Точка
процесса
|
Давление,
p, МПа
|
Температура,
t, 0C
|
Степень
сухости,x
|
Удельный
объем, v, м3/кг
|
Энтальпия,
h, кДж/кг
|
0
0’ 1 2 3 A С D N K 4 5 6 7
|
23,5
23,03 14,1 8,64 3,89 3,89 6,76 3,8 0,0055 0,0055 4,72 0,84 0,26 0,123
|
520
518,12 442,6 398,7 269,76 253,11 349,3 510 73,2 73,2 421,7 223,9 167,3 119,7
|
0,995
0,994 0,929 0,902 0,874 0,873 0,990 - 0,823 0,874 - 0,977 0,939 0,912
|
0,0127
0,013 0,0195 0,0936 0,0556 0,054 0,1751 0,0937 18,387 19,522 0,3586 1,1410
2,5650 6,6927
|
3258,9
3258,9 3150,8 173,9 2818,3 2818,3 3021,37 3493,85 2637,18 2637,18 3553,91
2891,83 2800,69 2714,72
|
Рис. 1. Процесс расширения пара в h-s
диаграмме
2.2
Расчет системы регенеративного подогрева питательной воды
Температура питательной воды: tпв=260°С
Конечное давление: РК= 5,5 кПа и
температура равна .
Начальные параметры: P0=23,5 МПа, t0=530°С,
η0i=0,87.
Подогрев питательной воды в одном ПВД:
Принимаю нагрев в деаэраторе и
температура питательной воды на входе в деаератор:
Подогрев воды в одном ПНД:
Температура в конденсаторе:
Выбираем конденсатный насос по заводским данным.
Его напор составляет 3,96 МПа. Находим давление на выходе из конденсатного
насоса.
Находим нагрев воды в конденсатном насосе: В
дополнительных подогревателях принимаем
Приняв потери в подогревателях низкого давления
определяем давление за ПНД:
Находим температуру основного конденсата на
входе в деаэратор, предварительно приняв .
При условии, что нагрев в ПНД равномерный
находим температуру за каждым ПНД.
На К-500-240/3000 используется питательный насос
ПТ-3750-75 с параметрами: напор МПа; КПД 80%
согласно ГОСТ 24464-80. Находим давления на выходе и выходе ПН.
Найдём нагрев в питательном насосе.
Найдём температуру питательной воды в точке .
Определим температуры после каждого ПВД.
Приняв потери в ПВД 0,7 МПа, найдём давление за
каждым ПВД:
Принимаем недогрев до температуры насыщения для
ПНД - 4 0С, для ПВД - 6 0С и находим температуры
дренажей, и находим давление греющего пара в подогревателях:
3.
Выбор числа ступеней заданного цилиндра, разбивка перепадов энтальпии пара по
ступеням
3.1
Распределение теплоперепадов по ступеням цилиндра паровой турбины
Тепловой расчет регулирующей
ступени:
Расчёт первого участка:
Определяем располагаемый теплоперепад ЦВД:
кДж/кг
Определяем внутренний относительный КПД:
%
где -
зависимость и,.
Определяем объёмный расход пара:
м/кг; м/с.
Отношение давления на входе в участок к давлению
на выходе из участка:
где - зависимость давления в конце
участка, .
Относительную величину потерь с
выходной скоростью:
где - зависимость давления в конце
участка, кДж/кг
Определяем действительный
теплоперепад ЦВД:
кДж/кг
Расчёт второго участка:
Определяем располагаемый теплоперепад ЦСД:
кДж/кг
Определяем внутренний относительный КПД:
%
где -
зависимость от и, %
Определяем объёмный расход пара:
м/кг;
м/с
Отношение давления на входе в участок к давлению
на выходе из участка:
где -
зависимость давления в конце участка, .
Относительную величину потерь с
выходной скоростью:
%
- зависимость давления в конце
участка.
