Основные физические величины в энергетике

В 1961 году в нашей стране была введена Международная система единиц (СИ). Однако до сих пор в силу привычек, а также недостатка на рабочих местах электростанций приборов с соответствующей градуировкой в практике используются и другие многочисленные единицы физических величин и их производных, а также различные внесистемные единицы. В данном разделе рассмотрены единицы измерения основных физических величин, используемых тепло- и электроэнергетиками.

Единицей измерения длины в системе СИ является метр. В метрах, например, измеряются длины турбоагрегатов (например, длина турбины мощностью 1200 МВт составляет около 48 м), размеры машинного зала тепловых электростанций, высотные отметки установки оборудования.

Для измерения размеров деталей обычно используют миллиметры. К примеру, длина лопатки третьей ступени турбины равна 1200 мм. В миллиметрах измеряют зазоры между деталями (например, радиальные зазоры между вращающимся ротором и статором составляют 0,5 - 1,5 мм), тепловых расширений турбины на фундаменте (они могут достигать 10 мм) и т.д.

Очень малые линейные величины измеряют в микрометрах (микронах): 1 мкм = 10^{-6 м. В микрометрах измеряют, например, размах вибраций корпусов подшипников турбины, толщину масляной пленки в опорных подшипниках, на вкладышах которых вращается ротор (обычно это 20 - 30 мкм).}

Для измерения массы в системе СИ, чаще всего используют килограмм и кратные ему величины: грамм и тонна. В килограммах измеряют массы отдельных деталей (например, масса рабочей лопатки третьей ступени длиной 960 мм равна примерно 12 кг), в граммах - например, значения масс балансировочных грузов, в тоннах - массу крупных объектов (например, полная масса турбины мощностью 500 МВт составляет около 1000 т).

Единицей времени в системе СИ является секунда. Секундами пользуются для анализа быстропротекающих процессов в системах автоматического регулирования турбин (и даже сотыми её долями), в проточных частях турбин, насосов, в паропроводах и трубопроводах. Минутами и часами обычно пользуются для описания менее быстрых процессов, например, длительности этапов пуска, нагружения, разгружения и остановки турбины, протекающих от нескольких минут до нескольких часов. Например, пуск паровой турбины после ночного простоя занимает 30 - 40 мин, а длительность пуска энергоблока после ремонта может достигать 3 - 5 ч.

В часах обычно измеряется наработка турбины и ресурсы различного типа. Например, ресурс составных частей оборудования энергоблоков за редким исключением должен быть не менее 200 тыс. ч, парковый ресурс большинства турбин составляет 170 - 220 тыс. ч, наработка турбины на отказ работоспособности (он должен быть не менее 5000 ч для паровых турбин и 3000 ч для газовых турбин).

Днями или сутками измеряются продолжительность ремонтов (например, продолжительность капитального ремонта для энергоблока мощностью 800 МВт: - 72-73 дня). Годами измеряются межремонтный срок службы турбины (он должен быть не менее 4 лет), срок службы турбины до списания (не менее 40 лет). Напомним, что 1 год = 8760 ч.

Температура в системе СИ измеряется в Кельвинах (К) (но не в градусах Кельвина!). Численно 1 °С = 1 К, а температуры в Кельвинах Т и градусах Цельсия t связаны соотношением:

.

Теплоэнергетики пользуются исключительно стоградусной шкалой (градусами Цельсия).

Рассмотренные единицы - длины, массы, времени и температуры (в Кельвинах) входят в состав основных единиц СИ. Все остальные единицы являются производными от основных. Площадь и объём обычно измеряются соответственно в квадратных (м²) и кубических (м³) метрах.

Частота вращения измеряется числом оборотов в секунду или минуту. Поскольку частота сети в нашей стране принята 50 Гц, то частота вращения турбоагрегатов, включённых в электрическую сеть составляет 50 или 25 об/с (соответственно 3000 и 1500 об/мин).

Сила и вес тел в системе СИ измеряется в ньютонах (Н). Однако на практике часто пользуются внесистемной единицей - килограмм-силы (кгс); при этом 1 кгс = 9,8 Н » 10 Н.

Давление и механическое напряжение (возникающее в теле под воздействием приложенных к нему сил) в системе СИ измеряются в паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Паскаль - это очень малая величина, поэтому используют кратные величины: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа). Иногда используют бары:

,

что примерно соответствует атмосферному давлению.

Полезно запомнить, что атмосферное давление равно примерно 100 кПа, а давление за конденсационной паровой турбиной составляет всего 3 - 8 кПа. Давление пара перед современными паровыми турбинами 12 - 30 МПа, перед газовыми турбинами 1,0 - 1,8 МПа. Рассмотренные единицы измерения давления в условиях эксплуатации оборудования электростанций не прижились, главным образом, по причине отсутствия на ТЭС приборов с градуировкой в паскалях. Эксплуатационный персонал ТЭС обычно пользуется техническими атмосферами (ат):

Кроме технических атмосфер, применяемых в технике, используют физические атмосферы (атм):

.

Часто давление измеряют с помощью ртутных приборов - высотой ртутного столба (мм рт. ст.). Например, упомянутое выше нормальное давление 1 атм = 760 мм рт. ст. и соответственно 1 мм рт. ст. = 133,3 Па.

Многое оборудование тепловых электростанций работает при давлении р меньшем, чем атмосферное давление В. Их разность

называется разрежением, и оно измеряется непосредственно прибором. Отношение

называется вакуумом, и этот термин чаще всего используется на ТЭС, когда речь идёт о разрежении. Если вакуум в конденсаторе составляет 95 %, а атмосферное давление 100 кПа, то значит, разрежение в конденсаторе составляет 95 кПа, а давление - 5 кПа.

Электрическая и тепловая энергия в системе СИ измеряется в джоулях (Дж), а мощность - в ваттах (Вт): 1 Вт = 1 Дж/с.

Электрическую мощность турбоагрегатов и электростанций обычно представляют в мегаваттах (1 МВт = 10⁶ Вт) или миллионах киловатт (1 МВт = 10³ кВт). Для очень мощных электростанций и энергосистем используют гигаватты (1 ГВт = 10³ МВт).

Количество электрической энергии обычно измеряют в киловатт-часах (кВт·ч). Очевидно

.

Количество тепловой энергии измеряется либо в джоулях, либо в калориях (кал): 1 кал = 4,1868 Дж. Чаще используются величины, кратные калории - килокалория (ккал), мегакалория (Мкал) и, особенно, гигакалория (Гкал):

.

Тепловая мощность (производительность тепла) обычно измеряется в Гкал/ч, но иногда и в мегаваттах. Необходимо отметить, что 1 Гкал/ч = 1,16 МВт. Например, теплопроизводительность мощной ТЭЦ с 5 энергоблоками 250 МВт составляет 1650 Гкал/ч = 1914 МВт.

Плотность или обратная ей величина - удельный объём измеряются соответственно в кг/м³ или м³/кг.