Расчет турбинной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Тепловой расчет ГТУ

При расчете тепловой схемы ГТУ исходными величинами,[8] заданными или принимаемыми по оценке, являются:

- электрическая мощность Nэ=200 МВт;

- температура газов перед газовой турбиной ?С;

- температура воздуха на входе в компрессор ?С;

- наибольшая допустимая температура металла сопловых и рабочих лопаток, по условиям прочности ?С;

- степень сжатия в компрессоре ;

- число ступеней газовой турбины, ;

- коэффициент потерь давления ;

- коэффициент использования теплоты топлива в камере сгорания ;

- механический КПД турбины;

- КПД электрогенератора ;

- изоэнтропийный КПД турбины ;

- изоэнтропийный КПД компрессора ;

- коэффициент утечек ;

В качестве топлива принимаем стандартный углеводород (,), имеющий следующие характеристики:

- теплота сгорания кДж/кг;

- минимально необходимое количество воздуха для полного сжигания 1кг газа кг/кг;

Определяем параметры процесса сжатия воздуха в компрессоре и . По первому приближению принимаем .

Тогда средняя теплоемкость воздуха, кДж/кг:

где - газовая постоянная, кДж/кг·К, воздуха, ;

Температура воздуха в конце процесса сжатия в компрессоре, K:

Находим среднюю теплоемкость, кДж/кг, воздуха в процессе сжатия:

,

после чего уточняем :

,

Коэффициент избытка воздуха в газах после камеры сгорания:

Находим энтальпию газа, кДж/кг, перед турбиной:

Определяем параметры процесса расширения газа в турбине, предварительно задавшись в первом приближении величиной .

Температура газа за турбиной, К:

,

где - действительная степень сжатия в компрессоре, с учетом потерь давления, ;

Определяем энтальпию воздуха и продуктов сгорания, кДж/кг, за турбиной:

Рассчитываем энтальпию газов за турбиной , кДж/кг, по формуле

Средняя теплоемкость газа в процессе расширения, кДж/кг·К:

Соотношение массового количества воздуха и продуктов сгорания:

,

где - молекулярная масса продуктов сгорания, кг/кмоль, для продуктов сгорания стандартного углеводорода ;

- молекулярная масса воздуха, кг/кмоль, ;

Объемная доля воздуха в продуктах сгорания:

Молекулярная масса газовой смеси, кг/кмоль:

Газовая постоянная для газовой смеси, кДж/кг:

Уточняем значение :

,

а также температуру газов за турбиной по формуле и энтальпию воздуха, продуктов сгорания и газовой смеси соответственно по формулам

Работа расширения 1 кг газа в турбине:

Работа затраченная на сжатие 1 кг воздуха в компрессоре:

Работа турбины на валу агрегата, кДж/кг:

,

где - коэффициент, учитывающий изменение расхода воздуха и газов вследствие утечек,

Коэффициент полезной работы:

Относительный расход воздуха на охлаждение, кг/кг:

Температура газов после первой ступени, К:

Коэффициент снижения работы охлаждаемой турбины:

,

где - коэффициент снижения работы турбины за счет сжатия воздуха, подаваемого на охлаждение;

- коэффициент потери удельной работы турбины вследствие снижения эффективности охлаждаемых ступеней по сравнению с неохлаждаемыми;

- коэффициент увеличения работы турбины за счет работы охлаждающего воздуха, сбрасываемого в проточную часть;

зависимость коэффициента снижения работы охлаждаемой турбины:

,

где - опытный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей охлаждаемых элементов ступени, принимаем ;

Удельная работа ГТУ с охлаждением, кДж/кг:

Расход газа на турбину, кг/с:

,

где - механический КПД ГТУ:

Расход газообразного топлива на ГТУ, кг/с:

Расход воздуха подаваемого в камеру сгорания, кг/с:

Расход воздуха на входе в компрессор, кг/с:

