Bilans T i TZ: Bilans Energetyczny T sporządza się w odniesieniu do zużycia strumienia ciepła przez T będącego różnicą między ciepłem doprowadzonym do zespołu turbinowo-prądnicowego w jednostce czasu a użytecznym ciepłem odprowadzonym w jednostce czasu. Strumień ciepła doprowadzony podczas badanego obciążenia równa się mocy elektrycznej zespołu oraz sumie wszystkich strat występujących w danym turbozespole: Qp = [Qel] + Sw + [Sg] + Sm + Sdł + Sr + (Qu) gdzie Qp – strumień ciepła doprowadzony do T wraz z parą Qp = Mpip ; Qel=Nel – moc elektryczna turbozespołu (Qel = Qug = Qu – Sg) ; Sg=Ng – starty mocy w generatorze; Sm=Nm – moc strat mechanicznych w T[Sm = Ni(1-m)] ; Sw=Qw – strumień ciepła przejęty przez wodę chłodzącą w SK [Qw = Mwcw (tw2 – tw1)]; Sdł=Qdł – strumień ciepła odprowadzony z parą dławnic zewnętrznych do otoczenia (strata dławienia); Sr – reszta strat (strata promieniowania, przewodzenia oraz błędy badań); Qu = Nu – moc użyteczna mierzona na sprzęgle łączącym T z maszyną roboczą (Nu = Ni – Sm = mNi = Nel/g = Nel+Sg) Bilans T z laborki: Qdost – ciepło dostarczone do turbiny ; Qreg – ciepło przekazane do obiegu regeneracji ; Qciep – ciepło przekazane do sieci cieplnej ; Qu – ciepło zużyte przez T (moc użyteczna T) ; Qsm – strumień ciepła oddany ze stratami mechanicznymi ; Qr – strumień ciepła oddany z resztą strat ; Qel – moc elektryczna ; Qse – strumień strat elektrycznych Bilans T: Qdost = Qreg+Qciep+Qu+Qsm+Qr Bilans TZ: Qdost = Qreg+Qciep+Qel+Qse+Qsm+Qr gdzie Qdost = m1i1 ; Qreg = mIiI + mIIiII + mIIIiIII + mIViIV ; Qciep = mViV + mVIiVI ; Qu = Ni m ; Qsm = Ni – Qu ; Qel = Qu g ; Q¬se = Qu – Qel ; Moce dla T kondensacyjnej z podgrzewem regeneracyjnym: 1)moc teoretyczna: Nt = M1[(i1 – iVs)+(iV -iIVs)(1-5)+(iIV-iIIIs)(1-5 -4)+(iIII-iIIs)(1-5 -4 -3)+(iII-iIs)(1-5 -4 -3 -2)+(iI-i2 ‘s)(1-5 -4 -3 -2 -1)] 2)moc wewnętrzna: Ni = M1[(i1 – iV)+(iV -iIV)(1-5)+(iIV-iIII)(1-5 -4)+(iIII-iII)(1-5 -4 -3)+(iII-iI)(1-5 -4 -3 -2)+(iI-i2)(1-5 -4 -3 -2 -1)] 3)moc użyteczna (mierzona na sprzęgle łączącym T z maszyną roboczą): Nu = Nel/gen = Ni – Sm przy czym sprawność prądnicy g musi być odczytana z wykresów otrzymanych na podstawie badań wykonywanych u wykonawcy. g można również założyć z pewnym błędem na podstawie danych z literatury znając moc turbozespołu. Bezpośredniego pomiaru mocy na sprzęgle za pomocą różnego typu dynamometrów można dokonać w zasadzie w hamowni fabrycznej względnie w laboratorium badawczym 4)moc elektryczna (turbozespołu): określa się ją w zależności od rodzaju prądnicy: *prądnica 3-fazowa z uziemionym punktem zerowym (metodą 3 watomierzy) *prądnica 3-fazowa z izolowanym punktem zerowym (2 watomierze) *prądnica 1-fazowa (1 watomierz) *prądnica prądu stałego (na podstawie pomiaru U iI): Nel = (UI)/1000 Dla prądu 1-fazowego: Nel = cos IU zaś dla 3-fazowego: Nel = cos 31/2 IU 5)zużycie strumienia ciepła (przedstawia różnicę między „i” pary doprowadzonej do T i „i” strumienia pary lub skroplin odprowadzonych z układu): Q = M1i1 – M6i6 Sprawności: 1)wewnętrzna: i = Ni/Nt Charakteryzuje ona wysokość strat zachodzących podczas ekspansji pary w T 2)mechaniczna T: m = (Ni – Nm)/Ni = Nu/Ni nazywamy stosunek mocy użytecznej do mocy wewnętrznej. Określa ona wielkość strat spowodowanych oporami mechanicznymi