Тепловые испытания паровых турбин

ТЕПЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН Основные требования к турбоустановке перед испытанием Одним из важных моментов в подготовке турбоустановки к испытаниям является доведение ее до нормального состояния. Еще до составления перечня подготовительных работ должно быть обращено особое внимание на состояние оборудования и тепловой схемы с тем, чтобы все замеченные ненормальности могли быть устранены в период проведения подготовительных работ, во время капитального, среднего или текущего ремонта. Основные требования, которым должна удовлетворять турбоустановка и ее элементы перед испытанием, приведены в табл. 1. Только убедившись в надежной работе измерительной схемы и готовности турбоустановки с точки зрения выполнения требований табл. 1, можно приступить к проведению испытаний в соответствии с составленной программой. Таблица 1 Элемент турбоустановки Требование Способ контроля Система регулирования и парораспределения 1. Нормальная и устойчивая работа во всем диапазоне нагрузок Проверки в период подготовки к испытанию, предварительные опыты 2. Возможность фиксации системы парораспределения посредством ограничителя мощности или специального приспособления 3. Расчетная последовательность открытия регулирующих клапанов Проточная часть турбины Удовлетворительное состояние лопаточного аппарата и уплотнений, отсутствие солевого заноса Эксплуатационная документация, ведомости ремонтов, предварительные опыты Система регенерации, установка для подогрева сетевой воды 1. Плотность и чистота трубных пучков Проверки в период подготовки к испытанию, предварительные опыты 2. Соответствие показателей (температурный напор, подогрев воды, переохлаждение конденсата и т.д.) расчетным данным или данным испытаний однотипного оборудования 3. Надежная работа регуляторов уровня, исправность указателей уровня 4. Плотность обводных линий 5. Полное открытие арматуры на паропроводах отборов 6. Наличие ограничительных диафрагм надлежащего размера на трубках отсоса паровоздушной смеси Визуальный контроль Конденсационная установка 1. Чистота поверхности трубок По температурному напору, мощности и напору циркуляционного насоса, визуально 2. Воздушная плотность Измерение расхода воздуха, проверка скорости падения вакуума, заполнение водой парового пространства 3. Водяная плотность Химический анализ, проверка электрической проводимости конденсата 4. Нормальная работа регулятора уровня Просмотр диаграммных лент регистраторов расхода конденсата, визуальное наблюдение за уровнем в конденсаторе Турбоустановка в целом Приблизительное соответствие общих показателей экономичности данным заводского расчета, испытаний однотипных турбоустановок, типовых энергетических характеристик и т.д. Анализ общих результатов предварительных опытов Особое значение имеет поддержание во время опыта минимальной разницы расходов питательной воды и свежего пара (для не блочных турбин), что позволяет избежать впоследствии трудоемких пересчетов с большим количеством приближений. Как показывает опыт проведения испытаний, максимально допустимая, с этой точки зрения, разница расходов составляет приблизительно 5-10%. Продолжительность опытов Нормальная продолжительность опытов при установившемся режиме составляет: опытов по определению экономичности турбоустановки - 1 ч, "тарировочных" опытов - 30-40 мин, опытов с переменным давлением отработавшего пара - 10-15 мин. Руководство испытанием, контроль за работой турбоустановки и измерительных приборов во время проведения испытаний Непосредственно перед началом опытов руководитель испытания должен уточнить обязанности помощников по проверке тепловой схемы, контролю за режимом, условий опытов и измерений, а также по инструктажу и контролю за работой наблюдателей, убедиться в том, что режим турбоустановки соответствует требуемому, сохраняя за собой лишь настройку режима, общее наблюдение за ходом опыта и оперативный анализ его результатов. Помощники руководителя испытания должны проверить соответствие схемы турбоустановки условиям опыта, включить измерительные приборы и убедиться в их готовности, при этом особое внимание следует обратить на ртутные приборы (продуть вакуумные импульсные линии, проверить, нет ли утечки ртути, установить нуль шкалы вакуумметров); проверить показания основных измерительных приборов, герметичность трубок и "коренных" запорных вентилей; проверить исправность систем питания и дополнительного освещения измерительных приборов. После начала опытов и в ходе испытаний специализированный персонал контролирует и проверяет: - постоянство режима турбоустановки и соответствие параметров этого режима требуемым значениям (см. разд.Д.3); - общее состояние турбины и ее отдельных элементов; - уровни в паровом пространстве регенеративных и сетевых подогревателей и конденсатора; - правильность записи показаний измерительных приборов наблюдателями и регулярно делает соответствующие отметки в журналах наблюдений; - исправность всех КИП и совпадение показаний основных и дублирующих приборов; - перед началом очередного опыта производит продувку импульсных линий вакуумных приборов, проверяет и устанавливает нуль шкалы ртутных вакуумметров. Во время проведения опытов руководитель испытания постоянно ведет дневник, в котором должны быть отражены: краткая характеристика данного опыта (мощность, расходы свежего пара и пара в регулируемый отбор, давление в регулируемом отборе, положение органов регулирования и т.