Dк(h2 – hк)/k·∆tср ,  м² ,

 

мұнда  ∆tср =  ∆t /[ ln(tн – t) /(tн – t)] ,  °С

 

қаныққан бу температурасы  tн қысым арқылы Рк су мен бу кестелерінен табылады; конденсатордан шыққан су температурасы   t = t + ∆t , оС.

 

 Конденсатордың жылу сипаттамасы, конденсатор кірісіндегі су температурасының өзгеруіне (10, 12, 15, 20, 25 оС) байланысты салынады:

 

                    tні = t + ∆tв + δt ,  

 

мұнда температура айырмашылығы   

 

                ∆tв = Dк·(t2 – tк)/Gв .

 

Есептерді кесте арқылы есептейді, 7.1-7.4 кестелер.

 

Температура айырмашылығының ∆tв бу шығысымен байланысы

7.1 Кесте

Dк, %

60

70

80

90

100

110

120

Dк, тағ

180

210

240

270

300

330

360

∆tв, °С

4,80

5,6

6,40

7,20

8,00

8,80

9,60

 

Щегляева А.В. формуласы арқылы δt = [N/(31,5 + t)](dк + 7,5) есеп өткіземіз, мұнда  dк = Dк/Fк , N = 6 .

 

7.2 кесте

Dк, тағ

180

210

240

270

300

330

360

t=5°С

1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

1,2

10°C

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

15°C

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

20°C

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

0,9

25°C

0,80

0,80

0,80

0,80

0,80

0,80

0,80

 

Будың қанығу температурасы, tні  .

7.3 кесте

Dк , тағ

180

210

240

270

300

330

360

t=5°С

11,0

11,8

12,6

13,4

14,2

15,0

15,8

10°C

15,9

16,7

17,5

18,3

19,1

19,9

20,7

15°C

20,8

21,6

22,4

23,2

24,0

24,8

25,6

20°C

25,7

26,5

27,3

28,1

28,9

29,7

30,5

25°C

30,6

31,40

32,20

33,00

33,8

34,60

35,40

Қаныққан бу қысымының Рк бу шығысымен байланысы Dк

7.4 Кесте

Dк , тағ

180

210

240

270

300

330

360

t, °C

 

 

 

Рк, кПа

 

 

5

1,3118

1,3835

1,468

1,547

1,6294

1,7152

1,8055

10

1,8055

1,9

1,999

2,1

2,21

2,3225

2,44

15

2,455

2,5788

2,708

2,842

2,982

3,1289

3,2816

20

3,3

3,46

3,6274

3,8

3,9812

4,17

4,365

25

4,39

4,595

4,808

5,03

5,26

5,5

5,7491

 

7.4-кестенің мәліметтері бойынша конденсаторның жылу сипаттамасы салынады, 7.3-сурет.

 

 

 

       7.3 Сурет - Конденсатордың жылу сипаттамасы

 

8  Турбина пайдалану кезіндегі жұмыс тәртібінің өзгеруі

 

Жылу электр стансаларында кейбір кезде турбиналарына жіберілетін бу көрсеткіштері негізгі көрсеткіштерінен о , tо) ерекше болуы мүмкін. Бу көрсеткіштерінің негізгі мөлшерінен өзгеруі, бу турбиналарының қуатына және тиімділігіне әсер етеді. Бу көрсеткіштерінің өзгеруі турбина бөлшектерінің металдарының жылу кернеуін өзгертіп, турбина жұмысының сенімділігіне әсер етеді. Сондықтан турбиналардың бу көрсеткіштері өзгерген жұмыс тәртібі, метал жұмысымен байланысты болғанынан, тек азғана уақыт созылуы мүмкін.

 

8.1 Турбина кірісіндегі бу қысымының өзгеруі

 

Бу қысымының өзгеруіне байланысты турбинаның қуатының Nі өзгеруі, жылу құламасының Но, бу шығысының G және пайдалы әсер коэффициентінің ηоі өзгеруімен байланысты. Бу қысымы өзгерген кездегі турбина қуатының мөлшерін келесі формуласымен табуға болады:

 

                          Nі = Nіо· .               

 

Бу қысымының өсуіне байланысты турбинаның қуатының өсуінің келтірілген мөлшері:

 

          ,

 

мұнда   ε = рz / роо – қысым қатынасы.   

 

Бу қысымы ро  кішірейген кезде бу шығысыда кішірейеді. Егер бу қысымы ро  жоғарласа, бу шығысы  G  өсіп турбинаға салмақ түседі. Мұндай жұмыс тәртібі турбинаның сенімділігіне әсер етеді, сондықтан болмағаны жөн. Будың негізгі көрсеткіштерін, турбина қуатын ескеріп, бу шығысының мөлшеріне шек қою қажет. Бу шығысының шектелген мөлшерін келесі формуламен табуға болады:

 

                                ,    

 

Сонымен, бу турбинаның жұмысы сенімді болуы үшін, турбинаның негізгі қуатына байланысты бу шығысын шектеу қажет.

 

 8.2 Турбина кірісіндегі бу температурасының өзгеруі

 

Қыздырылған бу температурасының tо өзгеруі турбина қуатына N және бу генераторындағы өндірілген 1 кг буға жұмсалатын жылу мөлшеріне әсер етеді. Сондықтан, будың температурасы tо өзгеруіне байланысты турбина қуатының өзгеруін, жұмсалған жылу мөлшері  Q  тұрақты деп санап табу қажет.

Турбинаның ішкі қуаты:

 

                        Nі = ;

 

мұнда   жұмсалған жылу мөлшері 

 

Q  = G·(іо – іп.в )  ,

 

мұнда  іп.вқоректендіру судың энтальпиясы.

Турбина қуатының өсуі жылу құламасының Но , будың энтальпиясының іо және келтірілген ішкі ПӘК  ηоі  өсуімен байланысты.

Турбина қутының өсуінің келтірілген мөлшері:

 

    .

 

Жылу құламасының Но , будың энтальпиясының іо  өсуін  is-диаграмма және су мен будың термодинамикалық кестелерінен табуға болады. ПӘК өзгеруін, температура өзгерген кездегі бу ылғалдығына байланысты табу қажет.

Егер бу шығысы тұрақты болған кезінде, бу температурасы төмендесе жылу құламасы да төмендейді, сондықтан турбина қуатын келесі формуламен табуға болады:

 

                     Nі1 = Nіо·  .

 

Қыздырылған бу температурасы төмендеген кезде бу шығысы өсуі мүмкін:

 

                       .

 

 

Бұл турбина қуатына әсер етеді, бірақ турбина қуаты шектелген мөлшерінен аспайды. Температураның өсуі мен жылу құламасының өсуі бірдей болғаннан Но1оо = То1оо турбинаның шектелген қуаты:

 

 .

 

Турбиналардың кірісіндегі қыздырылған бу температурасы кішірейген кезде оның ось бойындағы қүш өсіп подшипниктердің жұмысын нашарлатады, турбина металындағы температуралық кернеу өседі және шығысындағы бу ылғалдығы өсіп қалақшалар жұмысына кедергі болады.

 

8.3 Турбина шығысындағы бу қысымының өзгеруі

 

Турбина шығысындағы қысымын  рк қонденсатордағы қысым деп санаймыз. Бұл қысым өзгеруінің біраз себебі болады: бу шығысы мен салқындатқыш су шығысының өзгеруі; салқындатқыш су температурасының өзгеруі; конденсатор құбырларының ластануы және бітелуі; конденсаторға ауа сорылуы.

Әрбір турбинаға конденсатордағы қысыммен байланысты қуатының өзгеруін  Nэ = f(p2) түзету график арқылы көрсетеді.