кДж/кг
Определяем действительный теплоперепад ЦСД:
кДж/кг
Расчёт третьего участка:
Определяем располагаемый теплоперепад ЦНД:
кДж/кг.
Определяем внутренний относительный
КПД:
%
-
зависимость от, %.
Определяем объёмный расход пара:
м/кг;
м/с
Отношение давлений на входе в участок к давлению
на выходе из участка:
- зависимость давления в конце
участка, .
Относительная величина потерь с
выходной скоростью:
%
где -
зависимость давления в конце участка, кДж/кг.
- зависимость приведенной
теоретической влажности, % Определяем
приведенную теоретическую конечную влажность:
%
Определяем конечную влажность в теоретическом
процессе:
%
=0,872
Определяем располагаемый перепад
ниже линии сухого насыщенного пара (X=1) в
области влажного пара: кДж/кг
Определяем среднее давление:
(+)/2=(0,2+0,0055)/2=0,1 МПа
Определяем действительный теплоперепад ЦНД:
кДж/кг
Определяем полезно-используемый тепло-перепад
турбины:
кДж/кг
Определяем уточненный расход пара на турбину:
кг/с
%
%.
Тепловой расчет нерегулируемых
ступеней ЦВД:
Определяем средний диаметр ступени:
где - степень
реакции ступени принимается в пределах,%
- эффективный угол выхода потока из
сопловой решетки: для одновенечной ступени, .
-коэффициент скорости решетки, .
Реактивная изоэнтропийная скорость
пара, посчитанная по располагаемому перепаду ступени:
м/с
Окружная скорость вращения диска по среднему
диаметру ступени:
м/с
- зависимость от .
Средний диаметр ступени:
м.
4.
Оценка мощности турбины по заданному расходу пара
Исходя из технического задания:
Nэ=530
МВт - номинальная электрическая нагрузка;
Р0=23,5 МПа - давление пара на входе
в турбину;
t0=530
С0 - температура пара на входе в турбину;
η0=0,87;
Pк=5,5
кПа - давление пара на выходе из турбины.
Температура питательной воды за последним
подогревателем tпв=260°С;
Частота вращения ротора турбины n=3000
об/мин.
Давление пара перед соплами первой регулирующей
ступени:
Давление пара за последней ступенью турбины:
Давление за ЦВД на выходе пара в промперегрев:
Давление пара на выходе в ЦСД поле
промперегрева:
Располагаемый теплоперепад ЦВД:
Расход пара на турбину по предварительно
заданному КПД:
Задаемся располагаемым теплоперепадом
регулирующей ступени ЦВД:
( кДж/кг)
кДж/кг
Внутренний относительный КПД регулирующей
ступени:
Полезно используемый тепловой перепад в
регулирующей ступени:
= кДж/кг
м/кг (по Н-S диаграмме).
Давление за регулирующей ступенью:
5.
Детальный тепловой и газодинамический расчет заданной ступени
Расчет первого отсека:
Определяется диаметр первой нерегулируемой
ступени:
где - для двухвенечной ступени, мм.
Отношение скоростей:
где- степень реакции рабочей решётки
первой ступени принимается в пределах, с.30
-эффективный угол выхода потока из
сопловой решётки принимается в пределах, . -коэффициент скорости сопловой
решетки, .
Располагаемый тепловой перепад первой нерегулируемой ступени по параметрам
торможения перед ступенью:
кДж/кг
Тепловой перепад в сопловой решётке:
кДж/кг
Высота сопловой решётки:
мм
где-удельный объём пара в конце
изоэнтропийного расширения в соплах, м/кг (по H-S диаграмме).
Теоретическая скорость истечения
пара из сопловой решётки:
м/с
где -коэффициент расхода сопловой
решётки,;
-степень парциальности ступени, .
-эффективный угол выхода потока из
сопловой решётки принимается в пределах, .
Высота рабочей решётки первой ступени:
мм
где - внутренняя перекрыша, мм.
