Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский Государственный Энергетический Университет

Имени В.И. Ленина

Кафедра тепловых электрических станций

Тепловой расчет паровых турбин

Выполнила: студентка группы 3-9

Метелкина М.А.

Проверил: Асташев Н.С.

Иваново 2012



Аннотация

паровая турбина тепловой расчет

Турбину ПТ-80/100-130/13 (рис. 7.51) можно рассматривать как модернизированную турбину ПТ-60/75-130/13, однако модернизация ее столь значительна, что по существу это новая турбина. Турбина спроектирована на номинальную мощность 80 МВт, на начальные параметры 12,75 МПа и 555°С с производственным отбором при 1,3 МПа и отопительным отбором (см. табл. 7.3). Основное отличие тепловой схемы этой турбоустановки от тепловой схемы турбоустановки ПТ-60/75-130/13 состоит в использовании двухступенчатого подогрева сетевой воды. Верхний отопительный отбор производится при давлении 0,05 -- 0,25 МПа, а нижний -- при 0,03-- 0,1МПа. При нагреве сетевой воды в двух сетевых подогревателях регулятор давления поддерживает постоянство давления в верхнем отопительном отборе, а расход пара в нижний отопительный отбор -- нерегулируемый. При работе только одного сетевого подогревателя давление поддерживается в нижнем отопительном отборе. Конденсатор турбины имеет встроенный теплофикационный пучок, утилизирующий теплоту вентиляционного пропуска пара при работе турбины в режиме с противодавлением. Охлаждающим агентом пучка является сетевая вода. Развитая регенеративная система подогрева питательной воды обеспечивает на выходе ее температуру 249 °С. Коренной переделке подвергся валопровод турбины. Вместо двух опорно-упорных подшипников для каждого ротора установлен только один. Естественно, что при этом гибкую муфту, допускающую смещение, пришлось заменить жесткой. Ее полумуфты откованы заодно с 437 438 валами. Для уменьшения осевого усилия на колодки упорного подшипника в нерасчетных режимах направления потоков пара в ЦВД и ЦНД выполнены противоположными. Конструктивные различия турбин ПТ-60/75-130/13 и ПТ-80/130/13 имеются и в ЦНД. Две последние ступени ЧСД отделены от остальной проточной части большими камерами, первая из которых используется для верхнего теплофикационного отбора, а вторая -- для нижнего. Ротор ЦНД является комбинированным, однако в отличие от турбины ПТ-60/75-130/13 насадными выполнены только диски ЧНД. Размеры последних ступеней сравниваемых турбин совпадают. Система регулирования турбины включает в себя электрогидравлический преобразователь, повышающий быстродействие и улучшающий качество* регулирования.



Тепловой расчет паровой турбины

Тепловой расчет турбины выполняется в два этапа:

1-й этап -- предварительный (ориентировочный) расчет

2-й этап -- подробный расчет

Задачей ориентировочного расчета является определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням.

В подробном расчете определяются геометрические размеры регулирующей ступени и ее газодинамические характеристики, также выполняется построение h,S-диаграммы и треугольников скоростей.



1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ

1.1 Определение номинальной мощности ЦВД

По известным Р₀ и Р_к определяем тепловой перепад: кДж/кг КПД принимается

1.2 Построение рабочего ориентировочного процесса в ЦВД

1.2.1 Определяем давление перед соплами первой ступени Потери давления на впуске оцениваются в 34%. Следовательно, давление перед соплами первой ступени

МПа

1.2.2 Давление за последней ступенью ЦВД с учетом потери давления в выходном патрубке

МПа

с_в -- скорость потока в выходном патрубке, с_в=50 м/с -- коэффициент местного сопротивления патрубка, =0,04

1.2.3 По известным Р₀' и Р_к' определяем тепловой перепад проточной части: кДж/кг.

Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень.

