Тепловой расчет турбины К-200-130 ЦВД

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ УКРАИНЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: «Паровые турбины ТЭС и АЭС»

                 на тему: «Тепловой расчет турбины  К-200-130 ЦВД»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы

Проверил:

доц. кафедры 

«Промышленная теплоэнергетика»                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2007

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ПАРА НА  ТУРБИНУ

 

1. Выбор расчетной мощности турбины

 

В задании на проектирование турбины  задается номинальная электрическая  мощность, на которую производится расчет турбины. Для высоко экономических конденсационных турбин большой мощности.

 

 

где - расчетная электрическая мощность турбогенератора, кВт;

       -номинальная электрическая мощность турбогенератора, кВт.

 

2. Построение ориентировочного рабочего процесса турбины и определение расхода пара (для турбин без регулируемых отборов пара)

 

По параметрам пара и определяется точка состояния пара перед стопорным клапаном в hS - диаграмме (рис 1А) с Давление пара перед соплами регулирующей ступени с учетом потерь в стопорном, регулирующих клапанах и перепускных паропроводах:

 

                                                         

                                                     (1)

 

 

Точка определяет состояние пара перед соплами регулирующей ступени в hS -диаграмме. Давление за последней ступенью с учетом потерь в выходном патрубке:

 

                                                      

                                                        (2)

 

где - давление в конденсаторе или на выхлопе турбины с противодавлением, МПа;

       С_вп - средняя скорость потока;

        для конденсатных турбин С_вп=100-120м/с.

Принимаем       С_вп=120м/с.

       - коэффициент, учитывающий аэродинамические качества выхлопного патрубка;

         для конденсационный турбин .

Принимаем .

 

 

 

Расчет пара на турбину по предварительно заданному КПД (без учета утечек через концевые уплотнения):

 

                                                                   

                                                              (3)

 

где - располагаемый теплоперепад на проточную часть турбины, определяемый из hS - диаграммы по расстоянию между точками и , кДж/кг;

        - относительный КПД турбогенератора.

 

 

 

 

Для турбины с промежуточным  перегревом пара величина давления за ЦВД:

 

 

 

От точки  по изоэнтропе до точки К с .

.

Потери давления в промежуточном  пароперегревателе и паропроводах составляет от 10 до 12,5%.

 

 

 

Точка при ,

От точки  по изоэнтропе к точке В с давление .

.

При 

Потери в выпускном патрубке:

 

 

Потери на выпускных клапанах:

 

 

Располагаемый тепловой перепад на проточную часть турбины:

 

 

Где

 

 

 

 

 

 

Расход пара на турбину:

 

 

 

Нанесение линии состояния пара в рабочем процессе турбины в  hS -диаграмме осуществляется следующим образом.

Выбирается тип регулирующей ступени и теплоперепад на нее. В  конденсационный турбинах большой  мощности применяют одновенечную регулирующею ступень с перепадом.

 

 

 

От точки  по изоэнтропе откладывается выбранный тепловой перепад на регулирующую ступень .

Изобара проведенная через точку конца отрезка соответствует давлению за регулирующей ступенью:

 

 

Для ондовенченой ступени внутренний относительный КПД регулирующей ступени:

 

 

 

Полезно использованный теплоперепад:

 

 

 

Отложенный от точки  до точки , определяет в этой точке в hS- диаграмме энтальпию пара за регулирующе2й ступенью с учетом потерь.

 

 

 в зависимости от величины разбивается на 2-3 участка и последовательно для каждого участка находится объемный расход пара на входе в участок:

  

 

   .

 

Для каждого участка находится  соотношение  :

-для первого участка:

 

 

 

-для второго участка:

 

 

 

-для третьего участка:

 

 

 

Для первого участка по найденным  значениям  и находим:

 

 

Внутренний относительный КПД  для участка определяем по формуле:

 

 

 Для участков в области  высокого и среднего давления  . В случае, если и потери с выходной скоростью используются в последующих ступенях, процесс протекает в области перегретого пара:

 

 

По найденным величинам и заданному разбивкой телопепрепаду:

Определяем:

 

 

Находим точку  с и

Точка - конец процесса в первой части с учетом потерь – одновременно является точкой начала процесса во второй части. В этой точке определяется значение , объемный расход пара и .

По этим значениям (по рис.2) находим: .

 Для участка среднего давления: ; 

По найденному значению и заданному разбивкой теплоперепаду получаем:

     

Определяем:

 

 

 

Находим точку  с и

По найденным значениям  и находим:

 

 

Внутренний относительный КПД  определяется по формуле:

 

 

где - поправка на раскрытие проточной части турбины ( в зависимости от давления в конце участка).

 должна быть учтена, если  давление в конце участка является давлением в конце цилиндра:

 

 

 находится по рисунку 3.

.

 

 

- по рисунку 4 в зависимости  от приведенной теоретической  конечной влажности.

 

где - конечная влажность в теоретическом процессе.

 

 

 

- располагаемый теплоперепад части, сбрасываемы ниже линии сухого насыщенного пара (х=1), (h=2642 кДж/кг).

- располагаемый теплоперепад  части  .

 

 

 

- среднее давление части.

 

 

 

 

(по и )

 

 

 

По  и теплоперепаду определяется :

 

 

 

 

 

 

2  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮШЕЙ  СТУПЕНИ

 

2.1 Определение среднего диаметра  ступени

 

Диаметр регулирующей ступени определяется величиной теплового перепада и отношением . Отношение окружной скорости к теоретической изоэнтропной скорости, вычисленной по располагаемому тепловому перепаду на всю ступень, можно определить по графику на рисунке 5а (для одновенечной регулирующей ступени).

 

 

 

- степень реакции, принимается  в пределах 5-10%;

=10%.

-эффективный угол выхода потока  из сопловой решетки.

для  одновенечной ступени .

- коэффициент скорости сопловой  решетки  ;

Изотропная (адиабатная скорость вычисленная  по располагаемому теплоперепаду ступени:

 

 

 

Окружная скорость вращения диска  по среднему диаметру ступени:

 

 

 

Средний диаметр ступени:

 

 

 

где =3000об/мин;

 

 

 

где n=50с^-1.

 

2.2 Расчет сопловой решетки

 

1. Определение типа сопловой решетки:

 

 

 

2. Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки:

 

 

 

3. Число Маха для теоретического процесса в соплах:

 

 

где -скорость звука на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном истечении.

 

 

где - давление за соплами, Па;

       - теоретический удельный объем пара за соплами, м/кг;

        - показатель изоэнтропы; К=1,3 для перегретого пара.

 

 

 

 

 

 

 

 

Число Маха может быть проверено по графику z.

 

 

 

 

По величине выбирается тип решетки. При применяются профиля решеток с уживающимися каналами.

 

2.3 Расчет суживающих сопл при докритическом истечении.

 

При докритическом истечении  выходное сечение суживающих сопел определяется по уравнению:

 

 

где - коэффициент расхода сопловой решетки ( для пара с практически любым перегревом);

       - количество пара, утекающего через переднее кольцевое уплотнение турбины,

 

 

 

 

Произведение степени порциальности  ступени на высоту сопловой решетки  определяется по формуле:

 

 

 

Оптимальная степень порциальности  для одновенечной ступени:

 

 

Высота сопловой решетки:

 

 

 

Потеря энергии в соплах:

 

 

Где -коэффициент скорости сопловой решетки.

       =0,96

 

 

Тип сопловой решетки выбирается по и из табл. 10.

 

С-90-12А

 

По характеристике выбранной решетки  принимается относительный шаг =0,8.

Шаг решетки  .

 

 

Выходная ширина канала сопловой решетки:

 

 

 

Число сопл:

 

 

 

 

2.4 Расчет рабочей решетки. Одновенечная ступень.

 

Степень реакции, принятую раннее следует распределить по венцам, т.к. ступень одновенечная, то

 

где - степень реакции венца рабочих лопаток.

 

 

Тепловой перепад, используемый в  соплах, откладывается от точки        (рисунок 14):

 

 

Тепловой перепад, использованный на лопатках:

 

 

 

Откладывается согласно распределению  степени реакции по лопаточному  аппарату ступени.

Для построения процесса расширения пара в hS - диаграмме через концы отрезков - проводятся изобары.

Входной треугольник скоростей строится по углу , скоростям и Uв любом удобном масштабе.

 

 

где - коэффициент скорости сопловой решетки принят при расчете.

     

 

 

U – может быть определен по формуле:

 

 

 

 

- относительная скорость на входе в рабочую решетку первого венца и угол определяется графически из входного треугольника скоростей и для проверки по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для выходного треугольника скоростей  определяется угол и действительная относительная скорость :

 

 

Выходная площадь рабочей решетки:

 

 

где - значение удельного объема пара за рабочей решеткой. определяется в результате построения процесса расширения пара в hS – диаграмме, которое производится следующим образом. От конца теплового перепада в соплах (точка а) вверх откладывается величина потерь в соплах и через точку b проводится энтальпия до пересечения с изобарой (точка с).

В точке b кДж/кг.

При и (точка с): .

- коэффициент расхода рабочей  решетки – определяется в зависимости  от степени реакции и величины  перегрева пара:

 

 

Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решетки:

 

 

 

Действительная относительная  скорость на выходе из рабочей решетки:

 

 

Скоростной коэффициент  для активных решеток принимается в зависимости от и величины углов .

Выходная высота решетки:

 

 

 

 

 

По определенным и строится выходной треугольник скоростей. Из треугольника скоростей определяется абсолютная выходная скорость и угол ее выхода графически и проверяются по формулам:

 

 

 

 

 

 

Потери энергии в рабочей  решетке:

 

 

 

Потери энергии с выходной скоростью:

 

 

 

Выбор профилей лопаточных решеток:

 

 

Скорость звука в изоэнтропном процессе на выходе из решеток:

 

 

 

 

При :   

Выбираем профиль:

 

Р-30-21

 

Значение  должно быть больше в пределах принимаемой для этой высоты рабочей решетки перекрытии:

 

 

 

По выбранному профилю производится проверка максимальных изгибающих напряжений в рабочей лопатке:

 

 

 

По относительным шагам решеток  определяются шаги :

 

 

где - хорда выбранного профиля решетки.

 

 

Количество лопаток для любой  решетки:

 

 

 

Изгибающее напряжение:

 

 

где -минимальный момент сопротивления профиля.

 

 

Относительный лопаточный КПД ступени:

1. по потерям энергии в проточной части:

 

 

 

2. по проекциям скоростей:

 

 

 

Относительный внутренний КПД ступени:

 

где - относительная величина потери на трение;

       - относительная потеря от парциального подвода пара.

 

 

где ;

- число венцов в ступени.

 

 

Откладываем в hS- диаграмме потери на трение диска:

 

 

 

Относительная потеря от парциального подвода пара:

 

 

 

 

 

Потери вызванные парциальным подводом пара:

 

 

 

 

От точки С откладываем  вниз до пересечения с давлением:

 

 

 

(точка d)

 

 

(точка К)

 

Точка Р:  .  

Точка r:   ;  .

Точка y:   .

Точка z:   ; ; .   

 

 

Внутренняя мощность ступени:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ СТУПЕНЕЙ

 

3.1 Расчет проточной части области высокого давления:

 

 

где - начальное давление перед нерегулируемыми ступенями первого отсека.

 

 

 

Порядок расчета первого отсека следующий:

1. Определяется диаметр первой нерегулируемой ступени:

 

 

Для проточной части одновенечной регулирующей ступенью:

 

 

2. Отношение скоростей:

 

 

где - степень реакции рабочей решетки первой ступени;

 

(до 0,2)

 

 

      - эффективный угол выхода из сопловой решетки;

 

 

       - коэффициент скорости сопловой решетки.

 

 

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

 

 

 

4. Тепловой перепад в сопловой решетке:

 

 

 

5. Высота сопловой решетки:

 

 

где - удельный объем пара в конце изоэнтропного расширения в соплах;

 

 

 

 

 

       - теоретическая скорость истечения пара из сопловой решетки;

 

 

 

       - коэффициент расхода сопловой решетки;

 

 

 

        - степень парциальности ступени принимаемый равным 1.

 

 

6. Высота рабочей решетки первой ступени:

 

 

7. Корневой диаметр ступени:

 

 

 

8. Число ступеней отсека:

 

 

где - изоэнтропный тепловой перепад отсека;

 

 

- ориентировочное число ступеней отсека (цилиндра):

 

 

Располагаемый тепловой перепад  статическим параметрам пара перед ступенью, принятый одинаковым для всех ступеней отсека, кроме первой (для первой ступени располагаемые перепады по параметрам торможения и статическим параметрам равны) подсчитывается по формуле:

 

 

где величина

 

 

 

Значит:

 

 

- коэффициент возврата тепла;

 

 

где - для процессов в области перегретого пара.

Значение  берется по построению ориентировочного рабочего процесса турбины:

 

 

 

 

9. Невязка: