Jednym ze sposobów dostosowania układów łopatkowych turbin ciepłowniczych do pracy w warunkach zmiennego obciążenia, np. w związku z kogeneracją energii elektrycznej i ciepła, jest regulacja adaptacyjna. Podstawowym elementem regulacji adaptacyjnej jest stopień adaptacyjny umieszczony za upustem. Przy odprowadzeniu pary na cele ciepłownicze zmienna geometria układu łopatkowego kierownicy stopnia adaptacyjnego pozwala na redukcję masowego natężenia przepływu bez redukcji spadku ciśnienia w grupie kolejnych stopni położonych w dół przepływu od upustu. Wykorzystany zostaje pełny dostępny spadek ciśnienia, co pozwala na uniknięcie ekspansji pozałopatkowych, które poza tym, że są źródłem strat mocy turbiny wprowadzają dodatkowy element niepewności w pracy dyfuzora wylotowego.

W najbardziej typowym rozwiązaniu stopnia adaptacyjnego kierownice mają przestawne krawędzie wlotowe, które w miarę potrzeby blokują część kanału przepływowego redukując masowe natężenie przepływu, część A na rysunku poniżej. Konstrukcja mechanizmu przestawnego krawędzi wlotowych kierownic jest stosunkowo prosta, lecz sprawność przepływowa takiego układu pozostawia wiele do życzenia, zarówno dla otwarć pełnych jak i częściowych. Część B ukazuje inny przykład rozwiązania układu kierowniczego stopnia adaptacyjnego o tej samej konstrukcji mechanizmu przestawnego, lecz o bardziej złożonej linii podziału łopatki kierowniczej (Dejcz i in. [6.3]).

Interesujące rozwiązanie stopnia adaptacyjnego jest przedmiotem wniosku patentowego Puzyrewskiego. Kierownica stopnia adaptacyjnego charakteryzuje się obracaną krawędzią wylotową (tzw. lotką), która reguluje szerokość najmniejszego przekroju (gardła), a w porównaniu do konstrukcji z przestawną krawędzią wlotową zachowuje płynność kształtu profilu, również dla niskich poziomów otwarć, część C. Idea ta znalazła zastosowanie w turbinie 25 MW w Elektrociepłowni Łódź, alternatywnie do stopnia adaptacyjnego z przestawną krawędzią wlotową. Podobne rozwiązanie z obracaną kierownicą pokazano w części D.

Przykłady kierownic stopnia adaptacyjnego: łopatka z przestawną krawędzią wlotową (A), łopatka ze złożoną linią podziału (B), łopatka z obracaną krawędzią wylotową – lotką (C), obracana łopatka (D); 1 – pełne otwarcie kanału, 2 – otwarcie częściowe

Regulacja adaptacyjna stanowi ważny element dostosowania układu przepływowego turbin parowych do pracy w warunkach zmiennych obciążeń. Zweryfikowano numerycznie koncepcję regulacji adaptacyjnej w oparciu o stopień adaptacyjny z obracanymi kierownicami zachowującymi ciągłość kształtu profilu w całym zakresie otwarć. Rozważano sytuację kogeneracji energii elektrycznej i ciepła oraz sezonowych zmian ciśnienia w kondensatorze. Serię obliczeń przepływowych w oparciu o model 3D RANS w programie FlowER wykonano dla grupy dwóch stopni wylotowych części niskoprężnej turbin o mocy 50÷120 MW.

Stwierdzono, że w przypadku odprowadzenia pary do upustu odpowiednie przymknięcie kierownic stopnia adaptacyjnego położonego bezpośrednio w dół przepływu od upustu pozwala na wykorzystanie przez układ łopatkowy pełnego dostępnego spadku ciśnienia i uniknięcie ekspansji pozałopatkowych. W wyniku tego można uzyskać znaczny spadek strat przepływowych, szczególnie w stopniu wylotowym. Obserwuje się znaczny wzrost mocy grupy stopni odczuwalny w kontekście mocy całej turbiny. W badanej turbinie, w przypadku odprowadzenia 10% masowego natężenia przepływu pary do upustu bezpośrednio przed grupą dwóch stopni wylotowych, zyski mocy sięgają średnio 2,5 MW na każdy stopień z tej grupy.

Zmiana strat entalpii i mocy w kolejnych stopniach i w grupie stopni
w funkcji masowego natężenia przepływu