3. Влияние изменения параметров пара и давления в конденсаторе на экономичность работы турбин аэс.
Экономичность турбины и теплового цикла в целом повышается с ростом начальных параметров пара. В паровых турбинах отечественных АЭС начальные параметры пара относительно невысоки (4,2...8 МПа; 27О...285°С). Это обусловлено особенностями конструкции и эксплуатации ППУ АЭУ АЭС. Выбор начальных параметров производится с учетом факторов:
- технически допустимая tТН на выходе из реактора; - надежность других элементов АЭС, в том числе турбины (в частности эрозионная); - влияние параметров т.н. на коэффициент воспроизводства; - уменьшение глубины выгорания из-за вредных потерь нейтронов в стальных покрытиях ТВЭЛов реакторов при высоких tТН; - влияние параметров на входе в турбину на КПД турбинной установки и КПД АЭС нетто; - необходимость в некоторых случаях снижения tТН на входе в реактор; - влияние параметров т.н. и рабочего вещества турбины на конструкцию и стоимость оборудования АЭС.
В качестве материала оболочек ТВЭЛов ЯР в настоящее время применяется циркониевый сплав, нейтронно-физические характеристики которого позволяют использовать ядерное топливо с довольно низким обогащением (4%) слабо поглощающий нейтроны. Это дает ощутимые материальные выгоды при строительстве и дальнейшей эксплуатации АЭС, главным образом, за счет значительного снижения стоимости ядерного топлива. В то же время рабочая температура циркониевых оболочек, допускающая их надежную работу в составе активной зоны ЯР, составляет 350°С. В связи с этим, с учетом необходимого запаса по кипению теплоносителей, а также требуемых температурных напоров при передаче тепла от теплоносителя к рабочему телу, максимально возможная температура последнего в АЭУ отечественных АЭС составляет 270...285 °С.
При выборе начального давления свежего пара необходимо учитывать следующее:
1. При постоянной начальной температуре рабочего тела с повышением начального давления эквивалентная температура цикла и располагаемый теплоперепад турбины растут лишь до определенного предела, поэтому КПД цикла имеет максимум, величина которого зависит от величины начальной температуры.
2. Рост начального давления при постоянной температуре приводит к увеличению степени влажности в конце процесса расширения, что снижает значение внутреннего КПД турбины, а следовательно, и всего цикла. А также проявление эрозии.
3
.
Рост давления увеличивает напряжения
в элементах установки, что приводит к
увел стоимости и сниж. маневренности.
Если температура пара задана (что определяется температурным режимом ЯР и ПГ), то предельно высокую экономичность (термический КПД) будет иметь цикл на насыщенном паре.
Выбор давления в главном конденсаторе. Снижение рк ведет к увеличению КПД рабочего цикла и энергетической установки АЭС: Для АЭС с ВВР и влажнопаровым циклом рабочего тела уменьшение р с 4...3 кПа повышает КПД на 2...3'%; увеличение р,, с 4...5 кПа снижает КПД более чем на-1,7%
Снижение давления в ГК требует увеличения теплопередающей поверхности конденсатора, увеличения его массогабаритных показателей и стоимости. Для снижения рк при постоянной поверхности теплообмена необходимо уменьшить температуру конденсации, что при фиксированном значении температуры охлаждающей воды приведет к снижению температурного напора теплопередачи и увеличению расхода охлаждающей воды (увеличению кратности циркуляции) и соответствующих энергозатрат. Выбор рк тесно связан с климатическими условиями местонахождения АЭС и зависит от принятой системы технического водоснабжения. Чем ниже расчетное значение температуры охлаждающей воды, тем с меньшими энергетическими затратами и при меньшем увеличении поверхности теплопередачи можно достичь сниж рк.
При снижении рк увеличивается влажность и объемные расходы пара в последних ступенях ЦНД турбины. Это усложняет конструкцию турбины, особенно ее последней ступени, ведет к увеличению массогабаритных показателей и снижению КПД турбины, усиливает эрозионные процессы в ЦНД. Следует отметить, что при большом снижении рк в рабочей или сопловой решетке последней ступени ЦНД может быть достигнута критическая скорость парового потока и полностью использована расширительная способность косого среда решеток. Соответствующее этому давление рк называют предельным. Дальнейшее уменьшение рк< рпред не дает прироста мощности турбины.
Билет 17.
1. Регулирование турбоагрегата, работающего на автономную сеть. Измеритель частоты вращения. Исполнительный орган регулятора частоты вращения. Схема регулятора с механическими связями. Статическая характеристика регулятора частоты вращения ТА. Способы смещения статической характеристики.
Р
абота
ТА на автономную сеть используется
редко – например при питании только
собственных нужд ЭБ.