д.); время начала и конца опыта (предварительное); уровни в теплообменных аппаратах; элементы оборудования, находящиеся в работе, и особенности схемы. Руководитель записывает все замечания и соображения, касающиеся ведения опыта, работы приборов, ненормальностей в работе оборудования, а также устойчивости режима и параметров; записывает результаты прикидочных подсчетов. Оперативный контроль за режимом турбоустановки и ее элементов во время каждого опыта ведется по следующим критериям: 1. Сходимость расходов свежего пара, непосредственно измеренного и вычисленного путем суммирования других расходов (например, основного конденсата на деаэратор, отборов на ПВД, протечек по концевым уплотнениям и т.д.). 2. Сходимость расходов по турбоустановке, измеренных с помощью специально установленных приборов и штатных. 3. Сходимость расходов пара на сетевые подогреватели, измеренных по конденсату и вычисленных по уравнению теплового баланса на основании измеренных расхода сетевой воды и ее подогрева. 4. Сходимость дублирующих измерений параметров пара и воды и электрической мощности. 5. Сопоставление результатов измерений отдельных параметров для выявления возможных ошибок измерений или ненормальностей в работе оборудования. При таком сопоставлении должны логически увязываться между собой следующие величины: - давления свежего пара перед сужающими устройствами, перед ГПЗ, до и после стопорных клапанов, и за полностью открытыми регулирующими клапанами; - давления пара за регулирующими клапанами и в камере регулирующей ступени; - давления пара в камерах отборов и перед соответствующими подогревателями (для контроля правильности измерения давления в области насыщенного пара может быть использовано его сравнение с найденным по измеренной в том же сечении температуре); - давления по ходу пара в турбине; - давления пара в камере производственного отбора и перед сужающим устройством на соответствующем трубопроводе; - температуры по ходу пара, конденсата, питательной и сетевой воды (в том числе до и после врезки трубопроводов, обводящих подогреватель или группу подогревателей); - температура конденсата греющего пара подогревателей и конденсатора и соответствующая температура насыщения. Д.5.6. Приблизительное соответствие получаемых в результате опытов значений параметров, расходов, электрической мощности и внутренних КПД цилиндров графическим зависимостям, составленным перед испытанием на основании расчетных или экспериментальных данных. Особенности проведения испытаний, характерные для турбин с регулируемым теплофикационным отбором 1. Во время проведения опытов по снятию характеристик турбины на режимах по тепловому графику с минимальным открытием поворотных диафрагм ЧНД постоянное давление в камере РTO поддерживается путем изменения расходов сетевой воды через трубные пучки ПСВ. Плотность закрытия задвижек на обводных линиях ПСВ контролируется сопоставлением температур до и после их врезки. 2. Опыты при постоянном давлении в РТО следует проводить по возможности в один день при близких температурах обратной сетевой воды в целях уменьшения поправки к мощности на ее отклонение по отдельным опытам. 3. Для повышения надежности измерения расходов конденсата греющего пара ПСВ рекомендуется в каждом опыте путем регулирования открытия напорных задвижек насосов найти тот уровень в подогревателе, при котором колебания показаний расходомеров будут минимальными. Е. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ Обработка исходной информации 1. Расчет средних за опыт значений величин На первом этапе обработки проводится тщательный анализ исходной информации (журналов наблюдений, диаграмм и лент приборов автоматической регистрации), а также записей в дневнике руководителя испытания в целях выявления заведомо неправильных результатов, недопустимых отклонений режима во время опыта, грубых ошибок и пропусков в записях и т.д. После соответствующей отбраковки данных производится окончательная разметка опытов с учетом стабильности значений измеренных величин и затем расчет среднеарифметического значения параметра по формуле , (1) где  - среднеарифметическое значение параметра;  - значение параметра в течение опыта; • - количество записей параметра в течение опыта. • Формула (1) является общей для всей совокупности параметров, измеряемых как в абсолютных, так и в относительных единицах. В случае значительных колебаний перепадов давлений на измерительном сужающем устройстве, достигающих 20% и более от среднего за опыт значения, вычисляется среднее за опыт значение квадратного корня из каждого измеренного перепада. Далее, исходя из среднеарифметических значений, проводится расчет действительных за время опыта значений давлений, температур, перепадов давлений (квадратных корней из перепадов) и т.п. • Следует отметить, что применение автоматизированной системы измерений накладывает некоторые особенности на первичную обработку результатов испытаний по сравнению с испытаниями, проведенными с помощью ручных приборов, что вызвано применением первичных преобразователей с унифицированным токовым сигналом, а также с использованием многоканальных регистрирующих устройств. Расчет действительных значений величин 1. Расчет давлений Расчет действительных значений давлений, измеренных с помощью пружинных манометров, производится по формуле, (2) где  - действительное значение измеряемого давления;  - значение давления, измеренного с помощью пружинного манометра;  - барометрическое давление в течение опыта;  - поправка на высоту присоединения манометра; , (3) здесь  - разность высот между центром манометра и местом врезки импульсной линии, м (если манометр расположен выше места врезки, то >0, если ниже, то <0);  - инструментальная поправка, определяемая путем сравнения с показаниями образцового прибора (чаще всего грузопоршневого манометра). Давления, измеряемые с помощью U-образных манометров, приводятся к действительным значениям по формулам (4) и (5). Для U-образных манометров, залитых ртутью и установленных ниже места врезки импульсной линии, , (4) где  - действительное значение измеряемого давления;  - барометрическое давление в течение опыта, мм рт.