Расчет тепловых схем паротурбинных установок с секционированием конденсационного устройства на ЭВМ

За последние годы в паро-турбостроении разработан ряд новых конструктивных решений и способов совершенствования тепловых схем и режимов работы турбоустановок: ступенчатая конденсация, переменное начальное давление, несимметричность отборов пара и конструкций потоков в проточной части и др.
Используемые до настоящего времени программы расчетов на ЭВМ не позволяют учитывать указанные особенности процессов й схем, поэтому в НПО ЦКТИ и ПО «Ленинградский металлический завод» разработаны и внедрены новые алгоритм и программа, которые предполагается использовать и в качестве основы подсистемы САПР,
В современных турбоустановках, особенно больших мощностей, внешние параметры цикла, задание на проектирование, конструкция турбины в большой степей! предопределяют схему регулирования и ограниченность числа вариантов структуры тепловой схемы. В этих условиях оптимизация осуществляется методом вариантных расчетов или в диалоговом режиме эксплуатации САПР, и вопросы автоматического синтеза оптимальной структуры могут быть исключены из задач программирования.
Представляется, что при высоких показателях экономичности современных установок оптимизация практически достижима лишь при условии повышения точности модели и учете всех особенностей режимов работы, схемы и ее элементов, включая самые малые.
Программа разработана для ЭВМ серии ЕС на языке Фортран и позволяет рассчитывать турбоустановки для ГРЭС, АЭС и ТЭЦ.
Далее изложены физические взаимосвязи элементов схем и возможности программы, главным образом отличающие ее от других существующих программ.
Последовательный пропуск охлаждающей воды через секции конденсационного устройства (рис. 1) обусловливает различие параметров и расходов по секциям и приводит к снижению среднего (в общем случае средневзвешенного) давления конденсации. Это одна из составляющих эффекта секционирования конденсатора, но, как показали расчеты, не самая значительная по сравнению с вариантом при одинаковом давлении конденсации. Экономичность можно повышать и путем рационализации схем слива конденсата отработавшего пара из секций; программой предусматривается задание и расчет последовательного перелива конденсата из секций с низким давлением в секции с повышенным давлением конденсации, параллельный или последовательно-параллельный слив со смешением перед подачей в систему регенерации. При этом может быть учтена степень подогрева конденсата в каждой из секций.
При несимметричной схеме отборов из потоков цилиндров низкого давления расходы пара в секции конденсатора неодинаковы, т, е. появляется возможность оптимизации схемы и распределения подачи охлаждающей воды. При этом программа обеспечивает решение задачи определения расхода пара в каждом из потоков, число которых может достигать восьми.
Эффект ступенчатой конденсации в значительной степени может быть получен улучшением схемы сбросов воды и пара в конденсатор и перераспределением поверхности теплообмена в пределах заданной общей площади.
Многообразие возможных схем и режимов работы делают необходимым совместный расчет конденсационного устройства и турбины. Программой предусмотрен гидравлический и тепловой расчет нескольких секций конденсатора главной турбины (до восьми) и конденсаторов вспомогательных турбин (до трех). Параметры в каждой из секций рассматриваются с учетом всех сбросов тепла, включая перелив конденсата отработавшего пара из других секций, с учетом выравнивания давлений в результате перетоков пара через проемы и зазоры в перегородках между секциями.
Очевидно, что для установки с секционированным конденсационным устройством особое значение приобретает достоверность характеристик экономичности и пропускной способности последних ступеней проточной части турбины. Для того чтобы не перестраивать имеющиеся экспериментальные или расчетные характеристики, программой предусматривается несколько видов задания этих характеристик: в зависимости от р2/р1, абсолютного или относительного Оу2 объемных расходов. При эксплуатации программы в составе САПР может быть обеспечен взаимосвязанный расчет проточной части и тепловой схемы.
