Тепловой расчет проточной части ЦВД Р-50/60-130/15

министерство  энергетики российской федерации

______________________________________________________________________межрегиональный заочный энергетический техникум

гоу  спо ивановского энергетического  колледжа  (мзэт  гоу  спо  иэк)

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

 

 

Дисциплина:    Турбинные установки тепловых электрических станций     

 

Специальность:  140101-01 Теплоэнергетические установки

 

Тема:     Тепловой расчет проточной части ЦВД   

Р-50/60-130/15

 

 

Разработал                                                                     Руководитель проекта

 

                               _________                         Анисимова И.А.  __________

                                    ___________                                                                       ____________

Шифр:


 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ


 

1. Описание теплофикационной паровой турбины        Р-50/60-130/15

4 стр.

2.Построение процесса и определение расхода пара на турбину

5 стр.

3. Расчет регулирующей ступени

8 стр.

3.1.Определение среднего диаметра  ступени.

8 стр.

3.2. Расчет сопловой решетки

8 стр.

3.3. Расчет рабочей решетки

12 стр.

4.Расчет проточной части области высокого давлении.

16 стр.

5. Фланцевое соединение горизонтального разъема.

24 стр.

Литература

27 стр.


 

 

 

 

 

 

 

 

1.ОПИСАНИЕ  ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ Р-50/60-130/15

   Паровая турбина с противодавлением Р-50/60-130/15 предназначеа для привода электрического генератора ТВФ-63-2 с частотой вращения 50 с-1 и отпуском пара для производственных нужд. Турбина Р-50/60-130/15 соответствует требованиям ГОСТ 3618-85, ГОСТ 24278-85 и ГОСТ 26648-86.

Номинальная мощность турбины N3 = 60 МВт, начальные параметры пара: P0 = 12,8 МПа; to = 560 °С, противодавление в конденсаторе Рк – 15МПа.

   Конструкция турбины. Турбина представляет собой одноцилиндровый агрегат с одновенечной регулирующей ступенью и 12 ступенями давления. Все диски ротора откованы за одно с валом. Парораспределение турбины с перепуском. Свежий пар подводится к отдельно стоящей паровой коробке, в которой расположен клапан автоматического затвора, откуда пар по перепускным трубам поступает к четырем регулирующим клапанам турбины.

   Четвертый регулирующий  клапан открывается одновременно  с пятым перегрузочным клапаном, перепускающим пар из камеры регулирующего колеса в камеру за четвертой ступенью.

   Концевые лабиринтовые уплотнения турбины выполнены без каминов, причем паровоздушная смесь из крайних отсеков уплотнений отсасывается в вакуумный охладитель. Для сокращения времени прогрева и улучшения условий пуска турбины предусмотрен паровой обогрев фланцев и шпилек и подвод свежего пара на переднее уплотнение.

   Турбина снабжена  валоповоротным  устройством, вращающим  ротор турбины с частотой  3,4 об/мин. Предусмотрено также специальное  устройство для автоматического  поворота ротора каждые 10 мин  на 180◦ при остановах турбины.

Фикспункт турбины расположен на раме заднего подшипника со стороны  генератора, и агрегат расширяется в сторону переднего подшипника.      Допускается пуск и останов турбины и последующее нагружение турбины после останова любой продолжительности. Общее число пусков за весь срок службы – 600.

   Лопаточный  аппарат турбины рассчитан и  настроен на работу при частоте  тока в сети 50 Гц, что соответствует частоте вращения ротора 50 с-1. Допускается длительная работа турбины при отклонениях частоты тока в сети в пределах от 49 до 50,5 Гц.


 

     

 

 

2. ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА ТУРБИНУ.

Номинальная мощность турбины N3 = 60 МВт, начальные параметры пара: P0 = 12,8 МПа; to = 560 °С, противодавление в конденсаторе Рк – 15МПа.

Состояние пара перед стопорным  клапаном турбины в h, s-диаграмме в точке 0 (рисунок 1.2) находится на пересечении изобары Ро = 12,8 МПа и изотермы I0 = 560 °С.

Давление пара перед соплами  регулирующей ступени точка 0' по формуле 

МПа.

Регулирующая  ступень принята одновенечного  типа.


Располагаемый перепад регулирующей ступени (рекомендации в начале раздела)

 кДж/кг.

При внутреннем относительном КПД  (рекомендации в начале раздела) полезно использованный перепад регулирующей ступени

 кДж/кг.

Отложив в h, s-диаграмме (масштаб h, s-диаграммы: 1 мм = 4 кДж/кг) кДж/кг, определим давление в камере регулирующей ступени

Располагаемый перепад ступеней давления ЦВД  определяется в h, s-диаграмме от точки 1/ по изоэнтропе 1/-2 до давления

Полезно использованный перепад

  кДж/кг.

Значение   из таблицы 1. [1]

Процесс в ЦВД по полезно использованному  перепаду заканчивается

в точке 2' .

 

 

Полезно использованный перепад основной турбины:

кДж/кг.

Расходы пара на основную турбину:

 

 

Механический  КПД турбины принимается                      равным 0,99. КПД генератора принимается равным 0,99.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 процесс расширения  пара в h,s диаграмме


 

 

 


3. РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ.


3.1.Определение среднего  диаметра ступени.

Зависимость от кДж/кг.

Фиктивная изоэнтропийная скорость пара, подсчитанная по располагаемому теплоперепаду ступени,

Окружная скорость вращения диска  по среднему диаметру ступени

 

Средний диаметр  ступени

 

 

где

 

3.2. Расчет сопловой решетки

 

 Располагаемый тепловой перепад  сопловой решетки

 

Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном расширении.

 

Рис.3.1. Процесс  расширения пара в регулирующей ступени  в h, s –диаграмме.

Число Маха для  теоретического процесса в соплах.

 

где - скорость звука на выходе из сопловой решетки при изоэнтропиином истечении:

 

где - давление за соплами мПа - удельный объем пара в конце процесса в соплах, м /кг точка а(Рис 3.1); - показатель изоэнтропы для перегретого пара.

По значению M1t выбирают тип решетки. При M1t ≤ 1,4 применяют профили решеток с суживающимися каналами. При М1t > 1,4 применяют профили, образующие расширяющиеся каналы. По значениям M1t и *1 выбирают тип профиля сопловой решетки из таблицы 2[1]. C-90-12A


Различают расчет сопл при докритическом и  сверхкритическом истечениях. Площадь выходного сечения сопловой решетки:

  • при докритическом истечении (M1t < 1)

 

 

где G - расход пара на турбину, определенный в разделе 1, кг/с;

- удельный объем пара в конце процесса в соплах, м /кг  точка а(рис.3.1);

  - коэффициент расхода сопловой решетки; принимается по графику, рисунок 2.3. [1]

Произведение степени парциальности  ступени на высоту сопловой решетки

 

Оптимальная степень парциальности.

 

Высота сопловой решётки

 

Число каналов сопловой решетки

 

где шаг сопловой решотки

 

Шаг сопловой решетки определяют из соотношения

  принимают по характеристике профиля из таблицы 2 [1].

Примечание. Хорда профиля решетки выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить достаточную прочность лопатки и жесткость диафрагмы в наиболее тяжелом эксплуатационном режиме. Табличное значение может не соответствовать этим требованиям. Значение следует выбирать таким, чтобы отношение находилось для регулирующей ступени в пределах 0,4÷0,6.


Если  известно, то  

Далее расчет следует выполнять двумя  способами: графически с помощью  треугольников скоростей и аналитическим путем.

Построение  треугольников начинают отложением угла от горизонтальной линии, условно изображающей плоскость вращения диска ротора. Точка начала луча второй стороны угла берется на горизонтальной линии в удобном месте. По лучу откладывают от начальной точки вектор действительной скорости потока на выходе из сопловой решетки в масштабе, дающем приемлемую точность расчета (5 м/с - 1 мм).


где - коэффициент скорости сопловой решетки;

где хорда профиля сопловой решетки, мм;- высота сопловой решетки, мм.

Вектор  окружной скорости откладывают от конца вектора строго параллельно линии плоскости вращения диска в том же масштабе, что и вектор . Замкнув треугольник от конца вектора и на начальную точку горизонтальной линии, получают вектор относительной скорости потока на входе в лопаточный аппарат и угол направления вектора этой скорости. Значение скорости получают по масштабу построения.

  

То же расчетом:

Угол 

Скорость 

 

 

 

 

 

3.3. Расчет рабочей решетки

 

Началом процесса в рабочей решетке в h, s-диаграмме будет точка b

 полученная на пересечении изобары и линии энтальпии, проходящей через конец отрезка (потери в соплах), отложенного от точки а - конца процесса в соплах. Тогда располагаемый перепад будет равен отрезку bc. кДж/кг. 

Теоретическая относительная скорость выхода потока пара из рабочей решетки

 

Выходная  площадь рабочей решетки

 

где - удельный объем пара в конце теоретического процесса рабочей решетки, м /кг точка с; - коэффициент расхода рабочей решетки; определяется в зависимости от степени реакции и значения перегрева пара. Высота рабочей решетки находится по условию ее перекрыши над сопловой

 

где и - перекрыши рабочей решетки над сопловой, соответственно, внутренняя и внешняя . Значения перекрыш приведены в таблице 3.[1]


Выходной  треугольник скоростей строят по углу и векторам скоростей и том же масштабе, что и для входного треугольника. Для этого находят значение - угла направления относительной скорости .

 

Число Маха

0

где k=1.3— показатель изоэнтропы для перегретого пара.

 

Действительная относительная  скорость пара на выходе из рабочей  решетки

 

где - коэффициент скорости рабочей решетки;

 

где - хорда профиля рабочей решетки.

 Профиль рабочей решетки выбирают по углу и . Выбираем хорактеристики профилей рабочей решетки таблица 2а [1]                 P-26-17A

Из выходного треугольника скоростей  находят абсолютную скорость и угол *2.

Те же величины расчетом:

 

 

   

 


Рис 3.2. Входной и выходной треугольники скоростей регулирующей ступени

 

Значения,   полученные   графически   и   расчетом,  должны   совпадать.   Погрешность - в пределах точности построения треугольников скоростей (около 1%).


Количество рабочих  лопаток.

 

где - шаг рабочей лопатки; - берется из характеристики профиля рабочей решетки (таблица 2а) [1].

 Изгибающее напряжение в лопатке

 

где - окружное усилие, действующее на лопатки,

 

- минимальный момент  сопротивления профиля (таблица  2а) [1].

 характеристика профиля не пересчитывается

Относительный лопаточный КПД ступени по потерям  энергии в проточной части  ступени

 

где потери энергии в  сопловой решетке

 

потери энергии в  рабочей решетке

 

 

 

потери энергии с выходной скоростью

 

Для контроля относительный лопаточный КПД подсчитывают по проекциям скоростей:


Для определения  значения внутренней мощности ступени  необходимо найти значение внутреннего относительного КПД ступени

 

где - относительные потери на трение;

 

где

относительные потери от парциального подвода пара;

 

где - относительная потеря от вентиляции;

относительная потеря по концам дуг сопловых сегментов.

 

 

 

где - ширина и высота рабочей решетки; п - число групп сопл (обычно п = 4). Внутренняя мощность ступени


4. РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ В ОБЛОСТИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.

1.Определяется диаметр первой ступени давления

 

 

Для проточной части с  одновенечной регулирующей ступенью

  мм.

 

2. Отношение скоростей 

 

 

где - эффективный угол выхода из сопловой решетки.

 - коэффициент скорости сопловой решетки;

 -степень реакции рабочей решетки первой ступени, 

3. Располагаемый тепловой перепад первой нерегулируемой ступени по параметрам  торможения перед ступенью.  

 

 

4.Тепловой перепад в сопловой решетке

 

 

 

 

 

5. Высота сопловой решетки

 

 

где - удельный объем пара в конце изоэнтропииного расширения в соплах, определяется из h, s-диаграммы при построении процесса отложением - теплового перепада в сопловой решетке;  

 - теоретическая скорость истечения пара из сопловой решетки:

 

- коэффициент  расхода сопловой решетки; определяется  по рисунку 2,3 [1]


по принятому значению *; е - степень парциальности ступени; принимается равной единице; -эффективный угол выхода потока из сопловой решетки; принимается в пределах 10÷14°.