-внешняя перекрыша, мм.
Корневой диаметр ступени:
мм
Этот диаметр принимается постоянным для отсека:
где -изоэнтропийный тепловой перепад
первого отсека;
кДж/кг (по H-S диаграмме).
кДж/кг
Ориентировочное число ступеней отсека
(цилиндра):
Располагаемый тепловой перепад по
статическим параметрам пара перед ступенью, принятый для всех ступеней отсека,
кроме первой(для первой располагаемый перепад по параметрам торможения и по
статическим параметрам равны) подсчитывается по формуле:
кДж/кг
где .
Коэффициент возврата тепла:
Для процесса в области перегретого
пара:
Невязка: кДж/кг
Поправка к тепловому перепаду:
первая ступень:
кДж/кг
остальные ступени:
кДж/кг
Скорректированный тепловой перепад по
статическим параметрам пара:
первая ступень: кДж/кг
остальные ступени: кДж/кг
Произведение высоты на диаметр.
1) м2
) м2
) м2
) м2
Значение удельных объёмов и по H-S диаграмме
после распределения перепада приходящегося на отсек, по ступеням.
Высота лопатки рабочей решётки любой ступени
каждого отсека:
1) м
) м
3) м
) м
Диаметр ступени:
1) м
) м
) м
) м
Высота сопловой решётки.
) м
) м
) м
) м
Таблица 3 Сводная таблица части высокого
давления
Наименование
величин
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула,
способ определения
|
№
ступени
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Скоррект.
теплоперепад ступени по статическим параметрам кДж/кг44,1
41,64
|
|
|
|
|
|
Удельный
объём пара за рабочей решёткой
|
м/кгИз
Н-S диаграммы0,02350,0270,030,034
|
|
|
|
|
|
|
|
Произведение
высоты рабочей лопатки на диаметр ступени
|
м0,03640,04360,0480,055
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота
рабочей решётки
|
м0,0420,0480,0520,0582
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота
сопловой решётки
|
м
|
0,0390,0450,0490,0542
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр
ступени
|
м0,930,9360,940,9462
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет второго отсека:
. Тепловой перепад по параметрам торможения
ступени второго отсека:
кДж/кг
кДж/кг
2. Тепловой перепад любой ступени кроме первой:
кДж/кг
кДж/кг
4. Фиктивная скорость:
м/с
5. Окружная скорость на среднем диаметре рабочих
лопаток 1-й ступени:
м/с
6. Средний диаметр ступени второго отсека:
м
7. Высота сопловой решётки 7ступени:
мм
где -удельный объём пара в конце
изоэнтропийного расширения в соплах, м/кг (по H-S диаграмме)
- коэффициент расхода сопловой
решётки, .
где -степень парциальности ступени, .
-эффективный угол выхода потока из
сопловой решётки принимается в пределах, .
8. Высота рабочей решётки первой ступени:
мм
где-внутренняя перекрыша: мм.
-внешняя перекрыша, мм.
. Корневой диаметр ступени:
мм
Этот диаметр принимается постоянным для отсека:
. Число ступеней отсека:
где -изоэнтропийный тепловой перепад
отсека, кДж/кг (по H-S диаграмме).
кДж/кг
Ориентировочное число ступеней отсека
(цилиндра):
Произведение высоты на диаметр:
1) м2
2) м2
) м2
) м2
5) м2
Значение удельных объёмов и по H-S диаграмме
после распределения перепада приходящегося на отсек, по ступеням.
. Высота лопатки рабочей решётки
любой ступени каждого отсека:
1) м
) м
) м
) м
) м
13. Диаметр ступени:
1) м
) м
) м
) м
) м
14. Высота сопловой решётки.
1) м
) м
) м
) м
) м
Таблица 4 Сводная таблица части
высокого давления
Наименование
величин
|
Обозначение
|
Размерность
|
Формула,
способ определения
|
№
ступени
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Скоррект.