ст.; и  - высоты столбов ртути в левом и правом коленах U-образного манометра, мм рт.ст.; - температура столбов ртути в U-образном манометре, °С;  - разность высот между "0" шкалы и местом врезки импульсной линии, мм; - высота столба воды над ртутью в правом (открытом) колене U-образного манометра, мм. Для U-образных манометров, залитых ртутью и установленных выше места врезки импульсной линии, , (5) где  и  - высоты столбов воды над ртутью в левом и правом (открытом) коленах U-образного манометра, мм. Давления, измеряемые с помощью однотрубного вакуумметра, залитого ртутью, приводятся к действительным значениям по формуле , (6) где  - высота столба ртути в вакуумметре, мм рт. ст.; - поправка на капиллярность в зависимости от высоты мениска и внутреннего диаметра трубки, мм рт. ст. При измерении вакуума в конденсаторе с помощью баровакуумметра конструкции ВТИ действительное давление рассчитывается по формуле . (7) Для измерения барометрического давления в зависимости от характера испытаний используются ртутные барометры и анероиды (пружинные барометры). Действительное значение барометрического давления, измеренного ртутным барометром, определяется по формуле , (8) где  - действительное значение барометрического давления, мм рт. ст.;  - измеренное значение барометрического давления, мм рт. ст.; - коэффициент, учитывающий тепловое расширение ртути и материала шкалы (из паспорта барометра); - температура ртути в барометре, °С;  - инструментальная поправка (берется из паспорта барометра), мм рт. ст. Действительное значение барометрического давления, измеренного анероидом, определяется по формуле , (9) где  - поправки по паспорту анероида. В случае проведения упрощенных испытаний и отсутствия барометра можно пользоваться показаниями ближайшей метеостанции, учитывая при этом разность геодезических высот между метеостанцией и местом, где проводятся испытания, по формуле , (10) где  - поправка к барометрическому давлению на разность геодезических высот между метеостанцией и местом, где проводятся испытания, мм рт.ст.; - разность геодезических высот между метеостанцией и местом, где проводятся испытания, м. Следует отметить, что при применении U-образных манометров и однотрубных вакуумметров, залитых ртутью, вводится поправка на географическую широту местности и высоту над уровнем моря по формуле , (11) где  - поправка к показанию на широту местности и высоту над уровнем моря, мм рт.ст.;  - измеренная высота столба ртути (разность высот в приборе), мм рт.ст.; - географическая широта; - высота над уровнем моря, м. Данную поправку целесообразно вводить только при значительных отклонениях географической широты местности, где проводится испытание, от 45° и при большом превышении над уровнем моря. 2. Расчет температур При применении термоэлектрических преобразователей (термоэлектрических термометров) в качестве вторичных приборов возможно использование переносных потенциометров, дающих показания в милливольтметрах, и автоматических приборов, дающих показания непосредственно в градусах Цельсия. При использовании переносных потенциометров постоянного тока расчет температур производится следующим образом: 1) учитывается температура "холодного" спая по формуле , (12) где  - термо-ЭДС, измеренная переносным потенциометром, мВ;  - термо-ЭДС "холодного" спая, найденная по таблице номинальной статической характеристики соответственно измеренной температуре (°С) "холодного" спая, мВ; 2) далее  переводится по таблице номинальной статической характеристики в градусы Цельсия (); 3) действительная температура находится по формуле , (13) где  - действительная температура, измеренная термоэлектрическим термометром, °С;  - температура, полученная соответственно  таблице номинальной статической характеристики, °С;  - поправка на отклонение действительной характеристики термоэлектрического термометра от стандартной, °С. При использовании автоматических приборов расчет действительных температур производится по формуле , (14) где  - температура, измеренная автоматическим прибором, °С;  - инструментальная поправка к прибору, определяемая путем сравнения с образцовым прибором до и после испытаний, °С. При измерении температур с помощью термоэлектрических преобразователей сопротивления с переносным прибором температуры определяются по таблицам номинальных статических характеристик. 3. Расчет перепадов давлений Приборы для измерения разности давлений используются для определения расхода пара и воды, гидравлических сопротивлений в трубопроводах, регулирующих клапанах, запорной арматуре и теплообменных аппаратах. Эти приборы могут также использоваться для измерения уровня в различных сосудах. В автоматизированных системах измерений применяются преобразователи с унифицированным токовым сигналом, при прямых измерениях применяются U-образные и однотрубные дифманометры. Разность давлений на сужающем устройстве для измерения расхода пара или воды приводится к действительному значению по формулам (15)-(17): 1) при применении преобразователей с унифицированным токовым сигналом , (15) где  - действительное значение разности давлений;  - разность давлений, измеренная в условных единицах, мА, мВ; - переводной коэффициент из условных единиц в абсолютные, , ;  - инструментальная поправка, определенная путем сравнения с образцовым прибором до и после испытаний, кгс/см; 2) при применении U-образных дифманометров, заполненных ртутью, , (16) где  - действительное значение разности давлений, мм рт.ст.; 3) при применении однотрубных дифманометров, заполненных ртутью, , (17) где  - высота столба ртути в дифманометре, мм рт.