Nm (tarcie w łożyskach i ewentualnie w przekładni) oraz stratę energii potrzebnej na napęd z wału turbiny pompy olejowej i układu regulacyjnego (m = 0,94-0,99) 3)ogólna T: o = im 4)generatora: g = Nel/Nu 5)turbozespołu: tz = Nel/Nt = img = o g Wielkości charakterystyczne: a)wskaźnik jednostkowego zużycia pary (turbozespół): m = M1/Nel b) wskaźnik jednostkowego zużycia pary (turbina): mi = M1/Nu c)jednostkowe zużycie ciepła nazywamy stosunek zużycia ciepła Q do mocy wewnętrznej T Ni: qi = Q/Ni lub mocy turbozespołu: qtz = Q/Nel Próżnia w skraplaczu: Prawidłowa praca skraplacza (SK) ma duży wpływ na bezawaryjną pracę i wielkość jednostkowego zużycia ciepła przez T kondensacyjną. Występujący podczas eksploatacji spadek próżni w SK może być spowodowany przez: *nieszczelność połączeń kołnierzy i zasuw pracujących w podciśnieniu *wadliwe działanie urządzeń do odsysania mieszaniny powietrzno-parowej (strumienice parowe lub wodne, pompy próżniowe) *zmniejszenie się ilości wody chłodzącej doprowadzanej do SK *zbyt wysoka „t” wody chłodzącej *zanieczyszczenie powierzchni rurek od strony wewnętrznej w SK *pęknięcie rurek w SK. Wielkość próżni w SK: a = [(pot – p2)/pot]100% Miernikiem jakości pracy SK w wypadku niewystąpienia ograniczeń wysokości próżni ze wzg. na konstrukcję ostatnich stopni T jest współczynnik jakości próżni: ks = p2/pn gdzie pn – ciśnienie pary nasyconej odpowiadające temperaturze wody chłodzącej na dopływie do SK. Wielokrotnością chłodzenia nazywamy stosunek ilości wody chłodzącej doprowadzonej do SK Mw do ilości skroplin: w = Mw/Mk Pomiar ciśnienia: Ciśnienie powyżej 2,5 bar mierzy się za pomocą manometrów kontrolnych z rurką Bourdona o tak dobranym zakresie pomiarowym aby błąd wyniku pomiaru nie przekraczał 1%. Należy również zwrócić uwagę na prawidłowe podłączenie manometru oraz ewentualnie uwzględnić poprawkę na wpływ „p” słupa cieczy w przewodzie łączącym punkt pomiaru z manometrem. Do pomiaru „p” poniżej 2,5 bar oraz różnic ciśnień stosuje się manometry rtęciowe. Przy występujących w praktyce zmianach wysokości „p” dokładność odczytu na ogół nie przekracza 1,3 mmHg. Największe trudności sprawia prawidłowy pomiar podciśnienia w skraplaczu T. Manometry zainstalowane w różnych punktach króćca odlotowego T mogą dawać różne wskazania ze wzg. na rozkład prędkości w strumieniu pary odlotowej. Bardzo ważne jest także zainstalowanie punktu odbioru „p” tak aby uniknąć wpływu ciśnienia dynamicznego które w króćcach odlotowych T o dużej mocy może wynosić około 50% ciśnienia statycznego. W przypadku przeprowadzania prób stwierdzających dobrą szczelność SK można skontrolować wskazania manometru przez pomiar „t” w przestrzeni parowej SK turbiny. Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego stosujemy dokładny barometr rtęciowy. Pomiar temperatury: Do pomiaru „t” stosujemy najczęściej termometry rtęciowe. Powszechnie stosowane są również termometry oporowe i termoelementy, zwłaszcza w wypadkach wysokich „t” i trudno dostępnych miejsc pomiaru „t” ze wzg. na właściwości zdalnego odczytu i zapisu automatycznego. Wymaganą dokładnością pomiaru „t”, wynoszącą przeważnie 0,5%, można osiągnąć stosując wzorcowane termometry rtęciowe lub oporowe z uzwojeniem platynowym. W zakresie do 273K stosowane są również