1.2.4 Оценка экономичности регулирующей ступени

Внутренний относительный КПД для одновенечной регулирующей ступени

₀=0,02682 м³/кг

1.2.5 Построение ориентировочного процесса регулирующей ступени в i-s диаграмме

Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени

кДж/кг

Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени

кДж/кг

1.2.6 Оценка экономичности нерегулируемых ступеней ЦВД

Располагаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени:

кДж/кг

₁=0,03456м³/кг; ₂=0,1483 м³/кг;

кДж/кг



Определение состояния пара за ЦВД

Использованный тепловой перепад всего ЦВД

кДж/кг

Внутренний относительный КПД ЦВД

Ориентировочный процесс расширения пара в проточной части турбины в h,S-диаграмме



1.3 Ориентировочный расчет регулирующей ступени

Для одновенечных ступеней задаемся:

Степенью реакции регулирующей ступени, =0,06

Углом направления потока пара соплами, _1Э=15

Отношением скоростей, u/c₀=0,43

Условная теоретическая скорость по всему располагаемому тепловому перепаду

м/с

Располагаемый тепловой перепад в соплах

кДж/кг

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с

Окружная скорость на среднем диаметре регулирующей ступени

м/с

Средний диаметр ступени

м



Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки

м

Оптимальная степень парциальности

Высота сопловой решетки

мм

1.4 Определение размеров первой нерегулируемой ступени

Для активных турбин задаемся:

Следующими значениями теплоперепадов, h₀^I=35;40;45;50;60 кДж/кг

Степенью реакции ступени, _I=0,15

Величиной

Углом потока за српловой решеткой, _1Э=15

Таблица 1.1

Величина	Размер-ность	1	2	3	4	5
	кДж/кг	35	40	45	50	60
	--	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
	м/с	264,5751	282,8427	300,000	316,2278	346,4102
	м/с	132,2876	141,4214	150,000	158,1139	173,2051
	м	0,8421	0,900316	0,95493	1,006584	1,102658
	--	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
	кДж/кг	29,75	34	38,25	42,5	51
	м/с	243,9262	260,7681	276,5863	291,5476	319,3744
	м3/кг	0,033955	0,033521	0,03365	0,0352	0,033345
	мм	26,4	22,9	20,373	19,1805	15,1414
	--	12,8522	11,2457	9,9962	8,9965	7,4971
Энтальпия		3363,1438	3358,1438	3353,1438	3348,1438	3338,1438

Выбираем диаметр первой нерегулируемой ступени, число ступеней и высоту сопла:

Средний диаметр -- d^I=1,070434 (м)

Число ступеней -- z=8 шт

Высота сопла -- (мм)

1.5 Определение размеров и теплового перепада последней ступени ЦВД

Для проектирования проточной части с постоянным внутренним диаметром достаточно спроектировать последнюю ступень турбины с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр ее был равен внутреннему диаметру первой ступени, т.е. из условия d_k^I=d_k^Z. Для этого нужно выбрать соответствующий тепловой перепад на последнюю ступень. Эту задачу решают графическим способом. Задаются рядом значений d_Z (от d^I до 1,3d^I), и для каждого варианта находится внутренний диаметр. Последовательность расчета приводится в таблице 1.2.



Таблица 1.2

Величина	Размер-ность	I	II	III	IV
	м	1,070434	1,10254702	1,135623	1,16969
	м/с	168,058	173,09988	178,2928	183,64133
	--	0,5	0,5	0,5	0,5
	кДж/кг	56,4869	59,9271	63,5766	67,4534
	--	0,15	0,15	0,15	0,15
	кДж/кг	48,013865	50,938035	54,04011	57,33539
	м/с	309,8834	319,1803	328,7555	338,6307
		15	15	15	15
	м3/кг	0,17	0,17	0,17	0,17
	м	0,0819475	0,077243	0,072809	0,068627
	м	0,9884865	1,02530402	1,062814	1,101063

Находим: Средний диаметр последней ступени -- d_Z =1,09792 м Корневой диаметр последней ступени -- d_k^Z =1,02м H_z = 59,43149

1.6 Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада

Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производится следующее графическое построение. Берется в качестве базы отрезок прямой 200300 мм. На концах этого отрезка в определенном масштабе откладываются диаметры первой и последенй нерегулируемых ступеней. Соединяя концы этих отрезков проводим линию предпологаемого изменения диаметров. Для ЦВД мощных турбин значеня х₀, , _1Э выдерживаются постоянными, а линия диаметров может изображаться прямой линией. По графикам изменения диаметров и х₀ можно построить кривую изменения тепловых перепадов.

