Теплофикационные П. т. служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. К ним относятся П. т. с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. У П. т. с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой П. т., зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной П. т. или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии. В П. т. с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень П. т.) выбирают в зависимости от нужных параметров пара. У П. т. с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему. Давление пара П. т. для отопительных целей обычно составляет 0,12 Мн/м 2 , а для технологических нужд (сахарные, деревообрабатывающие, пищевые предприятия) 0,5—1,5 Мн/м 2 .
П. т. специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся П. т. мятого пара, двух давлений и предвключённые (форшальт). П. т. мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющий давление немного выше атмосферного. П. т. двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней. Предвключённые П. т. представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих П. т. направляют в другие П. т. с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых П. т. возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции П. т.
П. т. специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные П. т., а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.
Все стационарные П. т. имеют нерегулируемые отборы пара из 2—5 ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. В СССР установлено 4 ступени начальных параметров пара: давление 3,5 Мн/м 2 , температура 435 °С для П. т. мощностью до 12 Мвт ; 9 Мн/м 2 , 535 °С для П. т. до 50 Мвт ; 13 Мн/м 2 , 565 °С для П. т. до 100 Мвт и 24 Мн/м 2 , 565 °С для П. т. мощностью 200 и 300 Мвт . Давление отработавшего пара 3,5—5 кн/м 2 . Удельный расход тепла от 7,6 кдж/ (вт?ч ) у самых мощных П. т. до 13 кдж/ (вт?ч ) у небольших конденсационных турбин.
Тепловой процесс паровых турбин. Кинетическая энергия, приобретённая паром при его расширении, эквивалентна уменьшению его энтальпии в процессе расширения. Работа пара (в кгс?м , 1 кгс?м = 10 дж ) равна:
W= 427(i0 - i1 ),
а скорость истечения (в м /сек ):
где i — начальная, a i1 — конечная энтальпия пара. Мощность (в квт ), которую можно получить от турбины при расходе пара D кг/ч , равна:
а расход пара (в кг/ч ) соответственно
Если под i — i1 подразумевается адиабатическое изменение энтальпии, то вышесказанное справедливо только для идеальной П. т., работающей без потерь. Действительная мощность на валу реальной П. т. (в квт ) равна:
где hое — относительно эффективный кпд, представляющий собой отношение действительной мощности, полученной на валу П. т., к мощности идеальной турбины.
где d e — расход пара в кг/ (квт?ч ). Для существующих П. т. удельный расход пара определяется экспериментально, а i — i1 находят по i—s диаграмме (см. Энтропия , Энтальпия ). В активной П. т. свежий пар с давлением p и скоростью c поступает в сопло и расширяется в нём до давления p1 , при этом скорость пара возрастает до c1 , с которой поток пара и входит на рабочие лопатки. Поток пара, оказывая давление на лопатки вследствие изменения направления в криволинейных междулопаточных каналах, заставляет диск и вал вращаться. На выходе с лопаток поток пара имеет скорость c2 меньшую, чем c1 , так как значительная часть кинетической энергии преобразовалась в механическую энергию вращения вала. Давление p1 на входе в канал равно давлению p2 на выходе из него, так как междулопаточные каналы имеют одинаковое сечение по длине и расширения пара в них не происходит (у реально существующих активных турбин сечения междулопаточных каналов выполняют несколько возрастающими по ходу пара для сохранения равенства давлений на входе и выходе, так как энтальпия пара при его протекании между лопатками увеличивается из-за трения и ударов о кромки лопаток). Однако в различных местах криволинейного канала давления неодинаковы: именно разность давлений на вогнутую и выпуклую сторону каждой лопатки создаёт момент, заставляющий ротор вращаться. Таким образом, в активной турбине падение давления пара происходит в сопле (или нескольких соплах), а давление пара при входе на лопатки и выходе с них одинаково.
Кинетическая энергия будет полностью использована, если абсолютная скорость пара c 2 при выходе с лопаток равна нулю. Это условие соблюдено, если c 1 = 2u , где u — окружная скорость. Окружная скорость (в м/сек ) равна:
где d — средний диаметр лопаточного венца в м , a n — частота вращения в мин. Следовательно, оптимальная окружная скорость лопаток должна быть
Очевидно, что в реальной турбине c 2 не может быть равна 0, т.к. пар должен уходить с лопаток в конденсатор. Однако выходную скорость стремятся получить минимальной, т.к. кинетическая энергия уходящего потока пара представляет собой потерю полезной работы. Отступление от оптимального отношения