termoelementy żelazokonstantan o błędzie wskazań 0,55%. Pomiar różnicy temperatur wody chłodzącej na wyjściu i wejściu do SK przeprowadza się wzorcowanymi termometrami rtęciowymi z działką elementarną 0,1K lub zwielokrotnionymi termoparami Fe-Ko lub Cu-Ko (4-5 termopar połączonych w szereg). Przy pomiarze zwielokrotnionymi termoparami spoiny pomiarowe należy umieścić w rurociągu wylotowym, spoinę odniesienia zaś w rurociągi wlotowym do SK. Ze wzg. na możliwość występowania rozkładu temperatur w rurociągu wylotowym należy zwrócić szczególną uwagę na dobre przemieszanie strug przed punktem pomiaru „t”, tak by pomierzone różnice temperatur w poszczególnych przekrojach rurociągu nie przekraczały 0,1K. W wypadku gdy ten warunek jest niemożliwy do spełnienia zaleca się stosowanie po jednym termometrze na każde 0,2m2 przekroju rurociągu. Temperatury należy mierzyć dokładnością dla: *pary dolotowej (5K) *pary upustowej (5K) *kondensatu (0,2K) *wody chłodzącej (0,2K).
Pomiar natężenia przepływu: Decydujący wpływ na dokładność wyników badań zużycia pary przez T ma dobór właściwy metody pomiarowej. Najdokładniejszą metodą jest ważenie kondensatu, minimalny błąd w tej metodzie wynosi około 0,25%. Metoda ta jednak, podobnie jak użycie zbiorników mierniczych (błąd 0,5%), jest bardzo kosztowna i skomplikowana oraz niemożliwa do zrealizowania przy pomiarze dużego natężenia przepływu pary w nowoczesnych, wysokoprężnych turbozespołach o dużej mocy. Do pomiaru „D” pary powszechnie używa się więc normalnych zwężek pomiarowych (dysze i kryzy) połączonych z manometrami różnicowymi typu laboratoryjnego napełnionych rtęcią lub w przypadku niewielkich spiętrzeń cieczą manometryczną nie mieszającą się z wodą (czterobromoetan, chloroform). Zwężki pomiarowe muszą być wykonane i zabudowane na rurociągu zgodnie z obowiązującą normą. Do obliczeń średnicy zwężki konieczna jest znajomość parametrów czynnika przed zwężką. Błąd pomiaru „D” pary wynosi 1,5% a „D” kondensatu 1,25%. Przez uprzednie przewzorcowanie normalnej zwężki Venturiego za pomocą zbiorników mierniczych można zmniejszyć błąd pomiaru „D” kondensatu do 0,5 – 0,8%. Pomiar „D” kondensatu skroplin można przeprowadzić za pomocą: *zwężki *danaidy *metody objętościowej mierząc w cechowanych zbiornikach objętość skroplin i uwzględniając przy obliczeniu „D”, temperaturę skroplin *metody wagowej przez kierowanie skroplin na przemian do 2 zbiorników ustawionych na wagach; dopływ skroplin sterowany jest za pomocą kurka trójdrożnego, a zbiorniki muszą mieć w celu skrócenia czasu opróżniania otwory wypływowe o dużym przekroju; podczas napełniania zbiornika należy mierzyć czas stoperem aby określić masowe „D”. Pomiar „D” wody chłodzącej wyznacza się przeważnie na podstawie bilansu cieplnego SK turbiny w oparciu o możliwie dokładne pomiary „t” wody chłodzącej na wlocie a zwłaszcza na wylocie ze SK Pomiar strat mechanicznych: Sprawność mechaniczna T: m = Nu/(Mihi) gdzie Mi – masowe natężenie przepływu pary przez poszczególne odcinki T; hi – rzeczywisty spadek „i” (przy pominięciu start dławic wewnętrznych). Określenie m na podstawie tego wzoru napotyka trudności wówczas gdy przez ostatnie stopnie T przepływa para nasycona wilgotna. W tym wypadku straty mechaniczne można określić napędzając T przez