На основании этих зависимостей определяется средний тепловой перепад на одну ступень

Где m -- число отрезков

Число нерегулируемых ступеней

,где

-- коэффициент возврата теплоты;

Т.к. весь процесс в области влажного пара, то k=4,310^-4

Таблица 1.3

№ ступени	Диаметр	h0 по графику	h - поправка	Коррект. величина	Степень реакции,	Угол. 1э
1	1,070434	56,64	-12,7876	43,8524	0,15	15
2	1,073182	57,19554	-12,913	44,282549	0,15	15
3	1,075931	57,47469	-12,976	44,49869	0,15	15
4	1,078679	57,75384	-13,0393	44,71454	0,15	15
5	1,081428	58,03299	-13,102135	44,930855	0,15	15
6	1,084177	58,31214	-13,1651	45,14704	0,15	15
7	1,086925	58,59129	-13,22818	45,363114	0,15	15
8	1,089674	58,87044	-13,2912	45,57924	0,15	15
9	1,092422	59,14959	-13,3542	45,79539	0,15	15
10	1,091714	59,42874	-13,4172	46,01154	0,15	15
11	1,09792	59,43149	-13,4178	46,013	0,15	15

кДж/кг

кДж/кг

шт



2. ПОДРОБНЫЙ РАСЧЕТ СТУПЕНЕЙ ЦВД

2.1 Расчет регулирующей ступени

Задачей расчета является определение геометрических размеров ступени, определение КПД и мощности. А также выбор профилей сопл и рабочих лопаток.

Из ориентировочного расчета неизменными остаются величины:

Располагаемый тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг

Диаметр регулирующей ступени 2 м

Отношение скоростей

Степень реакции регулирующей ступени =0,06

2.1.1 Расчет сопл регулирующей ступени

Режим истечения докритический.

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с

Площадь выходного сечения сопл

_1t=0,035355 м³/кг ; коэффициент расхода _1t=0,616051;

Выбираем из графика II-1: =0,942



м²

= 0,5435

Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки

мм

Высота сопловой решетки

мм

2.2 Выбор профиля сопловой лопатки

Число Маха

По _1э=15 и М_1t=0,5746 по каталогу профилей выбираем профиль С-90-15А

Относительный шаг -- t = 0,85

Угол установки -- _у = 33

Ширина решетки -- B₁=34 мм

Хорда профиля -- мм

1.1. Шаг решетки -- t₁ = b₁t =62,4270,85=53,063 (мм)

Число сопловых лопаток 

шт

Уточняем шаг решетки

мм

Выходная ширина сопловых каналов

мм

2.3 Определение потерь сопловой решетки

Из атласа профилей: _атлас = 0,033503

Тепловая потеря в сопловой решетке

кДж/кг

Скоростной коэффициент

Действительная скорость истечения из сопл

м/с 

2.4 Одновенечная ступень

К определению выходного угла лопаток рабочего венца

₁ = 28

м/с

м/с

кДж/кг

Потери в лопатках венца

Из атласа профилей _атлас=

Действительная скорость

м/с

Потеря энергии в рабочих лопатках

кДж/кг

₂ = 78,9

м/с

Выбор профиля рабочих лопаток

Число Маха

Профиль рабочих лопаток -- Р-28-24-А

Относительный шаг -- t = 0,65

Хорда профиля -- b₁ = 25 мм

Шаг решетки -- t₁ = b₁t =250,65=16,25 мм

Число рабочих лопаток

шт

Уточняем шаг решетки

Уточняем относительный шаг решетки



Выходная величина рабочей решетки

Относительный лопаточный КПД

Где потери тепла с выходной скоростью: кДж/кг

2.5 Определение внутреннего относительного КПД

Потери на трение и вентиляцию

( кВт)

Тепловая потеря на трение и вентиляцию

кДж/кг

Относительная потеря на трение и вентиляцию



Потеря на выколачивание застойного пара

Где: m = 4; B₂ = 25 мм -- ширина ряда рабочих лопаток

Потери тепла на выколачивание

кДж/кг

Внутренний относительный КПД ступени

Использованный тепловой перепад ступени

кДж/кг

Внутренняя мощность

кВт

2.6 Определение расхода пара через нерегулируемые ступени

Расход пара на входе в нерегулируемые ступени будет меньше, чем расход через регулирующую ступень, на величину утечки через переднее концевое уплотнение т.е.:



Треугольники скоростей.

c₁=375,22926

c₂=90,689

u=182,434

щ₁=206,86404

щ₂=218,79625

Размещено на Allbest.ru