Тема: РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ТУРБИНЫ

Актуальность темы и степень её разработанности. Особенностью энергосистемы России является большая доля теплофикационных турбин в составе её генерирующих мощностей. Это обусловлено высокой потребностью в теплоснабжении страны и экономической целесообразностью комбинированной выработки энергии. Теплофикационные турбины являются важным элементом в энергетической инфраструктуре и поэтому должны быть надёжным поставщиком энергоресурсов. В настоящее время проблемой в области комбинированной выработки энергии является поиск таких решений, которые позволяли бы повысить качество и экономичность работы турбины и устраняли бы неполадки в её работе, приводящие к остановам, в том числе связанные с системами автоматического регулирования (САР). Исследование работы САР в штатных и аварийных режимах с целью её совершенствования позволит повысить надёжность и экономичность работы, а также снизить долю неплановых остановов турбин.
Одним из критически важных режимов работы паровой турбины, на который она должна быть рассчитана, является сброс полной электрической нагрузки. Для правильной оценки такого режима необходимо учитывать как аккумулированный пар в проточной части турбины, так и поступающий в турбину (пролётный) пар в процессе закрытия регулирующих клапанов. В настоящее время отечественные заводы-изготовители паровых турбин, в частности УТЗ, начали применять индивидуальные приводы регулирующих клапанов (ИПРК), построенные по технологии высокого давления (давление рабочей жидкости 16-20 МПа). В связи с этим при новой системе парораспределения необходимо корректно учитывать количество пролётного пара, поступающего в турбину при сбросе нагрузки.
Применение ИПРК также открывает возможности для реализации новых алгоритмов управления регулирующими клапанами для реализации парораспределения с минимальным дросселированием. Это позволяет оптимизировать режимы работы регулирующей ступени (РС) и повысить КПД РС и турбины в целом. Различные приёмы оптимизации режимов РС предлагались и ранее, но их реализация была затруднена, в частности, из-за жёсткого порядка открытия регулирующих клапанов (РК). В настоящее время уже широко распространены микропроцессорные САР турбин, которые в сочетании с ИПРК позволяют реализовать алгоритмы управления РК любой сложности.
Ещё одной современной тенденцией является применение в САР электромеханических приводов (ЭМП) взамен электрогидравлических. Особенностью теплофикационных турбин УТЗ является наличие поворотных регулирующих диафрагм (ПРД) для управления давлением в отборе, приводимых в штатном варианте гидравлическим двусторонним сервомотором. Вопрос замены гидравлического привода ПРД на электромеханический возникал на УТЗ неоднократно как по просьбе заказчиков, так и с позиций нового проектирования и производства УТЗ. Поэтому разработка и исследование ЭМП ПРД также является сегодня актуальной задачей.
В настоящее время для исследования переходных режимов САР паровых турбин применяются методы математического моделирования. Эти методы позволяют безопасно исследовать работу САР в штатных, предаварийных и аварийных режимах. Результаты таких исследований имеют высокую точность благодаря возможности учёта при моделировании как расчётных, так и полученных в ходе натурных опытов характеристик оборудования.
Целью работы является разработка и исследование методами математического моделирования для совершенствования современной системы парораспределения теплофикационной турбины.
Для достижения указанной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:
• выполнен критический обзор литературы по теме исследования;
• проведён анализ современных методов математического моделирования паровых турбин и определены наиболее подходящие для проведения исследования;
• разработаны математические модели теплофикационных паровых турбин и их узлов, для которых проводится исследование;
• с помощью разработанной математической модели теплофикационной паровой турбины обнаружено и оценено влияние схемы парораспределения с ИПРК на динамическое повышение частоты вращения при сбросе нагрузки;
• разработан новый способ управления паровой турбиной и цифровая адаптивная система регулирования для реализации парораспределения с минимальным дросселированием;
• разработанный способ управления исследован и оценён на
математической модели;
• разработана концепция (кинематическая схема) ЭМП ПРД и оценены его основные параметры.