6.Высота рабочей решетки первой ступени

 

 

где значения внутренней и внешней перекрыш (рисунок 2.5) приведены в таблице 3. [1]

7.Корневой диаметр ступени

 

8. Число ступеней первого отсека (цилиндра)

 

где -изоэнтропийный тепловой перепад отсека (цилиндра), кДж/кг (рисунок 3.1); - среднее значение теплового перепада ступеней отсека (цилиндра), кДж/кг,

 

 

где -ориентировочное число ступеней первого отсека (цилиндра),

 

где - располагаемый тепловой перепад по статическим параметрам пара перед ступенью, принятый одинаковым для всех ступеней отсека (цилиндра), кроме первой (для первой ступени располагаемые перепады по параметрам торможения и статическим параметрам равны); подсчитывается по формуле

 

где - перепады по параметрам торможения, равные для всех ступеней; - коэффициент, учитывающий разность в перепадах по статическим параметрам и параметрам торможения ступени,

-коэффициент  возврата теплоты.

 

где - для процесса в области перегретого пара;

 -берется по построению ориентировочного рабочего процесса турбины (раздел 1, таблица 1) [1].


9. Невязка должна быть распределена между ступенями:

 

 

 

 

 

Поправка к тепловому  перепаду ступени по статическим  параметрам

 

 

10. Скорректированный тепловой перепад ступени по статическим параметрам пара

 

 

Проверка корректировки

 

11. Расчет рабочих лопаток.

Расчет размеров второй ступени.

Диаметр и высота рабочей  лопатки 

 

Высота рабочей  решетки ступени

 

Высота сопловой решетки

 

Диаметр ступени  отсека


Расчет размеров третей ступени

Диаметр и высота рабочей  лопатки 

 

 


Высота рабочей  решетки ступени

 

Высота сопловой решетки

 

Диаметр ступени  отсека

 

Аналогично  рассчитываются с IV по ХIII ступень.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.4.1Процесс расширения пара в ЦВД турбины P-50/60-130/15

 

 

 

Сводная таблица расчета цилиндра высокого давления



Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин.

Формула, способ определения

Номер ступени i

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

1.Скоректированный располагаемый  тепловой перепад ступени по  статическим параметрам , кДж/кг

  

41,723

40,46

40,46

40,46

40,46

40,46

40,46

40,46

2.Удельный объем пара за рабочей  решеткой , м3/кг

из h,s диаграммы

0.038

0.040

0.045

0.050

0.057

0.062

0.07

0.08

3.Произведение высоты рабочей  лопатки на диаметр ступени , м2

  

-----

0.0327

0.0367

0.0408

0.0467

0.0507

0.0573

0.0654

4.Высота рабочей решетки , м

  

0.034

0.037

0.041

0.045

0.052

0.056

0.063

0.071

5.Высота сопловой решетки  , м

  

0.0344

0.035

0.038

0.042

0.049

0.052

0.059

0.067

6.Диаметр ступени , м

  

0.88

0.883

0.886

0.89

0.897

0.901

0.908

0.916




 

 

 


 

Сводная таблица расчета цилиндра высокого давления

 

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин.

Формула, способ определения

Номер ступени i

IX

X

ХI

XII

XIII

 

    

1.Скоректированный располагаемый  тепловой перепад ступени по  статическим параметрам , кДж/кг

  

40,46

40,46

40,46

40,46

40,46

2.Удельный объем пара за рабочей  решеткой , м3/кг

из h,s диаграммы

0.09

0.11

0.117

0.122

0.13

3.Произведение высоты рабочей  лопатки на диаметр ступени , м2

  

0.0735

0.09

0.0956

0.1

0.1065

    

4.Высота рабочей решетки , м

  

0.079

0.095

0.101

0.105

0.111

5.Высота сопловой решетки  , м

  

0.074

0.09

0.096

0.1

0.106

    

6.Диаметр ступени , м

  

0.924

0.94

0.946

0.95

0.956



 


 

 

 


5. СПЕЦИАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ.

ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО  РАЗЪЕМА.