теплоперепад ступени по статическим параметрам кДж/ кг34,8
38,656
|
|
|
|
|
|
Удельный
объём пара за рабочей решёткой
|
м/кгИз
Н-S диаграммы0,0390,045
|
0,051
|
0,057
|
0,068
|
|
|
|
|
Произведение
высоты рабочей лопатки на диаметр ступени
|
м0,0680,078
|
0,088
|
0,098
|
0,118
|
|
|
|
|
Высота
рабочей решётки
|
м0,080,091
|
0,102
|
0,11
|
0,13
|
|
|
|
|
Высота
сопловой решётки
|
м
|
0,07550,086
|
0,097
|
0,105
|
0,125
|
|
|
|
Диаметр
ступени
|
м0,8840,895
|
0,906
|
0,914
|
0,934
|
|
|
|
|
6.
Обоснование выбора профилей НА и РК по атласу
6.1
Расчёт сопловой решётки
Определение типа сопловой решётки:
Располагаемый тепловой перепад сопловой решетки:
кДж/кг
Теоретическая скорость пара на выходе из
сопловой решётки при изоэнтропийном расширении:
м/с
Число Маха для теоретического процесса в соплах:
Скорость звука на выходе из сопловой решетки пи
изоэнтропийном истечении:
м/с
где - давление
за соплами (по Н-S диаграмме), мПа;
- теоретический удельный объём за
соплами (по Н-S диаграмме),
м/кг;
- показатель, для перегретого пара,.
При применяют профили решёток с
суживающимися каналами.
6.2
Расчет суживающихся сопл
Расчет суживающихся сопл при докритическом
истечении:
Определяем выходное сечение суживающих сопл:
м2
где -
коэффициент расхода сопловой решётки,.
Количество пара, утекающего через
переднее концевое уплотнение турбины:
кг/с
Произведение степени парциальности ступени на
высоту сопловой решётки:
мм
Оптимальная степень парциальности (для
одновенечной ступени):
Высота сопловой решётки:
мм
Потеря энергии в соплах:
кДж/кг
где -
коэффициент скорости сопловой решётки, .
Тип решетки: С-90-12А.
По характеристике выбранной решетки
принимаем относительный шаг:
Шаг решётки: мм
где - в
зависимости от выбранной решётки, .
Выходная ширина канала сопловой
решётки:
мм
Число каналов:
шт.
6.3
Расчёт рабочей решётки
Тепловой перепад, используемый в
соплах, откладывается от точки в Н-S диаграмме.
Тепловой перепад, используемый на
лопатках:
кДж/кг
Входная скорость в рабочую решётку первого
венца:
м/с
Построение входного треугольника скоростей:
где - относительная скорость в рабочую
решётку первого венца
м/с
,
Теоретическая относительная скорость
на выходе из рабочей решётки:
м/с
Число Маха:
где для перегретого пара;
- давление за рабочей решёткой (по H-S диаграмме), мПа.
- удельный объём за рабочей решёткой
(по H-S диаграмме),
м/с.
Выходная площадь рабочей решётки по
уравнению неразрывности:
мсм2 мм2
где -коэффициент
расхода рабочей решётки, .
Высота рабочей лопатки (постоянной
высоты):
мм
где -величина
перекрыши, мм;
-величина перекрыши, мм;
тип профиля рабочей решётки
Р-23-14А, см.
- относительный шаг, .
Шаг решётки:
мм
Число каналов:
шт
Угол выхода пара из рабочей решётки:
Действительная относительная скорость выхода
пара из рабочей решётки:
м/с
где - скоростной
коэффициент,.
- абсолютная скорость пара на
выходе, м/с.
-угол выхода потока в абсолютном
движении (определяется из выходного треугольника скоростей),.