ст.; - внутренний диаметр трубки дифманометра, мм; • - внутренний диаметр чашки дифманометра, мм. • 4. Расчет массовых расходов пара и воды На основании полученных действительных значений разностей давлений на сужающих устройствах производится расчет массовых расходов по формулам(18) и (19): 1) для разности давлений (кгс/м) , (18) где  - массовый расход пара или воды, т/ч; - коэффициент расхода, определяется по [4]; - поправочный коэффициент на расширение среды (для воды =1) определяется по [4];  - коэффициент, учитывающий тепловое расширение материала сужающего устройства, определяется по [4]; - внутренний диаметр сужающего устройства, мм; - действительное значение разности давлений, измеренной на дифманометре, кгс/м;  - плотность измеряемой среды определяется по [4], кг/м; 2) для разности давлений, полученной в миллиметрах ртутного столба, . (19) Здесь не приводится подробная методика расчета массовых расходов, так как она изложена в [4], которая обязательна для изучения всеми работниками, занимающимися испытаниями турбинного оборудования тепловых электростанций (ТЭС). Примечание. При измерении разности давлений в мегапаскалях в формулу (18) вводится дополнительный коэффициент, равный 3,13. 5. Расчет электрической мощности генератора и электродвигателей вспомогательного оборудования Электрическая мощность на выводах генератора обычно изменяется по схеме двух ваттметров при испытаниях с использованием приборов прямого действия. При автоматизированных схемах измерений применяются преобразователи мощности с регистрирующими устройствами различных типов. При использовании схемы двух ваттметров мощность подсчитывается по формуле , (20) где  - электрическая мощность, МВт; - коэффициент трансформации трансформатора тока; - коэффициент трансформации трансформатора напряжения; и  - показания ваттметров (Вт) , (21) , (22) здесь  и  - показания ваттметров, дел.; и  - постоянные ваттметров, Вт/дел. При использовании автоматизированных систем измерения с преобразователем мощность подсчитывается по формуле , (23) где  - электрическая мощность, МВт; - постоянная нормирующего преобразователя, Вт/мА (мВ); - показания вторичного регистрирующего устройства, усл.ед. При использовании схемы трех ваттметров расчетная формула принимает вид . (24) Одним из параметров, характеризующих работу генераторов, является коэффициент мощности . При измерениях по схеме двух ваттметров  определяется по формуле . (25) При применении преобразователя мощности необходимо измерять реактивную мощность. В этом случае  определяется по формуле , (26) где  - электрическая мощность на выводах генератора (активная), МВт;  - реактивная мощность генератора, Мвар. Мощность, потребляемая электродвигателями, может измеряться аналогично мощности генератора, а также с помощью счетчиков электрической энергии. Первый метод обычно применяется при измерении мощности, потребляемой крупными электродвигателями, например, питательных насосов, циркуляционных насосов и т.п. Для всех остальных измерений обычно применяются счетчики электрической мощности. Мощность потребителя при этом рассчитывается по формуле , (27) где  - мощность механизма, кВт; - постоянная счетчика, включающая в себя коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения, кВт·ч/об; и  - показания счетчика в конце и начале опыта, об;  - продолжительность опыта, мин.  3. Нахождение энтальпий пара и воды Энтальпии пара и воды, необходимые для определения внутренних КПД цилиндров (отсеков) и составления уравнений теплового баланса подогревателей, определяются по -диаграмме либо с помощью специально выполненных графических зависимостей, построенных по данным [16], или с использованием ЭВМ. Следует иметь в виду, что достаточно надежным может считаться нахождение энтальпии пара лишь при его перегреве не менее 15 °С [3].  Расходный баланс турбоустановки Основным вопросом, решаемым на этом этапе, является определение действительного расхода свежего пара на турбину во время испытания. С этой целью в каждом из опытов сопоставляется расход свежего пара, непосредственно измеренный с помощью сужающих устройств в паропроводах перед турбиной и вычисленный с использованием измеренных расходов основного конденсата на деаэратор, пара в регулируемые отборы, расходов пара на ПВД, найденных по уравнениям теплового баланса, и различных второстепенных потоков пара и воды в схеме турбоустановки (для турбин, работающих в блоке с прямоточным котлом, измеренный расход свежего пара должен, кроме того, сравниваться с измеренным расходом питательной воды). Для выполнения расходного баланса необходимо определить значения расходов пара на регенеративные подогреватели, питательные турбонасосы, протечки пара через концевые уплотнения роторов турбины и штоки стопорных и регулирующих клапанов, утечки пара и воды из цикла; учесть изменения уровня в конденсаторе и в регенеративных подогревателях. Определение расходов пара на регенеративные подогреватели Расходы пара на регенеративные подогреватели рассчитываются, как правило, по общеизвестным уравнениям теплового баланса с использованием найденных ранее энтальпий пара и воды и измеренных расходов питательной воды и конденсата. При наличии частичного перепуска питательной воды помимо трубных пучков ПВД из-за неплотности клапана аварийного обвода для нахождения расхода пара на подогреватель в уравнении теплового баланса следует использовать значение расхода питательной воды, проходящего лишь через трубный пучок (), который определяется из уравнения смешения , (28) где  - расход питательной воды, измеренный с помощью сужающего устройства; , ,  - энтальпии питательной воды соответственно после смешения с обводным потоком, на выходе из трубного пучка и перед группой ПВД. Ниже в качестве примера приведены формулы (29)-(36) для расчета уравнений теплового баланса применительно к схеме включения подогревателей турбины K-200-130 ЛМЗ, представленной в приложении 7. В связи с тем, что указанная схема не может