Негізінде ең дұрысы бұл графикті, 8.1-суретте келтірілген түрде көрсету:

 

                         .

 

Турбина шығысындағы қысымның  рк өзгеруі соңғы қалақшылар сатысының жұмыс тәртібіне әсер етеді. Соңғы қалақшылар сатысының жұмыс тәртібінің екі түрі болады:

1) жұмыс қалақшаларынан шыққан бу жылдамдығы сынық (критическая) жылдамдығына дейінгі;

2) жұмыс қалақшаларынан шыққан бу жылдамдығы сынық жылдамдығынан жоғары.

Бұл жұмыс тәртіптерінің аралығын сынық қысыммен көрсетуге болады:

 

   ркр ≈ 0,328·10-3·Gк / F2  ,

 

мұнда  Gк – конденсаторға баратын бу шығысының мөлшері;

F2 – жұмысшы қалақшалар торының ауданы.

 

 Жұмысшы қалақшалар торының ауданын келесі формуламен табуға болады:

 

                           F2 = π∙d∙ℓ2∙℮∙sinβ ,  м2 .

 

Егер, жұмыс қалақшаларынан шыққан бу жылдамдығы сынық (критикалық, аумалы) жылдамдығына дейінгі болса  εк = рк2* ≥ 1,0, онда есепті келесі  формуламен санаймыз:

 

Ni/Gк = а*2[(η*oi/(к-1))(1- εк(к-1)/к)) + (1- εк-2/к) – (u∙cosβ*)(1- εк-1/к)] , Вт∙с/кг ,

 

мұнда а* - дыбыс жылдамдығы; к – адиабата дәрежесі; β – бу шығысының бұрышы; η*oi – ішкі келтірілген ПӘК-ті; u = π∙d∙n шеңберлік жылдамдығы.

Егер жұмыс қалақшаларынан шыққан бу жылдамдығы сынық (аумалы) жылдамдығынан жоғары болса 

εк = рк2* ≤ 1,0 , онда есепті келесі  формуламен санаймыз:

 

Ni/Gк= u∙а*∙квл∙{[((к+1)/(к–1))(1–(2/к+1)εк(к-1)/к))–(εк-2/к)∙sin2β]–cosβ}, Вт∙с/кг ,

 

мұнда квл - ылғалдық коэффициенті.

Есептеуді  (εк)пр ≤ (sinβ)2к/(к+1)  дейін өткіземіз.

Ал,  рк/Gк  қатынасын келесі формуламен табуға болады:

 

                   рк/Gк = (а* / к∙F2)∙εк ,    Па∙с/кг .

 

 

              

 

8.1 Сурет-Турбина шығысындағы қысымына байланысты қуат түзету графигі

 

 9  Бу турбиналарының реттеу және қорғау жүйелері

 

9.1 Негізгі қағидалар

 

Бу турбиналардан өтетін бу шығысы мен электрлік жүктемесі өзгеруі және жылуландыру бу алымындағы бу шығысы өзгерген кезде турбина роторының айналым жылдамдығы да өзгереді. Егер ротордың айналым жылдамдығын және бу алымындағы қысымды тұрақты мөлшерде ұстамасақ бұл электр энергияның жиелігі мен бу қысымының өзгеруіне себеп болады. Сондықтан бу турбинада реттеу жүйесі болуы қажет. Бу турбиналардың реттеу жүйесіне кіретін: жылдамдық және қысым реттегіштер.

Бу турбиналардың реттеу жүйесіне келесі талаптар қойылады:

1) реттелетін сипаттамалары барлық жұмыс тәртібінде керекті мөлшерде болуы қажет;

2) айнымалы жұмыс тәртібі кезінде бу турбина қалыпты және орнықты жұмыс атқаруы қажет;

3) ортадан басқару мен толық автоматтандыруды қамтамасыздандыру қажет.

Турбина жұмыс тәртібін реттеу жүйесі қолдап отырады. Қазіргі қуаты зор турбиналардың реттеу жүйесінің жылдамдығы өте жоғары болуы қажет. Турбина реттеу жүйесі сенімді жұмыс атқарғанымен, әр түрлі қалыпсыз жұмыс тәртібі, қауіпті жұмыс жағдайлар болуы мүмкін. Кейбірде бұл қалыпсыз және қауіпті жағдайларда реттеу жүйе өзінің жұмысын атқармай қалуы мүмкін. Мысалы, турбина генераторын электр жүйесінен ажыратқан кезде, турбина роторының айналым жылдамдығы тұрақты мөлшерінен 10-12% өсіп кетеді. Ротор металы мұндай жылдамдыққа шыдмайды, бүл ротор істен шығуына себеп болады. Сондықтан турбинаны әр түрлі апат жағдайлардан және сынудан сақтандыру үшін қорғау жүйесі болуы қажет.

 

9.2 Бу турбина роторының айналым жылдамдығын реттеу

 

Электр энергия сапасы оның кернеуі мен ток жиілігінің тұрақты болғанымен байланысты. Осы көрсеткіштердің тұрақтылығы жоғары болса электр энергияның сапасы да жоғары болады.

Электр ток кернеу негізінде қоздырғыш қондырғы арқылы реттеледі. Айнымалы электр ток жиілігі генератордың және онымен байланысқан бу турбинаның айналым жылдамдығының мөлшерімен реттеледі. Сондықтан бу турбинасында ротордың айналым жылдамдығын реттейтін реттегіш орнатылады. Бу турбиналарда орнатылатын ротордың айналым жылдамдығын реттейтін реттегіштердің жұмыс қағидалары негізінде ортадан тепкіш күшпен байланысты. Ортадан тепкіш реттегіштердің екі түрі болады: механикалық және гидравликалық байланыстарымен.

 

Бу турбинадағы будың күш кезеңі электр генератордағы электр күш кезеңін қамтамасыздандыру қажет.

Бу турбинадағы будың күш кезеңін келесі теңдеу арқылы көрсетуге болады:

                                     Мбу = Мэл + Мү + J ,

 

мұнда  Мбубу турбинадағы будың күш кезеңі;  Мэл – электр генератордағы электр күш кезеңі;  Мү үйкеліс күш кезеңі;   J – ротордың екпін кезеңі;  - уақыт бірлігіндегі айналым жылдамдықтың өзгеруі.

Бу турбинаның күш кезеңін келесі теңдеумен көрсетуге болады:

 

                                     Мт = Мг + Мү + J ,

 

мұнда  Мтбу турбинаның күш кезеңі;  Мг – электр генератордың күш кезеңі.

Егер уақыт бірлігіндегі айналым жылдамдықтың өзгеру мөлшері нольге тең болса  = 0 , турбина күш кезеңі Мт = Мг + Мү  .

Электр генератор мен турбинаның жүктемесін реттеген кезінде келесі теңдеу сақталуы қажет:  Мт = Мг  . Негізінде турбинаның күш кезеңін келесі теңдеумен көрсетуге болады

 

                                  Мт =   ,

 

мұнда Nт – бу турбинаның қуаты; n – турбина роторының айналым жылдамдығы.

Бу турбинанаң негізгі белгілі қуаты болғаннан бу турбинаның күш кезеңіне келесіні жазуға болады

 

                                   Мт  ≈  f(n) .

 

Сонымен турбина жүктемесін реттеу кезінде турбина мен электр генератордың күш кезеңдері тең болуымен Мт = Мг  қатар, ротордың айналым жылдамдығын тұрақты ұстау қажет, n = const.

Мысалы электр генератордың жүктемесі жоғарлаған кезде генератордың күш кезеңі өседі ал бу турбинасының күш кезеңі сол күйінде қалады, сондықтан ротордың айналым жылдамдығы төмендейді. Айналым жылдамдықты қалпына келтіру үшін турбинаға бу шығысын жоғарлату қажет. Бу шығысы жоғарлап бір кезде турбина мен генератордың күш кезеңдері теңеседі де ротор айналым жылдамдығы қалпына келеді.

 

9.2.1 Бу турбиналардың механикалық байланысты реттеу жүйелері

 

Бу турбиналардың түрі ортадан тепкіш механикалық байланысты реттеу жүйелерінің сүлбелері 9.1 суретте көрсетілген.

 

     

 

                а)                                                                 б)

 

а – тікелей реттеу сүлбесі; б – күшейткіш сервомоторлы реттеу сүлбесі.

9.1 Сурет - Бу турбиналардың түрі ортадан тепкіш механикалық байланысты реттеу жүйелерінің сүлбелері

 

9.1,а суретте көрсетілген тікелей реттеу сүлбесінде тік вал 2 турбина роторынан айналымын дестелер арқылы алады. Тік валдың жоғарғы жағында шарнирлар арқылы шар тәрізді 1 жүктер орналасқан. Жүктер шыбықтармен муфтаға 3 қосылған. Муфта иінтірекпен (рычагпен) 4 реттегіш клапан 5 қадасымен (штокпен) 6 байланысқан. Турбина жүктемесі төмендеген кезде тік вал 2 тез айнала бастайды, ал жүктер 1 көтеріліп артынан муфтаны 3 тартады, ал клапан жабыла бастайды. Егер турбина жүктемесі жоғарлаған кезде тік вал 2 жәй айналады да жүктер 1 төмен жаққа түседі де артынан муфтаны 3 төмен жылжытады, ал клапан ашыла бастайды. Сонымен турбинаның әр бір жүктемесіне клапанның өзінің орны болады. Тікелей реттеу сүлбесіндеге реттегіштің клапан көтеретін күші төмен болғаннан қазіргі кезде қолданбайды.

9.1,б суретте көрсетілген күшейткіш сервомоторлы реттеу сүлбесінде күшейткіш сервомотор маймен жұмыс атқарады. Турбина жүктемесі өзгерген кезде ортадан тепкіш реттегіштің 1 муфтасы қозғалып золотник поршенін 6 қозғалтады да қысымы бар май сервомотор  поршенін 7 қозғалтады сонымен қозғалу реттегіш клапанға беріледі. Сонымен май күші поршенге және реттегіш клапан қадасына беріліп клапанды ашып жауып тұрады.

 

9.3 Бу турбиналарының гидродинамикалық реттеу жүйелері

 

Гидродинамикалық реттеу жүйелерінде иінтректер арқылы байланыстар болмайды. Байланыстар сұйық зат (май) қысымы арқылы орындалады. Гидродинамикалық реттеу жүйесінің сұлбасы 9.2 суретте көрсетілген.

 

         

 

1-золотник; 2-реттегіш; 3-шестеренка; 4-май сорғысы; 5-май жинағыш бак;       6-тазалағыш сетка; 7-май шығысын орнатқыш клапан; 8-сақтандырғыш клапан; 9-дроссель; 10-поршень; 11-пружина; 12-букса; 13-трубка; 14-бу шығысын реттегіш клапан.

9.2 Сурет - Гидродинамикалық реттеу жүйесі

 

Гидродинамикалық реттеу жүйесінде май жинағыш бактан сорғы арқылы май реттеу жүйесіне қысыммен жіберіледі.

Қысымы жоғары май реттегіш клапанның поршенін көтеріп, бу шығысын реттегіш клапанын ашады. Май сорғыдан соң дроссель арқылы подшипниктерге де жіберіледі. Егер май қысымы жоғарласа сақтандырғыш клапаны іске қосылады. Турбина роторының айналым жылдамдығының өзгеруі реттегіш арқылы золотникке әсер етеді.

 

Егер ротор айналым жылдамдығы өзгерсе, золотник жоғары әлде төмен жүріп май шығысын өзгертеді. Май шығысы реттегіш клапанның поршень тұрысына әсер етіп, бу шығысын өзгертеді. Турбина жүктемесі өскен кезде ротор айналым жылдамдығы азаяды, золотник жоғары көтеріледі. Трубкаларға кететін май шығысы төмендеп, бу реттегіштің поршенін көтереді. Турбинаға баратын бу шығысы өсіп жүктемеге сай болады. Турбина роторының айналым жылдамдығы орнына келеді. Гидродинамикалық реттеу жүйелерінде иінтірек арқылы байланыстар болмағанынан реттеудің сапасы өседі, сезгіштіксіз дәрежесінің мөлшері азаяды. Бұл жүйесі дұрыс жұмыс істеуі үшін, жылдамдық реттегіштер де гидравликалық болуы қажет. Сондықтан реттегіштер мембрана-ленталы болады. Турбина май сорғысы турбина роторына орнатылады, сондықтан май қысымы ротор жылдамдығына байланысты өзгереді. Осы арқылы бу шығысын реттегіш жүйесіне сигнал барады.

 

9.4 Бу турбинаның қорғау жүйелері

 

Турбина жұмыс тәртібін реттеу жүйесі қолдап отырады. Қазіргі зор қаутты турбиналардың реттеу жүйесінің жылдамдығы өте жоғары болуы қажет. Турбина реттеу жүйесі сенімді жұмыс атқарғанмен, әр түрлі қалыпсыз жұмыс тәртібі, қауіпті жұмыс жағдайлар болуы мүмкін. Кейбірде бұл қалыпсыз және қауіпті жағдайларда реттеу жүйе өзінің жұмысын атқармай қалуы мүмкін. Мысалы, турбина генераторын электр жүйесінен ажыратқан кезде, турбина роторының айналым жылдамдығы тұрақты мөлшерінен 10-12% өсіп кетеді. Ротор металы мұндай жылдамдыққа шыдмайды, бұл ротор істен шығуына себеп болады. Сондықтан, турбинаны әр түрлі апат жағдайлардан және сынудан сақтандыру үшін қорғау жүйесі болуы қажет.

 

9.4.1 Турбина реттеу жүйесінің өтпелі құбылыстары

 

Турбина реттеу жүйесін сенімділікке тексеру үшін реттеу жүйесінде жасанды жүктеме көтерілген дабыл (сигнал) беру қажет, сонда ротордың айналым жылдамдығы төмендейді. Бұл дабылдан соң реттеу жүйесі іске кіріседі, ал реттеу жүйесіндегі құбылыс өтпелі деп аталады. Өтпелі құбылыс біткен соң, ротордың айналым жылдамдылығы тұрақты мөлшеріне жетеді.

Әр бір турбиналардың реттеу жүйесінде, сапасына қарай, өтпелі құбылыстар өзгеше өтеді. Өтпелі құбылыстар түрлері 9.3 суретте көрсетілген

а) жүйе жәй t1 уақытта (апериодикалық заңмен) бұрынғы орынына келеді;

б) жүйе бұрынғы орынына өшпелі тербеліс заң бойынша келеді;

в) жүйеде өшпейтін тербеліс орнатылады (амплитудасы тұрақты);

г) жүйеде амплитудасы өсеберетін, өшпейтін тербеліс орнатылады;

д) жүйеде апериодикалық заңмен өсетін құбылыс пайда болады.

 

       

 

а-апериодикалық құбылыс; б-өшпелі тербеліс құбылыс; в-амплитудасы тұрақты өшпелі тербеліс құбылысы; г-өшпейтін тербеліс құбылыс;                          д-апериодикалық  құбылыс.

9.3 Сурет - Реттеу жүйесінде мүмкін болатын өтпелі құбылыстар

 

Егер, турбина реттеу жүйесі, бір қалыпты жұмыс тәртібінен екінші қалыпты жұмыс тәртібіне өтуін қамтамасыз ететін болса, бұл орнықты (тұрақты) реттеу жүйе болып саналады.

9.3 суреттегі реттеу жүйелерінің құбылыстары арқылы келесі қортынды шығаруға болады: а, б - орнықты, ал  в, г, д - орнықсыз жүйелер.

Орнықсыз жүйелердің орнықтылығын жоғарлату қажет. Бұл кері байланыс енгізу, реттеудің бірқалыпсыздығын жоғарлату және сезгіштіксіздігін төмендету арқылы орындалады.

Осыдан келесі қорытынды шығаруға болады: турбинада реттеу жүйесімен бірге қорғау жүйесі болуы қажет.

 

9.5 Бу турбина қорғау жүйелерінің түрлері

 

Бу турбина қорғау жүйелерінің келесі түрлері болады:

- турбина роторының айналым жылдамдығының өсуінен қорғау;

- турбина роторының ось бойымен қозғалуынан қорғау;

- майлау жүйесіндегі қысымның төмендеуінен қорғау;

- вакуум нашарлауынан қорғау;

- бу алу қубырларынан турбинаға будың қайтып кіруінен қорғау;

- турбина бу шығу патрубоктағы қысымы өсуінен қорғау.

 

9.5.1 Турбинаны ротордың айналым жылдамдығының өсуінен қорғау

 

Турбинаны ротордың айналым жылдамдығының өсуінен қорғау жүйесіне кіретін: қауіпсіздік автомат; қауіпсіздік автоматтың ажыратқышы; бу жапқыш клапан және сервомотор. Қауіпсіздік автоматтың екі түрі болады: а-сырықты және б-сақиналы. Қауіпсіздік автоматтардың құрылысы 9.4 суретте көрсетілген.

 

а-сырықты және б-сақиналы.

9.4 Сурет - Қауіпсіздік автоматтар түрлері 

 

Қауіпсіздік автоматтардың жұмысы ортадан тепкіш күшке байланысты. Ротордың айналым жылдамдығы өскен кезде, қауіпсіздік автоматтың сырығы әлде сақинасы ортадан тепкіш күш әсерімен орнынан шығып ажыратқышты іске қосады.

Қауіпсіздік автоматтың жұмыс сұлбасы 9.5 суретте көрсетілген. Бу турбинаның айналым жылдамдығы өскен кезде сырық 1 келдектер 2 мен 3 арқылы сервомоторға әсер етеді де жапқыш клапанды 7 жабады. Бу турбинаға бу шығысы жабылады да турбина тоқтатылады.

 

  

 

1-сырық; 2, 3-келдектер (рычагтар); 4-пружина; 5-ажыратқыш; 6-май кірісі;       7-жапқыш клапан; 8-сервомотор поршені; 9-сервомотор пружинасы; 10-гайка; 11-турбина валы; 12-қауіпсіздік автоматтың пружинасы; 13-втулка.

9.5 Сурет - Қауіпсіздік автоматтың жұмыс сұлбасы

 

9.5.2 Турбина роторының білік (ось) бойымен қозғалуынан қорғау жүйесі

 

Турбина подшипнигінің тірегіш қалыптары істен шыққанда ротор ось бойымен қозғалуы мүмкін. Бұл өте қауіпті жағдай, сондықтан апаттық ажыратқыш іскі қосылуы қажет. Турбина роторының білік бойымен қозғалуынан қорғау жүйесінің сұлбасы 9.6,а суретінде көрсетілген. Турбина роторы қозғалған кезде табақша мен темір шеттерінің ара қашықтығы а мен б  өзгереді. Осыған байланысты электртоқ шығаратын катушкаларында электртоқ пайда болып реле (РОС) және реттегіш жүйе (САР) арқылы ажыратқышқа дабыл береді. Ажыратқыш турбинаның бу жапқыш клапанын жапқызып, турбинаға бу берісі тоқтатылады. Бұл жуйеде ротордың статор бойымен орналасу орыны 5 өлшегіш аспап арқылы көрсетіліп тұрады. Ротор қозғала бастағанда басқару щитқа (БЩУ) сигнал барады. Қорғау жүйенің жұмыс істеуін тексеруге болады. Пайдаланған кезде жүйе жұмысы сенімді болады. Турбина роторының білік бойымен қозғалуынан қорғау жүйесінің апаттық ажыратқыштың индукциялы сезгіші (датчигі) болады. Индукциялық сезгіш құрылысы 9.6,б суретте көрсетілген.

 

Индукциялық сезгіштің элекрмагнит темірінде екі катушка орналасады 8 электр ток қосылатан және 9 электртоқ шығаратын. Ротор табақшасы 1 мен сезгіштің темір шетінің 7 ара қашықтығы өзгерген кезде электр ток шығаратын катушкада электр ток пайда болады да қорғау жүйеге дабыл жіберіледі.

      

 

                          а)                                                                    б)

 

1-ротордағы табақша (диск); 2-индукциялық сезгіш; 3-трансформатор; 4-электртүзеткіш; 5-өлшегіш аспап; 6-электромагнит темірі; 7-темір шеттері; 8-электр ток қосылатын катушка; 9-электр ток шығаратын қатушкалар.

 9.6 Сурет - Турбина роторының білік бойымен қозғалуының қорғау жүйесінің сұлбасы (а) мен индукциялық сезгішінің (б) құрылысы.  

 

9.2.3 Майлау жүйесіндегі қысымның төмендеуінен қорғау жүйесі

 

Майлау жүйесіндегі май қысымы 0,295 МПа аспайды. Майлау жүйесіндегі қысым май сорғысы істен шыққанда төмендеуі мүмкін. Сондықтан қысым төмендегенде (0,12 МПа) қосалқы (резерв) май сорғысы іске қосылады.

 

Егер қысым 0,09 МПа төмендесе апаттық май сорғысы іске қосылады, ал егер 0,03 - 0,04 МПа түссе, ажыратқыш іске қосылып турбина тоқтатылады да вал айналдырғыш (ВПУ) іске қосылады, қорғау жүйесінің сүлбесі 9.7-суретте.

 

9.7 Сурет - Майлау жүйесіндегі қысымның төмендеуінен қорғау жүйесінің сүлбесі.

 

9.2.4 Вакуум нашарлауынан (төмендеуінен) қорғау жүйесі

 

Вакуум нашарлаған (төмендеген) кезде турбинаның бу шығатын жағы қызады. Температура 70 оС аспау, ал вакуум 650 сн.мм аспау қажет. Бұдан асса турбина роторы ұзарады, статор қисайып ротор статорға қажалады. Бұл апатқа әкеледі. Сондықтан ажыратқыш іске қосылады. Вакуум нашарлауынан (төмендеуінен) қорғау жүйесінің сүлбесі 9.8-суретте көрсетілген.

 

9.2.5 Бу алу қубырларынан турбинаға будың қайтып кіруінен қорғау жүйесі

 

Турбина тоқтатылған кезде оның ішкі қысымы төмендейді, сондықтан бу алу құбырларындағы қысым арқылы бу турбинаға қайтып кіруі мүмкін, бұл турбинаға қауіпті. Сондықтан турбина мен бу алу құбырлар арасына кері жапқыш клапан орнатылады. Бұл клапандар турбинадан буды шығарады ал кері жібермейді, жабылып қалады.

 

 

 

9.8 Сурет - Вакуум нашарлауынан (төмендеуінен) қорғау жүйесінің сүлбесі

 

 

9.2.6 Турбина бу шығу патрубоктағы қысымы өсуінен қорғау жүйесі

 

Турбина бу шығу патрубоктағы қысымы өсуі статор мен ротор арасындағы қажалыс пайда болуына әкеледі. Қысым жоғарлағанда қауіпсіздік клапаны ашылып, қысым ауаға жіберіледі. Турбина ажыратқыш арқылы тоқтатылады.

Сонымен келесі қорытынды шығаруға болады:

-         турбинада реттеу жүйесімен бірге қорғау жүйелері болуы қажет;

-         әр бір қорғау жүйелері бір бірімен байланысып жұмыс істеуі қажет;

-         қорғау жүйелері апаттан сақтанудың ең ақтық әрекеті, сондықтан сенімділігі жоғары болуы қажет.

  

 10  Бу турбинасын маймен қамтамасыз ету жүйесі

 

10.1  Бу турбинасын маймен қамтамасыз ету жүйесінің сұлбасы

 

Бу турбинасын маймен қамтамасыз ету жүйесінің жұмысы өте сенімді болуы қажет. Егер турбина подшипниктеріне май бармай қалса апаттық жағдай туады. Маймен қамтамасыз ету жүйесінен май майлау жүйесіне, автоматтандырылған реттеу жүйесіне жіберіледі, сонымен бірге май генератордың тығыздағыш жүйесінде және қоректендіру су сооғысының гидромуфтасында қолданады. Майлау жүйесінде май қысымы 0,295 МПа (3 кгс/см2) аспайды, генератордың тығыздағыш жүйесінде 0,392 МПа (4 кгс/см2) болады. Турбинаның автоматтандырылған реттеу жүйесіне май 0,49 – 0,98 МПа (0,5-1,0 кгс/см2) қысымымен жіберіледі.

Қазіргі кезде өрттен қауіпсізденіп турбинаның автоматтандырылған реттеу жүйесінде отқа төзімді сұйық (ОМТИ) қолданады. Май тұтану температурасы 370-380 оС, ал ОМТИ-дің  720 оС. Сонымен майлау жүйесі мен реттеу жүйесі бөлек болады. Реттеу жүйесінде ОМТИ негізінде ЛМЗ қолданады, ал ХТГЗ өз турбиналарында су (конденсат) қолданады (К-300-240, К-500-240), ТМЗ да Т-250-240 турбинасында су (конденсат) қолданады.

Егер турбина реттеу жүйесінде май қолданылса, реттеу және майлау жүйелерінің маймен қамтамасыз ету сұлбасы бірге орындалады, 10.1-сурет.

 

1-көлемді (тісті әлде винтты) май сорғысы; 2-редуктор; 3-май жинағыш бак;         4-реттеу жүйесі; 5-қысым редукторы; 6 мен 7- қысым жоғарлаудан сақтандырғыш клапандар; 8-май салқындатқыш; 9-турбинаны қосып тоқтатуға арналған май сорғысы; 10-кері клапан; 11-апаттық жағдайда жұмыс істейтін май сорғысы; 12-электрқозғалтқыш (электрдвигатель) тұрақты токпен жұмыс істейді; 13-майлау жүйесіне (подшипниктерге) және генератордың тығыздағыш жүйесіне май берілуі.

10.1 Сурет - Сорғысы көлемді турбинаны маймен қамтамасыз ету жүйесі

  

Көлемді май сорғысы (1) редуктор (2) арқылы турбина валымен қосылады. Насос майды май сақтайтын бактен (3) алады, қысымын жоғарлатып реттеу жүйесіне (4) жібереді. Май қысымы редуктор (5) арқылы реттеледі. Май подшипниктерге реттеу жүйесінен соң жіберіледі. 6 және 7 сақтандырғыш клапандар майлау жүйесіндегі қысымды реттейді.

Подшипниктерге баратын май, май салқындатқыштан (8) өтеді, май температурасы 45-50 оС араларында болуы қажет.

Май салқындатқышта зақым пайда болған кезде, майға су қосылмау үшін, май қысымы су қысымынан жоғары болады. Жұмыс атқарған май, май жинағыш бакқа төгіледі. Турбинаны іске қосып тоқтатқан кезде жұмыс атқаратын май сорғысы (9) және апаттық жағдайларда іске қосылатын май сорғысы (11) болады.

Көлемді май сорғысының (1) жақсы ерекшелігі ол кірісінде ауа болсада жұмыс атқара алады, ал кемшілігі редуктор (2) тез істен шығуы мумкі.

Ортадан тепкіш насосты турбинаны маймен қамтамасыз ету жүйесінде, 10.2-сурет, бас сорғы (1) турбина валына тіке қосылады.

Ортадан тепкіш сорғының қысымы турбина валының айналым жылдамдығымен байланысты. Бұл маймен қамтамасыз ету жүйесін іске қосу алдында бас сорғы кірісінде ауа болмағаны дұрыс, ауаны кетіру үшін сорғы кірісінде май қысымы болуы қажет, сондықтан инжектор (2) орнатылады.

  

 

1-бас май сорғысы (ортадан тепкіш түрді); 2-инжектор 1-ші саты; 3-май жинағыш бак; 4-реттеу жүйесі; 5-инжектор 2-ші саты; 6, 7 мен 10-кері клапандар; 8-май салқындатқыш; 9-турбинаны қосып тоқтатуға арналған май сорғысы; 10-кері клапан; 11-апаттық жағдайда жұмыс істейтін май сорғысы; 12-электрқозғалтқыш тұрақты токпен жұмыс істейді; 13-майлау жүйесіне (подшипниктерге) май берілуі.

10.2 Сурет – Сорғысы ортадан тепкіш турбинаны маймен қамтамасыз ету жүйесі

 

11  Бу турбиналы қондырғыларды күту мен пайдалану

 

11.1 Негізгі қағидалар

 

Бу турбиналы қондырғылар құрылысы өте күрделі болғандықтан, оларды күтуіне және пайдалануына өте көп көңіл бөлу қажет.

Бу турбиналы қондырғыларды пайдаланған кезде белгілі болған бұзылулар мен зақымдар тез жөнделуі қажет. Кейбір бүлінулер қондырғылардың басқа бөлшектерін бүлдіруі әлде апат жағдай туғызуы мумкін және өндірілген энергия сапасына әсер етеді. Сондықтан бу турбиналы қондырғылар жұмысын дұрыс қадағалау қажет.

Егер келесі талаптар орындалса бу турбиналы қондырғылар дұрыс, өнімді және тиімді жұмыс істеп пайдаланады деп санауға болады,:

- қондырғылар жұмысы пайдаланған кезде жұмысшыларға қауіпті болмаса;

- қондырғылар сенімді, бүлінусіз, сынбай жұмыс атқарса;

- жоғары тиімділікпен жене төмен меншікті отын шығынымен жұмыс істесе.

Бу турбиналы қондырғылар тұтынушыларды үзіліссіз қамтамасыз етуі қажет, ал сонымен бірге энергия сапасы жоғары болғаны дұрыс.

Электрэнергия тұрақты жиілігімен (50 Гц), кернеуімен (220, 380 В) болуы қажет. Ал бу мен су көрсеткіштері (қысымы, температурасы) өзгерсе, онда өндірісте техногиялық құбылыстар өзгеріп өндіріске зиян келтіруі мумкін. Су температурасы өзгерсе тұтынушылардың  жылу қондырғылары дұрыс жұмыс атқармауы мумкін.

Бу турбиналы қондырғыларды күтіп пайдаланатын қызметшілер, пайдалану ережелерін жақсы білуі қажет.

Бу турбиналы қондырғыларды күту және пайдалану ережелері барлық ережелердегі нұсқауларды  ескеру қажет:

- бу қондырғыны жасап шығарған зауыт ережесін;

- жылу электрстансаларының қондырғыларын пайдалану ережесін;

- техникалық қауіпсіздік ережесін.

Бу турбиналы қондырғыларды күту және пайдалану ережелеріне келесі бөлімдер кіруі қажет:

- бу турбинаның техникалық сипаттамасы;

- бу турбинаны жұмысқа қосу дайындық;

- бу турбинаны жұмысқа қосу;

- бу турбинаны пайдалануға болмайтын жағдайлар;

- бу турбинаны жүктемеге қосу;

- бу турбинаны жұмыс кезінде күту;

- бу турбинаның апатты жағдайлары, жұмыстан шұғыл айыру;

- бу турбинаны әдеттегілі (қалыпты) жұмыстан айырып тоқтату;

- негізгі қауіпсіздік және өрттен сақтану шаралар;

- қондырғыларды күтіп пайдаланатын қызметкерлерінің міндеттері мен құқықтары.

Бу турбиналы қондырғыларды күту және пайдалану ережелерінде келесі жағдайлар көрсетілуі керек:

- турбина тоқтап тұрған уақытына байланысты оның жұмысқа және жүктемеге қосу тәртібі;

- реттегіш қалақшалардағы бу қысымы мен температурасы;

- реттелетін бу алымындағы қысым мен температурасы;

- турбинада жұмыс істеп шыққан будың қысымы (вакуум).

Бу турбиналы қондырғыларды күту және пайдалану ережесіне оны құрастырушы мен цех бастығы қол қойып, электрстанцияның бас инженерімен бекітілуі қажет.

Бу турбиналы қондырғыларды күту және пайдалану ережесін турбина машинисты, оның көмекшісі, смена бастығы мен станцияның кезекші инженеры білуі қажет. Бұл ереже тұрақты болсада, керек кезінде қайта қарастырылып, жылу схемасының өзгерістері анықталып, жаңа  өзгерістер кірістірілуі мумкін.

Бу турбиналы қондырғылардың түрлері көп болғаннан барлығына келетін ереже құрастыру қиын, сондықтан әр бір станцияда өздерінің жергілікті ережесі болады.

Сондықтан, біз осы пәнді оқып өткен кезде негізгі теориялық және практикалық сұрақтарды қараймыз.

 

11.2 Қайраттық құраманың (энергоблоктың) басқару сүлбесі

 

11.2.1 Орнықты жұмыс тәртібі (базовый режим)

 

Орнықты жұмыс тәртібі кезінде, бу генератордың (бу қазанның) жылу жүктемесі тұрақты болады. Құраманың ішкі өзгерістері отын және су шығысы арқылы реттеледі, ал сыртқы өзгерістер – қысым реттегіш 2 арқылы, «өзіне дейін» реттеледі. Бұл реттеу синхронизатор 4 арқылы реттегіш клапанын 1 ашып жабумен атқарылады (11.1,а-суретті қара). «Озіне дейін» реттегіш, бу генераторды қысым төмендеуінен қорғайды, ал құраманың жүктеме реттеуін қамтамасыздандырмайды.

 

11.2.2 Реттеу жұмыс тәртібі

 

Турбогенератор электр жүйеде қуат реттеуге (тоқ жиілігін реттеуге) пайдаланса, оның жүктемесі өзгеріп тұрады, ол реттеу тәртібінде жұмыс атқарады деген сөз. Егер турбогенератордың жүктемесі тез өсе бастаса, бу генератор өнімділігі жеткіліксіз болады. Сондықтан, реттегіш клапандардың қосымша ашылуын ұйымдастыру қажет, бұған байланысты қысым төмендеп, бу генератор қосымша бу өндіреді. Бұдан басқа тәсіл - төмен қысымды жылытқыштарға бу беруін ажырату.

 

 

а - орнықты жұмыс тәртібі, б және в – реттеу жұмыс тәртібі; 1 – турбинаның реттеу клапаны; 2 – қысым реттегіш; 3 –жүктеме реттегіш; 4 - турбина синхронизаторы; 5 – бу генератордың жылу жүктемесін реттегіш; 6 – клапан орналасу орынын көрсеткіші; 7 - дифференциатор; ЦВД, ЦСД и ЦНД - жоғары, орташа және төмен қысымды цилиндрлар.

11.1 Сурет - Қайраттық құраманың қуатын реттеу (басқару) сүлбесі

 

Егер турбогенератордың жүктемесі төмендесе, бу шығысы артық болып оның қысымы жоғарлап, турбина жұмысына қауіптік туғызады, бұл кезде артық буды БРОУ арқылы конденсаторға жіберуге болады. Сондықтан, реттеу жүйесінің жұмысы өте сенімді болуы қажет, егер жүктеме өзгерсе, реттегіш клапан бу шығысын тез өзгертуі қажет. 11.1-суретте қайраттық құраманың реттеу жұмыс тәртібінің  екі түрі көрсетілген:

1) Реттегіш клапан арқылы турбина қуатын реттеуіне келетін негізгі сигнал (дабыл) – тапсырма бойынша қуат N3 (11.1,б-суретті қара). Бу генератордың жылу жүктемесін реттейтін, қоректі су шығысын Dп.в өзгертетін реттегішке, қысым Рп.п  және дифференциаторлардан шығатын  екі сигнал hкл , Dп.в келеді (мұнда hкл – реттегіш клапанының орналасуы; Dп.в – қоректендіру су шығысы, реттеу жүйесінің жұмыс сапасын көтереді).

2) Турбина қуатын реттеуіне келетін негізгі сигнал (дабыл) – тапсырма бойынша қуат N3  пен деректі қуат Nф айырмашылығы (11.1,в-суретті қара. Бұл сигна екі қысым айырмашылығымен (Рр - Рпр) сипатталады. Электрлік жүктеме өзгерген кезде N3 – Nф сигнал пайда болады, турбинаның қуат реттегіші іске кірісіп осы айырмашылығын кетіруге тырысады, реттегіш клапандар арқылы, куат айырмашылығы нольге теңестіріледі, N3 – Nф = 0. Бұл реттеу жүйе электр-гидравликалық реттеу жүйе деп аталады.

 

11.2.3 Электр жүйесінің қуаты мен ток жиілігін, бір неше қайраттық құрамалар арқылы реттеу сүлбесі

 

Электр жүйесіндегі жүктеменің өзгеруі ток жиілігіне әсер етіп өзгертеді, сондықтар бу турбиналардың жылдамдық реттегіштері реттеу клапандарының орналасуын өзгертіп турбина қуатын реттеп отырады. Турбогенераторлар арасында, қуат бөлісуі олардың статикалық сипаттамасына байланысты, 11.2-сурет. Пайдалану ереже бойынша реттеудің бірқалыпсыздығы  δ:

 

                         δ = [(nmax – nmin)·100%]/n .

 

Норма бойынша реттеудің бірқалыпсыздығы  1,5 - 3% аралығында болуы қажет.

                                

 

11.2 Сурет - Қуат (айналым жылдамдық) реттегіштің статикалық сипаттамасы

 

Статикалық сипаттамасына байланысты (жатық әлде тіп-тік), 11.2-сурет, айналым жылдамдығы өзгеруіне ∆n байланысты қуаттары өзгеше өзгереді (∆Nг1 < ∆Nг2). Қазіргі кезде, электр жүйесінің қуаты мен ток жиілігін реттеген кезде, турбогенераторлардың тиімділігін ескереді. Біріншіден жүктемеге қосылатын тиімділігі ең жоғары, ал содан соң тиімділігі орташа турбогенераторлар іске қосылады. Блокты жылу электр стансаның реттеу жүйенің сүлбесі 11.3-суретте көрсетілген. Турбогенераторлардың тиімділігі «мәліметтер кірісі» арқылы беріледі. Жүйе реттегішінің (2) кірісіне өлшегіш құрылғыдан (1) ток жиілігінің өзгеруі жөніндегі мәліметтер беріледі, ал реттегіштің шығысынан мәліметтер бу генератор мен турбинаның жекеленген жүктеме бөлгіш құрылғыларына (4 пен 3)  жіберіледі. Бу турбинаның жекеленген жүктеме бөлгіш құрылғысына қосымша қуат мөлшері Nтг жөнінде мәлімет беріледі (5), ал бу генератордың жекеленген жүктеме бөлгіш құрылғысына қосымша бу қысымы мөлшері Рп.п жөнінде мәлімет беріледі. Құрылғы 3 синхронизатор 7 және реттегіш клапан 8 арқылы турбинаға берілетін бу мөлшерін реттейді, ал құрылғы 4 парогенератордың жылу жүктемесінің реттегіші  6 арқылы қорек су реттегішіне (РПК) 9 әсер етеді.

Керекті қуат Nтг және қысым Рп.п мөлшеріне жеткен соң жекеленген жүктеме бөлгіш құрылғыларының (4 пен 3) жұмысы тоқтайды.Жүйе реттегішінің кірісіне тапсырма ретінде әрбір энергоблоктардың жүктемеге байланысты отын шығысының өсуін және жүктемені шектеу сигналдардар беріледі. Энергоблоктардың бірге жұмыс атқарған кезіндегі тиімді жұмыс тәртіп әрбір энергоблоктардың жүктемеге байланысты отын шығысының өсуі тең болған кезде орнатылады.

Бірге жұмыс атқаратын энергоблоктардың арасында жүктемені тиімді бөлу мен  қатар электр стансаның қуаты және ток жиілігі реттеледі.

 

 

 

11.3 Сурет - Блокты жылу электр стансаның реттеу жүйесі 

 

Блокты жылу электр стансаларының реттеу жүйесін зауттарда сериямен шығарылатын реттегіш техника құрылғылар арқылы құрастыруға болады. Қазіргі кезде микропроцессорлы реттегіш құрылғылар іске қосылды. Бір реттегіш құрылғы жүз тіпті жүзден артық көрсеткіштерді реттеуге арналған.

 

12  Газ турбиналы қондырғылар

 

12.1 Газ турбиналы жылу тәсілдеме қондырғылары

 

Газ турбиналы қондырғының (ГТҚ) жұмысы Карно циклымен өтеді. Отын сорғымен, ал ауа компрессормен жану камерасына жіберіледі. Жану камерасынан шыққан жоғары қысымды және жоғары температуралы жану өнімдері газ турбинасында жұмыс атқарып, газ турбина роторын айналдырады сонымен электр генератор электр энергия өндіреді. Газ турбиналы қондырғылардың ең қарапайым сұлбасы 12.1-суретте көрсетілген.

 

 

К-ауа компрессоры; ГТ-газ турбинасы; Г-электр генераторы; ПУ-оталдырғыш қондырғы (қозғалтқыш); Ф-ауа тазартқыш фильтр; КС-жану камерасы.

 

12.1 Сурет - Газ турбиналы қондырғылардың (ГТҚ) ең қарапайым сұлбасы.

 

Газ турбиналы қондырғылардың бір неше түрлері болады – қарапайым, регенерациямен және екі валды, 12.2-сурет.

Қарапайым газ турбиналы қондырғыларларда жұмыс атқарған бірақ температурасы жоғары газдар газ турбинадан соң қоршаған ортаға тасталады. Сондықтан қарапайым газ турбиналы қондырғыларлардың тиімділігі төмен болады. Газ турбиналы қондырғыларлардың тиімділігін жоғарлату үшін регенерациясы бар әлде екі валды циклдар қолданылады. Регенерациясы бар циклда турбинадан шыққан газдар ауа жылытқыштан өтіп жану құбылысқа берілетін ауаны жылытады, сонымен газ турбиналы қондырғының тиімділігі өседі. Екі валды газ турбиналы қондырғыларда бір газ турбинадан шыққан газ екінші жану камерада қайтадан  қыздырылып екінші газ турбинаға жіберіледі.

 

Регенерациясы бар және екі валды газ турбиналы қондырғылардың тиімділігі қарапайым газ турбиналы қондырғыларға қарағанда жоғары болады.

 

 

 

а – қарапайым; б – регенерациямен; в – екі валды және екі жану камералы.

12.2 Сурет - Әр түрлі ГТҚ сұлбалары

 

 

                 

 

АЖ-ауа жылытқыш; ГТ-газ турбинасы; Р-регенератор; АК-ауа компрессоры; ЭГ-электр генераторы; ОҚ-оталдырғыш қондырғы.

12.3 Сурет - Жабық циклды ГТҚ сұлбасы

 

Газ турбиналы қондырғылар жағатын отын түрі өте сапалы болуы қажет, сондықтан газ әлде сұйық отын қолданылады. Қатты отын жағу үшін газ турбиналы қондырғыларды жабық циклды етіп жасауға болады. Бұл кезде жұмыс дене отыннан тек жылу алады, жану өнімдері (газ, күл) бөлек аластанады. Жұмыс атқарған дене қайта ошақтан жылу алып өтеді, сонымен цикл қайталанып отырады.

Қазіргі кезде бугаз турбиналы қондырғылар іске қосылды. Бұл кондырғыларда жоғары газқысымды бу генератор газ турбиналы циклына газ тәрізді жұмыс дене, ал онымен бірге бу турбиналы циклына бу тәрізді жұмыс дене өндіреді, 12.4-сурет.

 

 

1 – ауа кірісі; 2 - компрессор; 3 – отын кірісі; 4 – жоғары газқысымды бу генератор (қазан); 5 – газ турбинасы;  6 - регенератор; 7 – газ жолы; 8 – бу жолы; 9 - бу турбинасы; 10 – конденсатор; 11 – қоректендіру насос; 12 - регенера­тивті жылытқыш; 13 – электргенератор.

12.4 Сурет - Бугаз турбиналы қондырғының сұлбасы 

 

Бугаз турбиналы қондырғының тағы бір түрі - бұл газ турбинадан шыққан түтін-газдың бу қазанның ошағына жіберіліп, жылуы бу турбинада пайдаға асуы, 12.5-сурет. Бу қазанға газ аластайтын бугаз турбиналы қондырғының (12.5-суретті қара) ерекшілігі - бу қазанда қатты отын түрін қолдануға болатыны.

 

 

           

 

1-ауа кірісі; 2-компрессор; 3-отын кірісі; 4-бу қазан; 5-газ турбинасы;  6-регенератор; 7-газ жолы; 8-бу жолы; 9-бу турбинасы; 10-конденсатор;  11-қоректендіру сорғысы; 12-регенеративті жылытқыш; 13-электр генератор; 14,15-су жылытқыштар (экономайзерлер);  16-жану камерасы.

12.5 Сурет - Бу қазанға газ аластайтын бугаз турбиналы қондырғының сұлбасы

 

12.2 Газ турбиналардың түрлері және құрылысының ерекшіліктері

 

Газ турбиналардың жұмыс қағидасы бу турбиналармен бірдей. Газ турбиналар активті және реактивті сатылардан тұрады, ал активті сатылар жылдамдықты әлде қысымды қалақшалардан жиналуы мүмкін.

Активті турбиналардың сатылары реактивтік дәрежесі 5-15 % аралығында болады. Көп сатылы активті турбиналардың тек бірінші сатысы таза активті болады, ал қалғандарының реактивтік дәрежесі біраз мөлшерлі болады және саты санымен өседі.

Газ турбиналардың бу турбиналарға қарағанда келесі ерекшелері болады:

1) Газ турбиналар жоғары алғашқы температураларда жұмыс атқарады, сондықтан турбина бөлшектері ыстыққа беріктілігі жоғары болаттан жасалады және қалақшалары мен дисклері әр түрлі тәсілдермен салқындатылады.

2) Газ турбиналар алғашқы газдың төмен қысымымен жұмыс атқарады, ал кеңею құбылыс кезінде газдың меншікті көлемі 5-20 есе өседі, ал бу турбиналарда будың меншікті көлемі жүз еседен жоғары өседі. Сондықтан газ турбиналарда бірінші мен соңғы қалақшалардың биіктігінің айырмашылығы көп болмайды.

3) Газ турбинадағы жылуқұлама мөлшері бу турбинаға қарағанда  3-5 есе төмен болады, сондықтан газ турбинасының саты саны мен ұзындығы төмендейді.

 

Қуаттары бірдей газ турбинада бу турбинаға қарағанда жұмыс дененің көлемдік шығысы жоғары болғаннан қалақшалардың биіктігіде жоғары болады.

4) Газ турбиналарда жоғары ПӘК болу үшін ішкі жағын сонымен бірге қалақшалардың пішінін жоғары сапада жасау қажет. Газ турбиналы қондырғының ПӘК турбинаның ішкі салыстырмалы ПӘК 1% төмендеуіне байланысты  2 - 4 % төмендейді, ал бу турбинада тек 1 % төмендейді.

 

12.3 Газ турбина бөлшектерінің  құрылысы

 

Газ турбинаның қалақшалары, роторы және басқа бөлшектері 900-1200 К аралығындағы температураларды, тоттануға мүмкіндік бар газ арасында жұмыс атқаратын болғаннан, қолданатын металл жоғары температура мен тоттануға төзімді болуы қажет. Газ турбина жұмыс атқарған кезде оның бөлшектерінде механикалық және температуралық кернеу пайда болады. Сондықтан металдың механикалық қасиеттері төмендеп, көп уақыт жұмыс атқаруына кедергі жасалады. Қазіргі кезде газ турбиналардың жоғары температурада жұмыс атқаратын бөлшектерін салқындату айлалары қолданылады. Газ турбинаның саптамалы қалақшаларын турбина корпусына әлде арнайы корпуста орналасатын обоймаға бекітеді. Жұмыс қалақшаларға газ толық көлеммен бару үшін саптамалар қатарлап шеңбер бойымен орналасады. Жоғары температура кезінде саптамалы қалақшалар іш жағынан ауамен салқындатылады, 12.6-сурет. Ауа саптаманың сырт жағынан келіп ішіне кіредіде саптаманың алдыңғы жағынан шығып толық ауамен жабады, сонымен саптамаға ыстық газдардан қорғаныс болады. Әсіресе бірінші сатылардың қалақшалары салқындатуды қажет етеді.

 

 

1-сырт жағынан кіретін ауа; 2-алдыңғы жағындағы тесіктер.

12.6 Сурет - Газ турбинаның саптамасын салқындату сұлбасы

 

Газ турбиналардың пайдалы әсер коэффициентін жоғарлату үшін олардың жұмыс қалақшаларының пішінін астыңғы жағынан бастап ұшына дейін бұралмалы жасайды. Жұмыс қалақшаларды диск денесіне орнатқан кезде саңылаулар қалдырады, саңылаулардан ауа өткізіп қалақшаларды салқындатады, 12.7-сурет.

 

 

12.7 Сурет - Газ турбина роторын саңылаулар арқылы салқындату

 

Газ турбина роторлары дискілі, барабанды және барабанды-дискілі болады, 12.8-сурет.

Газ турбиналарда барабанды және барабанды-дискілі роторларда қолданылады. Барабанды және дискілі барабанды роторлар тұтас құйылған және пісіріп қосылған түрлері болады. Тұтас құйылған роторлардың диаметры шектеледі бір метрден жоғары болмайды. Сондықтан диаметры бір метрден жоғары роторлар пісіріп қосылған түрде жасалады. 12.8,а-суретінде тұтас құйылған барабанды ротор құрылысы көрсетілген. Негізінде газ турбиналарда дискілі роторлар қолданылады. Дискілі роторлардың беріктігі жоғары болады, сондықтан металында кернеуі жоғары және көп сатылы газ турбиналарда қолданылады, сонымен бірге авиацияда қолданылатын турбиналарда. Көп сатылы газ турбиналардың роторлары бөлек дискілерден жиналады, дискілер бір бірімен болттармен әлде шпилькалармен бекітіледі, сондықтан температуралық ұзаруды оңай өтейді. Кейбір газ турбиналарда дискілері бір бірімен пісіріліп қосылады. Негізінде газ турбиналарда дискілері валға отырғызылатын роторлар да қолданылады. Қуаты жоғары газ турбиналардың роторлары ауамен салқындатылады.

 

        

                          а)     

     

                  б)                                                                                          в)

 

          г)

 

12.8 Сурет - Газ турбина роторлардың құрылысы

 

Газ турбиналардың корпусы бу турбиналарға қарағанда жоғары температураларда бірақ төмен қысымда (2,0-3,0 МПа және одан төмен) жұмыс атқарады. Газ турбиналардың корпусын жасаған кезде олардың кедергісі төмен болсын деп құрастырады, әсіресе газдың кірісі мен шығысындағы патрубоктарының кедергісі төмен болғаны дұрыс.

Газ турбиналардың корпусын перлитті болаттардан құйып жасайды. Кейбірде газ турбиналардың корпустарын пісіріп қосып құрастырады. Газ турбинаны жинауға оңай болу үшін оны корпусын астыңғы және үстіңгі бөлшектерден құрастырады. Астыңғы және үстіңгі бөлшектерін болт әлде шпилькалармен қосып құрастырады.

 

                                   Әдебиеттер тізімі 

1. Щегляев А.В. Паровые турбины. – М.: Энергия, 1976.-375 с.

2. Турбины тепловых и атомных электрических станций. /Под ред. Костюка А.Г. и Фролова В.В./ - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с.

3. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - М.: Энергоатомиздат,
1990.-640
с.

4. Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: Учебное пособие для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 488 с.

5. Жирицкий Г.С., Стрункин В.А. Конструкция и расчет на прочность деталей паровых и газовых турбин. М.: Машиностроение, 1968.-520 с.

6. Паровые и газовые турбины. Сборник задач. Под ред. Трояновского
Б.М. и Самойловича Г.С. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 240 с.

7. Мусабеков Р.А. Сығымдағыштар мен бу турбиналары: Оқу құралы. – Алматы: АЭжБИ. 2005.-84 бет.

 

Мазмұны 

Кіріспе                                                                                                                       3

1  Жылу қозғалтқыштар және олардың даму тарихы                                           4

2  Турбинадағы жұмыс дене ағынының теңдеулері және

    турбина қалақшалар торламасындағы энергия өзгеруі                                   16

3  Турбиналардың қалақша торламаларының сипаттамалары                           22

4  Турбина сатысының пайдалы әсер коэффициенттері                                     29

5  Көп сатылы бу турбиналар                                                                                 37

6  Турбина роторлары                                                                                             43

7  Бу турбиналардың конденсатор (шықтағыш) қондырғысы                             47

8  Турбина пайдалану кезіндегі жұмыс тәртібінің өзгеруі                                  52

9  Бу турбиналарының реттеу және қорғау жүйелері                                          56

10 Бу турбинасын маймен қамтамасыз ету жүйесі                                              67

11 Бу турбиналы қондырғыларды күту мен пайдалану                                      69

12 Газ турбиналы қондырғылар                                                                            74

Әдебиеттер тізімі                                                                                                    81