6.4
Относительный лопаточный КПД ступени
По потерям энергии в проточной части:
Потеря энергии в рабочих решётках:
кДж/кг
Потеря энергии с выходной скоростью:
кДж/кг
По проекциям скоростей:
Относительная потеря от парциального подвода
пара:
где - относительная величина потерь от
вентиляции;
- относительная величина потерь на
конце дуг сопловых сегментов;
-степень парциальности:;
-доля окружности занятая кожухом.
Относительная величина потерь на
трение:
Рис. 2. Треугольники скоростей 1-й ступени ЦВД
Рис. 3. Треугольники скоростей 11-й ступени ЦВД
Направляющий аппарат первой ступени:
На основании расчета треугольников скоростей
производится выбор профилей лопаток для направляющего и рабочего аппарата. Для
направляющего аппарата по выходному углу α1=14° выбирается
дозвуковой профиль С-9015А.
Рис. 4. Профиль лопаток для направляющего и
рабочего аппарата
Ширина направляющего аппарата выбирается по
прототипу: В1=0,150 м.
Для обеспечения α1=14°
угол установки профиля αy=54°.
Относительный шаг решетки t=0,62
Хорда профиля:
Рабочая решетка первой ступени:
Для рабочей решетки по выходному углу β2=23°
выбирается профиль Р-3525А.
Рис. 5. Профиль Р-3525А
Ширина рабочей решетки выбирается по прототипу:
В2=0,0676 м.
Для обеспечения β2=23°
угол установки профиля равен βy=71°.
Относительный шаг решетки t=0,62
Хорда профиля:
Направляющий аппарат 11 ступени:
Для направляющего аппарата по выходному углу α1=14°
выбирается дозвуковой профиль С-9015А.
Рис. 6. Профиль лопаток для направляющего и
рабочего аппарата
Ширина направляющего аппарата выбирается по
прототипу: В1=0,142 м.
Для обеспечения α1=14° угол
установки профиля αy=54°.
Относительный шаг решетки t=0,62
Хорда профиля:
7.
Прочностное обоснование элементов
7.1
Расчет рабочей лопатки последней ступени отсека на изгиб и растяжение
При расчете на прочность пера рабочей лопатки
должны быть учтены следующие силы:
1. Изгибающая
от динамического воздействия потока.
2. Изгибающая
от статической разности давлений при наличии реакции на ступени.
3. Растягивающая
от действия центробежной силы собственной массы
Производится расчет растягивающих и изгибающих
напряжений в наиболее напряженном - корневом сечении лопатки.
Напряжение растяжения в корневом сечении лопатки
постоянного профиля определяется как:
,
где - плотность материала лопатки;
- угловая скорость вращения;
=0,13 м - длина лопатки; Средний
радиус лопатки:
где -периферийный радиус
- коэффициент разгрузки
Определим коэффициент запаса по
пределу текучести. Для изготовления лопаток выбрана сталь 20Х13, для которой
предел текучести при температуре равной =480 МПа. Таким образом, запас по
прочности составляет:
Изгибающий момент в корневом сечении:
где- аэродинамическая нагрузка в
окружном и осевом направлениях:
где - проекции абсолютных скоростей пара
на соответствующие оси
=261,215 м/с;
=4,6 м/с;
=69,99 м/с;
=64,977 м/с;
- давление до и после рабочей
решетки последней ступени
=1,2*106 Па;
=1,15*106 Па
- удельный объем на выходе из
последней ступени (ЦВД)
=0,149 м3/кг;
- шаг рабочей решетки;
Максимальные изгибательные напряжения
(растяжения) в корневом сечении кромки:
,
где- минимальный момент инерции сечения
профиля:
,
где-
хорда профиля;
-
максимальная толщина профиля;
-
максимальный прогиб средней линии профиля
<
7.2
Построение вибрационной диаграммы рабочей лопатки последней ступени
Частота собственных колебаний консольной лопатки
постоянного сечения:
где - первая собственная частота;
- вторая собственная частота;
-
длина лопатки, 0,13;
r
- плотность
материала,;
- характеристический коэффициент
первой собственной частоты;
- характеристический коэффициент
второй собственной частоты;
-
модуль упругости материала;
-
минимальный момент инерции сечения профиля,;
-
площадь поперечного сечения, .