1 – отверстие под динамометр; 2 – отверстие для отжимного  болта; 3 – отверстие под направляющую  колонку; 4 – колпачковые гайки; 5 – отверстие для подачи пара  в обнизок;         6 – отверстие под шпильку;  7 – наружный поясок; 8 -  внутренний  поясок; 9 – отверстие для отвода  пара из обнизка; 10 – контрольная  шпилька.

 

 

   Корпуса цилиндров турбины являются основными деталями их статоров и представляют собой оболочки сложной геометрии, состоящие их сопряженных соостных элементов цилиндрической, сферической, конической и тороидальной формой, служат для размещения в нем неподвижных (статорных) элементов ступеней и уплотнений турбины.

    Корпуса ЦВД и ЦСД  изготавливаются обычно литыми. В случаях когда нельзя изготовить  простые литые формы корпусов, их изготавливают саврно - литыми.  Цилиндры низкого давления современных  мощных турбин сваривают из  листовых и литых заготовок.


   Поскольку корпуса турбин имеют сложную форму толстостенной или тонкостенной оболочки с резкими изменениями поверхности, с фланцами и патрубками,  то в местах перехода от одной формы к другой наблюдается концентрация напряжений.

   Ответственным элементом  корпуса являются фланцевые соединения  горизонтального разъема. Плоскость  горизонтального разъема обычно  проходит через ось турбины.  Фланцы горизонтального разъема  имеют наибольшие ширину и  высоту в зоне максимального  давления и к выхлопной части  уменьшаются. Для создания контактных  напряжений, обеспечивающих плотность  разъема фланцы стягиваются шпильками.  Для точного фиксирования крышки  корпуса (верхней половины), относительно  нижней половины по одной две  или три шпильки с каждой  стороны корпуса выполняются  призонными (контрольными). На рисунке  показано отверстие 10 под такую  шпильку (болт). Диаметр призонных  шпилек должен быть достаточен  для предотвращения взаимного  смещения половин корпуса, которая  возможна за счет разности  температур полови. Сила от затяга  от крепежных шпилек хотя препятствуют  этим перемещения но не всегда  их устраняет. Крупные призонные шпильки могут быть одновременно и крепежными.

   Диаметры  крепежных шпилек  зависят от давления пара внутри  корпуса в месте их установки, расстояние оси шпильки от оси корпуса и допустимого напряжения материала шпильки по условиям релаксации напряжений (в области высоких температур). Затяжка шпилек производится с их предварительным нагревом. Шпильки изготавливаются с центральным отверстием, служащим для установки нагревательного приспособления, а также измерений удлинений шпильки с целью контроля усилия затяга.

   Для создания плотности  разъема шаг шпилек выбирается минимальным. По условиям минимального шага и минимально возможного расстояния оси шпилек до оси турбины применяется особая конструкция гаек 1 – колпачковая. Размер такой гайки (колпачковой части) меньше наружного диаметра ее резьбовой части (юбки) и находиться выше ее. Центральная часть каждой стороны фланца в зоне крепежных шпилек относительно стальной площади несколько заглублена (так называемая обнизка). Она разделяет  каждую сторону фланца на внутренний и наружний пояски 8,7 (рисунок). Обнизку используют для прогрева фланца и шпилек при пуски турбины. С этой целью осуществляется подача пара через отверстие 5, отсос пара осуществляется через отверстие 9.


   В лапах корпуса выполняются  специальные резьбовые отверстия  1 под динамометры, необходимые  для определения реакции опор  при выверке корпуса на фундаменте  во время монтажа турбины на  электростанции. Отверстие 3 служат  для установки направляющих колонок,  в вдоль которых опускается крышка корпуса при вскрытии или закрытии цилиндра. Отверстие 2 служат для ввинчивания отжимных болтов с целью первоначального отрыва крышки при вскрытии цилиндра

 

 

 


ЛИТЕРАТУРА

1.Логинов И.Г. Методические указания  к курсовому проекту по “Турбинным  установкам тепловых электрических  станций”-Иваново:МЗЭТ 2004.

2.Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. Паровые  и газовые турбоустановки. –М.: Энергоатомиздат, 1988.

3. Логинов И.Г. Задание на курсовой  проект по “Турбинным установкам  тепловых электрических станций”-Иваново:МЗЭТ 2000.

4.Отраслевой каталог по паротурбинным  энергетическим установкам.-Москва 1988.