охватить все многообразие схем включения подогревателей, представленные зависимости нужно рассматривать как методику составления формул, пригодную для любых схем: - расход пара на ПВД N 7 () рассчитывается по формуле ; (29) - расход пара на ПВД N 6 () рассчитывается по формуле ; (30) - расход пара на ПВД N 5 () рассчитывается по формуле , (31) где  - расход питательной воды через ПВД; , ,  - энтальпии питательной воды на выходе из ПВД N 7, ПВД N 6, ПВД N 5 (здесь и далее находятся соответственно температурам и давлениям);  - энтальпия питательной воды на входе в ПВД N 5; ,  - энтальпии питательной воды на входе в дополнительный встроенный пароохладитель ПВД N 5 и выходе из него; , ,  - энтальпии пара на входе в ПВД N 7, ПВД N 6, ПВД N 5; , ,  - энтальпии дренажа на выходе из ПВД N 7, ПВД N 6, ПВД N 5;  - расход питательной воды через дополнительный встроенный пароохладитель ПВД N 5;  - потери теплоты от подогревателя в окружающую среду. Обычно принимается постоянное значение для каждого подогревателя по заводским данным для номинальной нагрузки; - расход пара на ПНД N 4 () рассчитывается по формуле ; (32) - расход пара на ПНД N 3 () рассчитывается по формуле ; (33) - расход пара на ПНД N 2 () рассчитывается по формуле ; (34) - расход пара на ПНД N 1 () рассчитывается по формуле , (35) где  - расход конденсата после ПНД N 4; , , ,  - энтальпии конденсата на выходе из ПНД N 4, ПНД N 3, ПНД N 2, ПНД N 1 (здесь и далее находятся соответственно температурам и давлениям); ,  - энтальпии конденсата на входе в ПНД N 3, ПНД N 1; , , ,  - энтальпия пара на входе в ПНД N 4, ПНД N 3, ПНД N 2, ПНД N 1; , , ,  - энтальпии дренажа на выходе из ПНД N 4, ПНД N 3, ПНД N 2, ПНД N 1; - расход пара на деаэратор () в схемах блочных турбоустановок обычно определяется непосредственным измерением. Если же измерение расхода организовать нельзя, то во время испытаний собирается тепловая схема с подачей пара от постороннего источника, так как рассчитать тепловой баланс деаэратора в опытных условиях не всегда возможно из-за отсутствия всех необходимых данных: , (36) где  - расход питательной воды;  - расход пара из деаэратора на собственные нужды энергоблока;  - расход пара, отсасываемого от штоков клапанов ЦВД и ЦСД в деаэратор;  - расход дренажа ПВД в деаэратор;  - энтальпия питательной воды на выходе из деаэратора; - энтальпия основного конденсата на входе в деаэратор;  - энтальпия сухого насыщенного пара при давлении в деаэраторе;  - энтальпия пара, отсасываемого от штоков клапанов ЦВД и ЦСД в деаэратор;  - энтальпия конденсата греющего пара ПВД, подаваемого в деаэратор;  - энтальпия греющего пара, подаваемого в деаэратор. В дальнейшем при расчете проектной тепловой схемы принимается, что на деаэратор подается пар из отбора турбины и расход пара определяется по формуле (57).  Расчет протечек через концевые уплотнения цилиндров Во время испытаний не всегда удается получить полный объем данных, необходимых для сведения расходного баланса концевых уплотнений и определения утечек пара из цилиндров турбины, т.е. протечек пара через первые обоймы передних и задних концевых уплотнений ротора. В этом случае, если зазоры по концевым уплотнениям находятся в пределах заводских расчетных данных, протечки через обоймы () можно определять по формуле , (37) где ,  - расход пара, отсасываемого через ближайшую к обойме по ходу пара камеру соответственно по заводским расчетным данным и в условиях опыта (по измерению);  - протечка пара через обойму по заводским расчетным данным. Если нет никаких измерений расхода пара по концевым уплотнениям или фактические зазоры значительно превышают расчетные, то расчет протечек через обоймы можно проводить по формулам (38) и (39): - при  ; (38) - при  , (39) где  и  - давление пара перед и за обоймой уплотнений, кгс/см; z - число усиков;  - протечка пара через обойму, т/ч;  - средний диаметр уплотнения, см;  - радиальный зазор по уплотнению, см;  - 9,81 м/с;  - удельный объем пара перед обоймой, определяется по давлению  и температуре пара перед обоймой, м/кг. Примечание. При измерении давления в мегапаскалях в формулы (38) и (39) следует ввести дополнительные коэффициенты, равные соответственно 9,81 и 3,13. Эти формулы пригодны для большинства типов концевых уплотнений, применяемых в турбостроении. Иногда, если это позволяет схема измерений, для оценки значения отсоса пара от уплотнения, сбрасываемого в трубопровод отбора от турбины на регенеративный подогреватель (), может использоваться формула (40): , (40) где  - расход греющего пара на регенеративный подогреватель, т/ч; ,  - энтальпия пара отбора соответственно до и после врезки трубопровода отсоса;  - энтальпия пара отсоса. Составление расходного баланса турбоустановки Составление расходного баланса является ответственным этапом в обработке данных испытаний, требует полного знания тепловой схемы турбоустановки и энергоблока в целом, утечек и протечек пара и воды в цикле. Обычно расчет расходного баланса турбоустановки сводится к определению расхода свежего пара несколькими независимыми способами. Так, в частности, для схемы турбины K-200-130 ЛМЗ, приведенной в приложении 7, уравнения расходного баланса выглядят следующим образом: а) расход свежего пара, определяемый исходя из измеренного расхода питательной воды (рассчитывается только для блочных схем с прямоточным котлом (): , (41) где  - расход питательной воды на котел;  - суммарные утечки пара и воды на участке пароводяного тракта от ПВД до стопорных клапанов турбины (пропуски арматуры на дренажах, постоянно действующие дренажи, постоянные и периодические продувки котла и т.д.); б) расход свежего пара, определяемый исходя из измеренного расхода пара на промперегрев (): , (42) где  - расход пара на промперегрев;  - расход пара на ПВД N 6;  - расход пара на ПВД N 7;  - протечки пара по штокам стопорных и регулирующих клапанов ЦВД;  - протечка пара через первую обойму переднего уплотнения ЦВД;  - протечка пара через первую обойму заднего уплотнения ЦВД;  - расход пара, отсасываемого из первой камеры переднего уплотнения ЦВД;  - утечки пара через предохранительные клапаны промперегрева; в) расход свежего пара, определяемый исходя из измеренного расхода основного конденсата за ПНД N 4 (): , (43) где  - измеренный расход основного конденсата за ПНД N 4;  - расход пара на ПНД N 5;  - расход пара на деаэратор;  - протечка пара по штокам стопорных и регулирующих клапанов ЦВД;  - протечка пара по штокам стопорных и регулирующих клапанов ЦСД;  - расход пара на собственные нужды (на уплотнения, на основные эжекторы и на эжектор уплотнений);  - расход конденсата от уплотнений питательного насоса в конденсатор;  - расход конденсата на уплотнения питательного насоса;  - расход питательной воды на впрыск в промперегрев;  - изменение уровня в конденсаторе в течение опыта;  - утечки пара и воды в тепловой схеме турбины (пропуск предохранительных клапанов промперегрева, пропуски арматуры на дренажах, неплотности во фланцевых соединениях и т.д.);  - расход конденсата из бака низких точек (БНТ) в конденсатор. Большую помощь при определении действительного расхода свежего пара могут оказать результаты проведения "тарировочных" опытов. Путем сравнения в каждом из таких опытов измеренных расходов свежего пара и конденсата определяется средний поправочный коэффициент, с помощью которого затем корректируются значения измеренного расхода пара во всех опытах [1]. Полученные разными способами значения расходов свежего пара далее сравниваются между собой. Значения отклонений характеризуют качество проведенных опытов и надежность конечных результатов. При хорошей организации испытаний (измерения, сборка схемы и пр.) максимальное расхождение в значениях расхода свежего пара, определенного любыми способами, не должно превышать 1-2% (большая цифра относится к минимальным нагрузкам). При таком расхождении сопоставляемых значений и отсутствии факторов, позволяющих отдать предпочтение какому-либо одному из них, в качестве действительного принимается средневзвешенное из сравниваемых значений. При значительных расхождениях значений расходов свежего пара, найденных различными способами, следует провести глубокий сравнительный анализ в целях выяснения наиболее представительного значения. Основными критериями, используемыми при таком анализе, являются следующие: - соответствие сужающих устройств и мест их установки требованиям [4], наличие протоколов технического осмотра и измерений; - качество работы вторичных приборов, надежность снятия их градуировочных кривых, частота и амплитуда колебаний столбиков ртути в дифманометрах; - абсолютные значения перепадов давлений (следует учитывать, что их значения менее 60-70 мм рт.ст. не могут считаться достоверными); - надежность отключения всех утечек и присоcов пара и воды, которые не могут быть количественно оценены; - надежность определения различных потоков пара и воды в формулах вычисленного расхода свежего пара; - характер протекания зависимости давления пара по ступеням турбины от каждого из сопоставляемых расходов свежего пара; - результаты расчета энергетического баланса турбоустановки с помощью каждого из сопоставляемых расходов с нахождением энтальпии отработавшего пара и последующим сравнением внутреннего КПД ЧНД с данными завода-изготовителя или испытаний однотипных турбин; - результаты сравнения значений удельного расхода теплоты, рассчитанных с использованием каждого из сопоставляемых расходов, с данными завода-изготовителя или испытаний однотипных турбин. Расчет теплофикационной нагрузки Как указывалось в разд.Г.5.1.5, теплофикационная нагрузка при испытании рассчитывается двумя независимыми способами - по расходу и нагреву сетевой воды и по расходам конденсата греющего пара ПСВ и его теплоиспользованию. Выбор окончательного значения тепловой нагрузки для использования в последующих расчетах производится в каждом конкретном испытании на основе сопоставления данных, полученных по обоим способам, и их тщательного анализа. 1. Расчет теплофикационной нагрузки по расходу и нагреву сетевой воды Теплофикационная нагрузка в этом случае определяется по формуле . (44) 2. Расчет теплофикационной нагрузки по измеренным расходам конденсата греющего пара ПСВ и его теплоиспользованию Теплофикационная нагрузка в данном случае определяется по формуле , (45) где ,  - измеренные расходы конденсата греющего пара; ,  - энтальпии греющего пара; ,  - энтальпии конденсата греющего пара ПСВ; ,  - соответственно расход сетевой воды и повышение ее энтальпии. Энтальпия пара при использовании второго способа может быть определена исходя из начальной точки, соответствующей последней по ходу камере отбора с перегретым паром, и внутренних КПД отсеков от этой камеры до ВТО и НТО, получаемых по расчету завода-изготовителя. Погрешность этого метода обусловлена главным образом недостаточно надежными расчетными характеристиками промежуточного отсека и невозможностью точного определения состояния в камере отбора с перегретым паром. На основании анализа заводских материалов и результатов испытаний турбин типа Т в диапазоне расходов свежего пара свыше 60-70% номинального выявлено, что среднее по обоим подогревателям теплоиспользование греющего пара составляет порядка 2340-2390 кДж/кг (560-570 ккал/кг) для турбин с промперегревом Т-250/300-240 и 2180-2220 кДж/кг (520-530 ккал/кг) для турбин без промперегрева (близкое к этой последней величине значение отмечено и для турбин типа ПТ в тех же диапазонах расходов свежего пара и пара на входе в ЦНД). Это дает возможность упростить формулу (45) в тех случаях, когда это допустимо, с точки зрения точности результата. При небольших (в пределах 1-1,5%) расхождениях значений теплофикационной нагрузки, вычисленных по обоим способам с одинаковой степенью представительности, в качестве действительного ее значения для последующих расчетов во всех опытах можно принимать среднеарифметическое. При наличии значительных расхождений выбору действительного значения теплофикационной нагрузки должен предшествовать тщательный анализ сравнительной достоверности измерений по каждому из способов. К основным факторам, рассматриваемым при таком анализе, относятся, например, следующие: - соответствие сужающих устройств и мест их установки требованиям [4], наличие протоколов их технического осмотра и измерений; - значение амплитуды колебаний столбиков ртути в дифманометрах; - достоверность измерения нагрева сетевой воды. Расчет расходов по ступеням турбины После определения действительного расхода свежего пара в каждом из опытов можно переходить к вычислению расходов пара по ступеням турбины до конденсатора, используя для этого ранее вычисленные по уравнениям теплового баланса расходы пара на регенеративные подогреватели, измеренные расходы пара в регулируемые отборы и данные по протечкам пара через концевые уплотнения цилиндров турбины и уплотнения штоков регулирующих и стопорных клапанов. Целью определения расходов пара через все отсеки турбины вплоть до конденсатора является, во-первых, составление уравнения энергетического баланса турбоустановки с вычислением энтальпии отработавшего пара, а во-вторых, построение зависимостей давлений по ступеням от расхода через последующий отсек. Для схемы турбины K-200-130 ЛМЗ, представленной в приложении 7, уравнения разбалансировки расходов по отсекам выглядят следующим образом: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; , где  - расход свежего пара на турбину (перед стопорными клапанами ЦВД);  - расход свежего пара на входе в проточную часть ЦВД (после регулирующих клапанов ЦВД);  - расход пара через ступени от паровпуска ЦВД до I отбора;  - расход пара через ступени от I до II отборов;  - "сквозной" поток пара через ЦВД;  - расход пара после ЦВД;  - расход пара на ЦСД после регулирующих клапанов ЦСД;  - расход пара через ступени от паровпуска ЦСД до III отбора;  - расход пара через ступени от III до IV отборов;  - расход пара через ступени от IV до V отборов;  - расход пара через ступени от V до VI отборов;  - "сквозной" поток пара через ЦСД;  - расход пара на входе в ЦНД;  - расход пара через ступени от паровпуска ЦВД до VII отбора;  - расход пара через ступени от VII отбора до конденсатора турбины;  - "сквозной" расход пара через ЦНД;  - расход отработавшего пара (на выходе из ЦНД);  - расход пара в конденсатор турбины;  - расход пара через первые обоймы уплотнений ЦНД в конденсатор;  - расход пара, отсасываемого из второй камеры переднего уплотнения ЦВД;  - расход пара, отсасываемого из первой камеры заднего уплотнения ЦВД;  - расход пара, отсасываемого из первой камеры переднего уплотнения ЦСД;  - расход пара через первую обойму заднего уплотнения ЦСД; , , , , - расходы пара на подогреватели низкого давления, соответственно ПНД N 4, ПНД N 3, ПНД N 2, ПНД N 1. Расчет энтальпии отработавшего пара Для определения внутреннего относительного КПД ЦНД, а также для некоторых других расчетов, рассматриваемых далее, необходимо иметь значение энтальпии отработавшего пара, которое невозможно определить по прямым измерениям параметров ввиду того, что пар на выхлопе ЦНД конденсационных турбин является, как правило, влажным. Существуют косвенные методы определения энтальпии отработавшего пара, один из которых основан на расчете теплового баланса конденсатора, в другом используется баланс тепла и мощности турбины. Следует отметить, что способ, основанный на балансе конденсатора, требует высокой точности измерения расхода охлаждающей воды, так как погрешность в измерении этого расхода даже в 1% дает погрешность в определении КПД ЦНД примерно 5%. Поскольку наиболее распространенный метод измерения расхода охлаждающей воды с помощью сегментных диафрагм дает погрешность около 3%, то способ определения энтальпии отработавшего пара, исходя из баланса конденсатора, применяется очень редко. Ниже приведена формула (46) для расчета энтальпии отработавшего в ЦНД пара (), применительно к схеме, показанной в приложении 7. Эта формула получена из баланса теплоты и мощности турбины и позволяет определить КПД ЦНД с точностью 3%. Получение более точных результатов затруднительно, так как на погрешности определения  сказываются ошибки измерений практически всех параметров турбины (в том числе расходов и мощности):  (46) где  - расход пара после промежуточного перегрева; , , , , , ,  - расходы пара соответственно в I, II, III, IV, V, VI и VII отборы турбины;  - энтальпия свежего пара;  - энтальпия пара после промежуточного перегрева;  - энтальпия пара, отсасываемого от штоков клапанов ЦВД;  - энтальпия пара, протекающего через первую обойму переднего уплотнения ЦВД; , , , , , ,  - энтальпии пара соответственно I, II, III, IV, V, VI, VII отборов;  - энтальпия пара после ЦВД;  - энтальпия пара, протекающего через первую обойму заднего уплотнения ЦВД;  - энтальпия пара, протекающего через первую обойму переднего уплотнения ЦСД;  - энтальпия пара, отсасываемого от штоков клапанов ЦСД;  - энтальпия пара, протекающего через первую обойму заднего уплотнения ЦСД;  - электрическая мощность на выводах генератора;  - суммарные электромеханические потери турбины и генератора;  - суммарные тепловые потери турбоагрегата в окружающую среду, принимается по оценке [15]. 