рад/с
рад/с
Динамическая частота вращения определяется
формулой:
где - собственная частота лопатки с
учетом вращения;
- статическая собственная частота
(при неподвижном роторе);
- частота вращения ротора, ;
В - коэффициент, зависящий от
геометрии лопатки (от веерности).
Для построения диаграммы необходимо рассчитать
дополнительные динамические частоты рабочей лопатки при различных частотах
вращения ротора:
Рис. 7. Вибрационная диаграмма рабочей лопатки
последней ступени
7.3
Определение критической частоты ротора
Расчет критической частоты вращения
ротора:
где D
= 916 мм;
L = 4,12 м;V
= 2,71 м3;
r = 7,82×103 кг/м3.
G = V×r×g
= 2,71×7,82×103
×9,81
= 208169 Н.
Заключение
Турбина - уникальный двигатель, поэтому области
ее применения разнообразны: от мощных силовых установок тепловых и атомных
электростанций до маломощных турбин мини-ТЭЦ, силовых транспортных установок и
турбонадувных агрегатов дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Паровая турбина является двигателем, в
которомпотенциальная энергия перегретого пара преобразуется в кинетическую
энергию и , затем в механическую энергию вращения ротора.
В данном курсовом проекте произведен тепловой
расчет турбины К-500-240.
Целью курсового проекта является приобретение
практических навыков выполнения конструкторских и поверочных расчетов турбин,
работающих как на паре, так и на газах любого состава.
Список
литературы
1. Ривкин С.Л., Александров А.А.
Теплофизические свойства воды и водяного пара - М.: Энергия, 1980. - 424 с.
. Уравнения для расчета на ЭВМ
теплофизических свойств воды и водяного пара: Эксплуатационный циркуляр №
Ц-06-84(т) / Под ред. Ривкина С.Л. - М.: Главтехуправление по эксплуатации
энергосистем, 1984г. - 8 с.
. Ривкин С.Л. Термодинамические
свойства воздуха и продуктов сгорания топлив. - 2-е изд., перераб. - М.:
Энергоатомиздат, 1984. - 104 с.
. Зубарев В.Н., Козлов А.Д.,
Кузнецов В.М. Теплофизические свойства технически важных газов при высоких
температурах и давлениях: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 232 с.
. ГОСТ 7.32-91. Отчет о
научно-исследовательской работе.
. ГОСТ 7.1-84. Библиографическое
описание документа.
. Тепловые и атомные электрические
станции: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. - 2-е изд.,
перераб. - М.:, 1989. - 608 с.
. Паровые и газовые турбины: Учебник
для вузов / Под ред. А.Г. Костюка, В.В. Фролова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -
352 с.
. Трояновский Б.М. Варианты
проточной части паровых турбин // Электрические станции. - 2003. - № 2. - С.
18-22.
. Паровая турбина К-160-130 ХТГЗ /
Под ред. С.П. Соболева. - М.: Энергия, 1980. - 192 с.
. Мошкарин А.В., Полежаев Е.В.,
Полежаев А.В. Оптимальные тепловые схемы блоков на суперсверхкритические
давления пара: Тезисы докладов международной науч.-техн. конференц. “Состояние
и перспективы развития электротехнологии” (Х Бернардовские чтения). - Иваново:
ИГЭУ. - 2001. - Т. II. - С. 86.
. Вихрев Ю.В. О научно техническом
прогрессе в мировой теплоэнергетике. - Энергетик. - 2002. - № 2. - С. 28-32.
Приложение
Тепловая схема
турбины K-500-240:
Продольный разрез
турбины К-500-240: