Regulacja i charakterystyki turbin

Układy regulacji stosowane w turbinach

      Regulacja turbin parowych ma na celu dostosowanie ilości pary doprowadzanej do turbiny do aktualnego zapotrzebowania energii mechanicznej na sprzęgle maszyny napędzanej lub do energii cieplnej w odbiorach a także utrzymywanie określonych parametrów pracy (głównie prędkości obrotowej lub ciśnienia odbieranej pary) niezależnie od zakłóceń występujących w ruchu. Zmiany ilości pary dopływającej do turbiny są realizowane przez układ rozrządu pary (nazywany też regulacją) z odpowiednimi zaworami. Do zmiany położenia zaworów służy układ regulacji. Termin regulacja może tu mieć to samo znaczenie co rozrząd pary lub ogólniejsze.


Typy rozrządu pary turbiny

W turbinach parowych są stosowane trzy główne typy rozrządu pary: dławieniowy, grupowy i obejściowy. W każdej turbinie, niezależnie od typu rozrządu, występuje zawór główny pary (szybko zamykający). W rozrządzie dławieniowym - po minięciu zaworu głównego - para dopływa do turbiny przez zawór dławiący(jeden lub kilka równoległych), doprowadzający parę do jednej komory przed dyszami stopnia, o stałym (najczęściej całkowitym) łuku zasilania. W tym przypadku największą moc uzyskuje turbina przy całkowitym otwarciu zaworu regulacyjnego. Przy mocach mniejszych zawór przymyka się dławiąc parę wskutek czego zmniejsza się zarówno ilość pary dopływającej do turbiny jak spadek H' części przepływowej, co jest też połączone z istotnym obniżeniem sprawności turbiny. W związku z tym rozrząd dławieniowy jest stosowany w tanich turbinach małej mocy, gdzie sprawność nie jest istotna, oraz w turbinach największej mocy, przeznaczonych do pracy podstawowej tj. przy mocach bliskich maksymalnej. Najszerzej jest stosowany rozrząd grupowy, w którym para dopływa do kilku (zwykle 4) oddzielnych grup dysz, rozmieszczonych na pierwszego stopnia turbiny. Stopień ten nazywa się wtedy stopniem regulacyjnym i jest wykonywany jako akcyjny jedno- lub dwuwieńcowy. Każdy zawór regulacyjny zasila niezależnie oddzielną grupę dysz. Otwieranie zaworów regulacyjnych następuje tu kolejno, w miarę wzrostu obciążenia turbiny, tzn. przy wzroście obciążenia turbiny po uruchomieniu drugi zawór regulacyjny (a następnie trzeci itd.) zaczyna się otwierać wówczas, gdy zawór poprzedni osiągnął praktycznie pełne otwarcie. Przy obniżaniu obciążenia następuje zamykanie zaworów w kolejności odwrotnej. Wobec tego, że dławieniu podlega tylko część doprowadzonej do turbiny pary, rozrząd grupowy jest bardziej ekonomiczny niż dławieniowy. Istotą rozrządu obejściowego jest możliwość doprowadzenia części pary, przez osobny regulacyjny zawór dławiący, do komory za pierwszym lub dalszymi stopniami turbiny. Na wlocie do pierwszego stopnia turbina może mieć rozrząd dławieniowy lub grupowy. Moc ekonomiczną, odpowiadającą największej sprawności, osiąga tu turbina przy całkowicie otwartych zaworach regulacyjnych doprowadzających parę do pierwszego stopnia. Moce większe od ekonomicznej - aż do mocy maksymalnej - uzyskuje się następnie przez dodatkowe otwarcie zaworu obejściowego. Wzrasta przy tym ciśnienie w komorze obejścia i rośnie przepływ przez układ łopatkowy za obejściem oraz moc turbiny, pomimo zmniejszenia przepływu w układzie łopatkowym przed obejściem. Możliwe jest zastosowanie dwóch, a nawet trzech obejść. W większości typów turbin, a w szczególności w turbinach kondensacyjnych, zależność zużycia pary, tj. strumienia masy pary dolotowej od rozwijanej mocy jest zbliżona do liniowej.

Zasada działania układu regulacji prędkości obrotowej turbiny: Zawór regulacyjny 7, przestawiany serwomotorem 4 o dwustronnym doprowadzeniu oleju. Regulator prędkości obrotowej 2 i główna pompa olejowa 5 otrzymują napęd do wału głównego turbiny za pośrednictwem przekładni ślimakowej. Główna pompa olejowa tłoczy olej ze zbiornika 8 przez suwak rozdzielczy 3 do serwomotoru (tzw. olej regulacyjny) W środkowym położeniu suwaka, szczeliny sterujące są zakryte i olej nie dopływa ani nie odpływa z serwomotoru. Jeśli jednak, na przykład, obciążenie maszyny napędzanej wzrośnie ponad aktualną moc turbiny, to prędkość obrotowa turbiny zacznie spadać, tuleja regulatora 2 przesunie się w dół i za pośrednictwem dźwigni obniży się również suwak rozdzielczy 3. Wówczas otworzy się szczelina dopuszczająca olej regulacyjny pod tłok serwomotoru oraz szczelina umożliwiająca spływ oleju znad tego tłoka. Wywoła to ruch tłoka serwomotoru w górę, a więc zwiększy otwarcie zaworu regulowanego i dopływ pary do turbiny. Prędkość obrotowa przy tym wzrośnie a moc turbiny zrówna się z obciążeniem. Suwak rozdzielczy 3 powróci do środkowego położenia. Przy spadku obciążenia i wzroście prędkości obrotowej tubiny zachodzi proces odwrotny.


Zasada działania układu regulacji prędkości obrotowej i schemat obiegu oleju

Obieg oleju.

Olej z głównej pompy olejowej 5 jest kierowany, do układu regulacji, a przez zawór redukcyjny 7 (utrzymujący stałe ciśnienie oleju regulacyjnego) i chłodnicę oleju 10 - również do łożysk turbiny, skąd spływa grawitacyjnie z powrotem do zbiornika 8. Do podtrzymywania ciśnienia oleju do łożysk służy zawór przelewowy 11, przepuszczający nadmiar oleju podawany przez pompę. Dla umożliwienia smarowania łożysk w trakcie uruchomiania i zatrzymywania turbiny jest stosowana pomocnicza pompa olejowa 6, napędzana małą turbinką parową. Zwykle stosuje się także pomocniczą i awaryjną pompę olejową z napędem elektrycznym.