4. Расчет внутреннего относительного КПД цилиндров (отсеков) турбины Основной величиной, характеризующей уровень эффективности цилиндра (отсека) турбины, является его внутренний относительный КПД. Обычно значение внутреннего относительного КПД определяется от состояния пара перед паровпускными органами (), однако в ряде случаев может возникнуть потребность в определении значения этой величины от состояния перед соплами (), т. е. с исключением потерь от дросселирования в клапанах (). Внутренний КПД от состояния перед соплами, характеризующий эффективность проточной части, может быть рассчитан по данным опытов с полностью открытыми паровпускными клапанами либо с помощью построения процесса в  - диаграмме (рис.1). Рис.1. Расчет внутреннего относительного КПД с помощью i-s - диаграммы Рис.1. Расчет внутреннего относительного КПД с помощью  - диаграммы На рис.1 показан процесс расширения пара в цилиндре (отсеке) турбины. Точка  является началом процесса с параметрами пара , , . Точка  характеризует состояние пара после органов парораспределения, т.е. стопорных и регулирующих клапанов. Энтальпия пара в точках  и  неизменна; - - гидравлическое сопротивление органов паровпуска. Точка 2 характеризует состояние пара на выходе из цилиндра (отсека) с параметрами , , . Точки  и  являются конечными точками адиабатического процесса расширения из точек  и  до давления . Внутренний относительный КПД цилиндра (отсека) определяется как отношение  от состояния пара перед органами паровпуска и как  от состояния за органами паровпуска по следующим формулам: ; (47) , (48) где ,  - внутренние относительные КПД цилиндра (отсека) от состояния пара соответственно перед и за органами паровпуска. Энтальпии пара до и после цилиндра (отсека), а также в конце адиабатического процесса расширения находятся по соответствующим давлениям и температурам с помощью таблиц водяного пара [16]. Возможно также их определение по уравнениям термодинамического состояния пара, что особенно удобно при обработке данных на ЭВМ. При определении энтальпии пара после цилиндра (отсека) особое внимание следует обратить на расположение точек измерений температур. В некоторых случаях значение этой величины приходится определять из уравнения смешения. Например, если измерения температур организованы в трубопроводе после места подвода отсоса пара из переднего уплотнения ЦВД, энтальпию пара на выходе из ЦВД () следует определять по формуле , (49) где  - расход пара после ЦВД;  - расход пара, отсасываемого из первой камеры переднего уплотнения ЦВД;  - энтальпия пара после смешения;  - энтальпия пара, отсасываемого из первой камеры переднего уплотнения ЦВД. Значения внутренних КПД отдельных отсеков между двумя регенеративными отборами турбины, найденные по состоянию пара в паропроводах на соответствующие подогреватели, не могут считаться достаточно представительными как ввиду влияния высокотемпературных надбандажных перетечек, подмешивающихся к относительно небольшим расходам пара на подогреватели, так и из-за большого влияния погрешности измерения температур при незначительном теплоперепаде между ступенями отборов. По этим причинам наиболее достоверные значения КПД могут быть получены, во-первых, лишь при наличии точек измерений температуры и давления в конце процесса, расположенных в потоке пара большого расхода, и, во-вторых, при достаточно большом теплоперепаде отсека. Поэтому с наибольшей точностью удается определить лишь внутренние КПД цилиндров, работающих целиком в зоне перегретого пара с измерением параметров в выходных паропроводах (ресиверах). Для приближенной оценки КПД ЦНД, работающего, как правило, в зоне влажного пара, конечную энтальпию () следует привести либо к постоянному давлению отработавшего пара в конденсаторе, либо к переменному в зависимости от расхода пара в конденсатор. В процессе приведения необходимо сначала определить поправку к мощности турбины на давление отработавшего пара по сетке поправок или по "универсальной" кривой. Далее рассчитывается изменение энтальпии пара на выходе из ЦНД при переходе на номинальное давление отработавшего пара в конденсаторе по формуле , (50) где  - изменение энтальпии пара;  - поправка к мощности турбины при переходе от опытного к номинальному давлению пара в конденсаторе, полученная с учетом исключения влияния регенерации низкого давления, МВт (см. разд.Е.6.5);  - опытный расход отработавшего пара. Приведенная энтальпия отработавшего пара () определяется по формуле , (51) где  - опытная энтальпия отработавшего пара, определяется по формуле (46). 5. Расчет внутренней мощности цилиндров (отсеков) Для турбин с регулируемым отбором пара в целях последующего построения диаграммы режимов необходимо определить вначале внутреннюю мощность ЦВД (ЧВД) и ЦНД (ЧНД). Мощность ЦВД в условиях опытов рассчитывается по формуле , (52) где  - сквозной расход пара через ЦВД (получен из баланса расходов - разд.Е.2);  - использованный теплоперепад ЦВД до камеры П-отбора: ;  - сумма произведений значений отборов пара из ЦВД на регенеративные подогреватели и теплоперепадов от начала процесса до камеры соответствующего отбора. По измеренной в условиях опытов электрической мощности () с помощью кривой потерь турбоагрегата  определяется внутренняя мощность ЦНД по формуле . (53) 6. Приведение опытных данных к номинальным параметрам и проектной тепловой схеме Во время проведения испытаний не всегда удается собрать тепловую схему турбоустановки, полностью совпадающую с проектной. Это может быть вызвано наличием дополнительных постоянно действующих потребителей теплоты (мазутное хозяйство, калориферы котла, отопление), отклонениями расхода питательной воды от расхода свежего пара для не блочных установок и т.п. Кроме того, в определенных пределах могут отклоняться от номинальных значений начальные и конечные параметры пара, может нарушаться плотность арматуры на обводах ПВД и ПНД, по условиям работы котла возможен впрыск питательной воды в промежуточный пароперегреватель и т.п.