możliwie krótki czas używając jako silnika prądnicę przy odciętym dopływie pary. Po uwzględnieniu strat elektrycznych i mechanicznych prądnicy (trzeba znać fabryczną charakterystykę) otrzymuje się straty mechaniczne T powiększone jednak o straty tarcia i wentylacji jej wirników. Dla T kondensacyjnych i upustowo-kondensacyjnych pomiary (w celu określenia strat mechanicznych) muszą odbywać się przy załączonym zasilaniu pary do dławnic oraz załączonych strumienicach w celu wytworzenia możliwie wysokiej próżni w SK. Wykonując co najmniej 3-krotnie pomiary przy różnych „p” w kadłubie T można wyznaczyć straty mechaniczne bez strat tarcia wirników wewnętrznych kadłubów. Konieczny jest pomiar strat Nm w funkcji średniej gęstości pary wypełniającej korpus. Średnią gęstość pary określa się na podstawie pomiaru „p” i „t” w części wlotowej i wylotowej T celem określenia gęstości właściwej na wlocie 1 i wylocie 2 : śr = (1 + 2)/2 Wartość strat mechanicznych odczytamy z wykresu dla punktu przecięcia się krzywej Nm = f() z osią rzędnych. Straty mechaniczne T można również wyznaczyć na podstawie krzywej wybiegu, znając moment bezwładności mas wirników T, prądnicy i wzbudnicy Pomiar mocy elektrycznej: Do pomiaru mocy na zaciskach prądnicy przy pomiarach odbiorczych i kontrolnych stosuje się przyrządy pomiarowe klas 0,2-0,5. Przyrządy tablicowe nawet przewzorcowane nie mogą być stosowane do pomiaru mocy ponieważ ich błąd wskazań wynosi zazwyczaj 1-1,5%. Pomiar mocy silników elektrycznych do napędu urządzeń pomocniczych turbozespołu mogą być wykonane przez uprzednio przewzorcowane przyrządy pomiarowe – tablicowe kalsy 1,0 Pomiar prędkości obrotowej: przeprowadza się za pomocą techometru zbudowanego na stale w koźle łożyskowym T po uprzednim sprawdzeniu jego działania. Pomiar prędkości obrotowej T można przeprowadzić również za pomocą elektronicznego licznika obrotów z odczytem cyfrowym. Przy próbach działania układu regulacji celowe jest zainstalowanie dodatkowo oscyloskopu z układem zapisującym. Wielkości charakteryzujące wewnętrzną pracę silnika: Informacje o tych wielkościach nie są potrzebne do eksploatacji S ale bądź same służą jako wielkości porównawcze bądź też są niezbędne do ich obliczenia. Do wielkości tych należy: 1)Moc indykowana Ni – suma mocy rzeczywistych procesów termodynamicznych realizowanych w poszczególnych cylindrach S obliczona na podstawie wykresów indykatorowych 2)Moc strat mechanicznych – NM określa się jako różnicę mocy indykowanej i całkowitej: NM = Ni – NC Moc ta głównie zużywana jest na pokrycie strat tarcia wynikających w obrotowych i suwliwych połączeniach silnika 3)Średnie ciśnienie indykowane pi Dla poszczególnych cylindrów jest to średnia wartość „p” rzeczywistego obiegu roboczego danego cylindra wyznaczoną na podstawie wykresów indykatorowych. Dla całego S jest średnią arytmetyczną ze średnich „p” indykowanych poszczególnych cylindrów: pi = 1/kpij 4)Średnie „p” efektywne – pe Odnosi się tylko dla całego S. Jest umowną wielkością średniego „p” w cylindrach, odpowiadającą mocy efektywnej: pe = 2Nu/100Vsn (S 4-suwowy); pe = Nu/100Vsn (S 2-suwowe). Pe jest jednym ze wskaźników jakości pracy S. 5)„p” tarcia – pt zwane też „p” start mechanicznych, jest analogiem pe do mocy strat mechanicznych: pt = pi – pe