Турбоагрегат, работающий на автономную сеть, должен регулироваться регулятором частоты вращения, так как необходимо обеспечить постоянство частоты тока в автономной сети. Измеритель частоты вращения может быть механический (вращающиеся грузы с удерживающей их пружиной), гидравлический (центробежный насос, напор которого зависит от частоты вращения) или электрический (генератор тока, напряжение которого зависит от частоты вращения). Исполнительный орган регулятора – клапан, регулирующий подачу пара на турбину. Регулирование расхода: дроссельное, сопловое, скользящих параметров.
1. измеритель частоты вращ; 2 рычаг; 3 золотник; 4 сервомотор; 5 паровой регулирующий клапан; 6 поток силовой жидкости; 7 слив силовой жидкости; 8 поток пара.
Сервомоторное регулирование – за счет перемещения муфты измерителя частоты вращения перемещается золотник регулятора, который управляет потоком силовой жидкости, она перемещает поршень сервомотора и вместе с ним регулирующий клапан. Золотник с сервомотором – усилитель.
С
татическая
характеристика – совокупность точек,
каждая из которых представляет собой
параметры возможного установившегося
режима работы ТА. Т.е. если нагрузить
генератор любой нагрузкой из рабочего
диапазона, то для каждого случая получим
вполне определенное значение частоты
вращения, соответствующее точке
статической характеристики. При
увеличении мощности частота вращения
сниж.
Для смещения статической характер вверх или вниз, достаточно произвести перенастройку регулятора. Т.е. смещение характ. позволит при неизменной мощности Р1 перейти из точки а в б и при этом увеличить частоту вращения.
Для смещения характеристики достаточно: а) изменить натяжение пружин в измерителе частоты вращения;
б) изменить длину звена связи с рычагом 2 либо измерителя частоты вращения, либо золотника, либо сервомотора. Изменение длины связи с золотником можно заменить смещением буксы золотника
3. Физическая сущность аэродинамических сил, действующих на рабочие лопатки; формулы Эйлера для окружной и осевой сил.
Известны два принципа силового воздействия парового потока на рабочие лопатки: активный и реактивный. Рассмотрим движение парового потока в рабочей решетке чисто активной турбинной ступени с ρ=0. Здесь, как отмечалось ранее, расширение пара и ускорение парового потока происходит только в сопловых решетках; Давление пара перед рабочей решеткой и за ней одинаковое. Если пар рассматривать как идеальный газ, то относительные скорости парового потока на входе в рабочую решетку W1 и на выходе из нее W2 одинаковы (W1=W2).
П
усть
на рабочую лопатку с профилем полукруглой
формы направлена струя пара, как указано
на рис. Частицы пара, двигаясь у
криволинейной поверхности лопатки,
приобретают центробежные силы, которые
действуют на лопатку в направлении,
перпендикулярном поверхности лопатки
и приводят ее в движение. Эти силы по
законам механики можно разложить на
две составляющие: в окружном (и) и осевом
(а) направлении. Осевые составляющие
ввиду симметрии профиля лопатки
относительно оси решетки при указанной
на рис. схеме обтекания направлены во
взаимно противоположные стороны и
равны по величине. Они взаимно уничтожаются
и не оказывают влияния на движение
лопатки. Окружные составляющие становятся
тем больше, чем частицы пара ближе к
оси решетки АБ. Равнодействующая
окружных сил Р создает крутящий момент
и заставляет лопатку перемещаться в
окружном направлении (вращаться),
совершая таким образом механическую
работу. Силовое воздействие парового
потока здесь обусловлено поворотом
струи в межлопаточном канале (активный
принцип).
В реальных рабочих решетках активных ступеней при ρ=0 профили лопаток не имеют форму правильных полуокружностей, симметричных оси решетки, направления скоростей W1 и W2 не совпадают с направлением движения лопаток, ввиду потерь энергии в решетке W2 < W1, поэтому осевые составляющие центробежных сил не уравновешиваются. Равнодействующая всех сил Ракт направлена под некоторым углом γ к оси решетки (рис.б).
В каналах рабочей решетки реактивной турбинной ступени продолжается расширение пара (р2<р1) и увеличение относительной скорости парового потока (W2>W1). В результате возникает реактивная сила РРЕАК. Направление зависит от формы рабочих лопаток и межлопаточного канала рабочей решетки, величины и направления скоростей W1, W2.
Pu=G(W1∙cosβ1+W2∙cosβ2); Pa=G(W1∙sinβ1-W2∙sinβ2)+F(p1-p2) –формулы Эйлера для окружной и осевой силы.
С помощью треугольника скоростей: Pu=G(с1∙cosα1+с2∙cosα2); Pa=G(с1∙sinα1 - с2∙sinα2)+F(p1 - p2). P=√P2u+P2a .
Билет 18.