Возможность использования экспериментальных характеристик ЦНД, особенно на уровне промышленных натурных испытаний, не типична для практики проектирования или, тем более, исследования перспективных решений. Для такого рода расчетов полезно применение обобщенной характеристики, предложенной на основании обработки результатов расчетов и испытаний последних ступеней, в том числе детальных промышленных исследований. Приведенная на рис. 2 зависимость т]/т]ор1;== “/ (6о2/ОоОр0 с достаточной степенью точности представляет экономичность ступеней с геометрическими характеристиками, изменяющимися в диапазоне ИII = 3,5—2,5. По-видимому, этот результат характерен для ступеней, спроектированных при едином подходе и стиле конструирования.
Приведенная на рис. 2 зависимость может оказаться недостаточно точной для ступеней иного типа, но КПД их, в свою очередь, может быть представлен другой конкретной зависимостью в тех же координатах. Таким образом, при отсутствии доверительных данных по КПД при переменных режимах работы последних ступеней достаточно определение (или назначение) КПД при оптимальном режиме, что является более простой задачей. Помимо расчетов режима ступени каждого из потоков при ступенчатой конденсации обобщенная зависимость особенно полезна при выполнении предварительных расчетов по выбору оптимального типоразмера ЧНД в зависимости от графиков нагрузок, сезонных изменений условий водоснабжения и других факторов, результаты которых позволяют сформулировать задание на проектирование.
Расчет переменных режимов работы турбоустановки существенно облегчен н вместе с тем уточнен вводом в исходную информацию обобщенной зависимости для КПД регулирующей ступени. Известно, что при расчетах скользящего (в общем случае переменного) начального давления значителен объем трудоемких расчетов по определению КПД регулирующей ступени. При представлении зависимости от режима работы в координатах рис, 3 достаточно расчета (или данных) только при одном значении р0 (например =соп5) построении на его основе обобщенной зависимости и включения ее в исходные данные. Появляется возможность без предварительной подготовки проводить расчеты в достаточном для современного оборудования диапазоне изменения нагрузок и начальных параметров по любому из графиков. Число клапанов (сегментов) системы парораспределения для. рассчитываемого режима определяется заданием в исходных данных их пропускной способности  При автоматически уменьшается расход пара и соответственно мощность турбины до режима . Если заданием предусмотрен расчет режима, при котором полным открытием заданного числа клапанов (сегментов) обусловлено выполнение неравенства ро<Ро'*П' т0 Расчет производится при' Ро=Р™1П с определением степени дросселирования в клапанах.
Следует отметить и некоторые другие возможности программы: учет внутреннего влагоудаления за любой из ступеней со сбросом в ближайший по ходу пара отбор; решение задачи определения величины отборов при подаче пара в однокорпусный подогреватель из нескольких
параллельных отсеков турбины с разными параметрами (достаточно типичный случай при несимметричности отборов или конструкций); наличие в схеме одновременно трех турбоприводов питательных насосов, воздуходувок и т. п. с отборами или без них, каждый из которых может быть либо конденсационным, либо противодавленческим со сбросом в главную турбину или в регенеративный подогреватель; учет выхлопного патрубка; расчет серии вариантов, отличающихся величиной параметра в заданном элементе тепловой схемы с изменением указанного параметра с постоянным шагом.
Для моделирования структуры тепловой схемы турбоустановки используется 20 элементов, которым присваиваются соответствующие коды, служащие в качестве «языка», с помощью которого можно представлять для расчета необходимую структуру системы регенеративного подогрева питательной воды, воздуха, сетевой воды и т. п. Для представления процесса расширения пара в проточной части в программе предусмотрено 14 типов участков.
Объем памяти, занимаемый программой, — примерно 150 кбайт. При использовании программы на ЭВМ ЕС-1022 с операционной системой ОС целесообразно создавать структуру с перекрытием.
По программе проведено большое число расчетов в НПО ЦКТИ и ПО «Ленинградский металлический завод». Серия расчетов из десяти вариантов сложной тепловой схемы с четырьмя потоками низкого давления с конденсаторами выполняется на ЭВМ ЕС-1022 примерно за 250 с.