Научная новизна работы заключается в следующем:
• Разработана динамическая математическая модель турбины Т-120/130-130-8МО и её парораспределения, учитывающая силовые и расходные характеристики регулирующих клапанов и расходные характеристики регулирующей ступени.
• На динамической модели турбины Т-120/130-130-8МО исследованы режимы сброса нагрузки с традиционной и индивидуальной схемой управления регулирующими клапанами. При этом получены количественные результаты расчёта частоты вращения и массы пролётного пара.
• Разработана математическая модель турбины Т-295/335-23,5 и её парораспределения, учитывающая расходные характеристики регулирующих клапанов и расходные характеристики регулирующей ступени.
• Разработан и предложен новый способ управления регулирующими клапанами и система регулирования для реализации оптимизированного парораспределения с минимальным дросселированием...
Купить

1. В работе выполнен критический обзор отечественных и зарубежных литературных источников, затрагивающих технические решения и методы расчёта по системам автоматического регулирования, которые позволяют повысить качество, экономичность и надёжность работы теплофикационных паровых турбин: учёт пролётного пара при сбросах нагрузки турбин с ИНРК, реализация парораспределения с минимальным дросселированием и применение ЭМП для управления ПРД отопительного отбора.
2. Разработана динамическая математическая модель турбины Т-120/130-130-8МО и её парораспределения, учитывающая реальные нелинейные силовые и расходные характеристики РК и расходные характеристики РС. На данной модели исследованы режимы сброса нагрузки с традиционной и индивидуальной схемой управления регулирующими клапанами.
3. На разработанной модели турбины Т-120/130-130-8МО выявлено и количественно оценено влияние различных схем управления РК на повышение частоты вращения при сбросе нагрузки. Показано положительное влияние индивидуальной схемы управления РК при сбросах нагрузки, заключающееся в снижении динамического повышения частоты вращения. Также показано, что при схеме с ИПРК возможно допустить увеличенное время хода привода ПРД при условии сохранения динамического заброса частоты вращения в прежних границах, как у системы с КРУ. Это в перспективе позволяет заменить гидравлический привод ПРД на относительно медленный электромеханический.
4. Предложен и разработан новый способ управления РК и система регулирования для реализации парораспределения с минимальным дросселированием. Для исследования предложенного способа управления и системы регулирования разработана динамическая математическая модель турбины Т-295/335-23,5 и её парораспределения с использованием уравнений тепловых и массовых балансов, а также учитывающая реальные нелинейные расходные характеристики РК и расходные характеристики РС.
5. На разработанной модели турбины Т-295/335-23,5 оценена работа предложенного способа управления и системы регулирования. Показана возможность реализации оптимизированного парораспределения безударным способом, без резких переключений РК. На модели определён прирост мощности ЦВД и показан положительный экономический эффект такого парораспределения.
6. Предложено и разработано устройство возврата выходного звена в исходное положение, на базе которого разработана кинематическая схема ЭМП ПРД с функцией энергонезависимого аварийного закрытия ПРД.
7. Исследованы и определены оптимальные параметры основных компонентов ЭМП ПРД: спиральной пружины, винтовой передачи, приводного электродвигателя. На математической модели ЭМП ПРД проведено исследование его работы в аварийном режиме. Показана принципиальная возможность реализации ЭМП ПРД с функцией энергонезависимого аварийного закрытия ПРД.
8. Дальнейшими перспективами научного исследования являются: исследование динамических напряжений в элементах статора конкретной турбины при реализации оптимизированного парораспределения, исследование расходных характеристик РК и РС путём численного моделирования или натурных опытов, разработка оптимизированных схем парораспределения для других типов турбин, разработка программно-аппаратных решений ЭЧСРиЗ для реализации оптимизированного парораспределения, проведение натурных испытаний оптимизированного парораспределения на контроллерном оборудовании ЭЧСРиЗ и совместных на паровой турбине, разработка и испытания ЭМП ПРД для других различных типов турбин.
Купить