Расход газов на выходе из турбины, кг/с:

Электрический КПД ГТУ:

,

где - Электрический КПД ГТУ без учета охлаждения:

Таблица 1 - Результаты расчета тепловой схемы ГТУ

Наименование величины	Обозначение	Значение
Температура воздуха за компрессором, ?С		396,7
Коэффициент избытка воздуха, доли		2,5
Температура газов за турбиной, ?С		627,1
Работа расширения газа в турбине, кДж/кг		831,75
Работа сжатия воздуха в компрессоре, кДж/кг		408,37
Работа ГТУ на валу агрегата, кДж/кг		433,55
Коэффициент полезной работы, доли		0,526
Наименование величины	Обозначение	Значение
Расход воздуха на охлаждение, кг/кг		0,164
Коэффициент снижения работы охлаждаемой турбины, доли		0,496
Работа охлаждаемой ГТУ, кДж/кг		403,05
Расход газов на турбину из уравнения мощности, кг/с		383,57
Расход топлива на ГТУ, кг/с		11,66
Расход воздуха на входе в камеру сгорания, кг/с		373,9
Расход воздуха на входе в компрессор, кг/с		438,7
Расход газов на выходе из турбины, кг/с		446,48
Мощность ГТУ, кВт		204174
Электрический КПД ГТУ без охлаждения, %		38,15
Электрический КПД ГТУ с охлаждением, %		35,04



2. Тепловой расчет котла-утилизатора

При расчете тепловой схемы котла-утилизатора (рисунок 3) исходными величинами, задаваемыми или полученными при тепловом расчете ГТУ, являются:

- Расход газов на выходе из турбины кг/с;

- Температура газов за турбиной =627.1 ?С;

- Температура окружающей среды t=16 ?С;

- Коэффициент избытка воздуха в газах ;

- Температура перегрева пара в контуре высокого давления ?С;

- Давление в барабане контура высокого давления МПа;

- Давление в барабане контура низкого давления МПа;

- Давление в деаэраторе МПа;

- Давление в конденсаторе кПа;

- Температурный напор на холодном конце испарителя высокого давления ?С;

- Температурный напор на холодном конце испарителя низкого давления ?С;

- Температурный напор на горячем конце пароперегревателя низкого давления ?С;

- Температура конденсата на входе в котел ?С;

- Температура конденсата на выходе из газового подогревателя ?С;

- Энтальпия газов в котле-утилизаторе будем определять как , аналогично методике приведенной в расчете ГТУ.

- Температуру газов определяем по обратной зависимости, ;

Рисунок 2 - Принципиальная тепловая схема двухконтурного КУ

Расчет тепловой схемы КУ производился по следующей методике.

Температура газов перед экономайзером высокого давления, ?С,

,

где - температура насыщения воды при давлении в барабане контура высокого давления (ВД);

Энтальпия газов перед экономайзером, кДж/кг:

Расход пара ВД, генерируемый одним КУ, кг/с:

,

где - энтальпия газов, кДж/кг, на входе в КУ, ;

- энтальпия перегретого пара высокого давления, кДж/кг, ;

- энтальпия питательной воды на выходе из экономайзера ВД, кДж/кг, ;

Энтальпия газов за экономайзером контура ВД, кДж/кг:

,

где - энтальпия питательной воды поступающей из деаэратора, кДж/кг, ;

Соответствующая найденной энтальпии температура газов за экономайзером контура ВД, ?С:

Температура газов на входе в газовый подогреватель конденсата (ГПК), ?С:

,

где - температура насыщения воды при давлении в барабане контура низкого давления (НД);

Энтальпия газов перед ГПК, кДж/кг:

Температура перегрева пара за пароперегревателем НД, ?С:

Расход пара через контур НД, кг/с:

,

где - энтальпия перегретого пара в контуре НД, кДж/кг, ; - энтальпия насыщенной воды в барабане НД, кДж/кг, ; Расход пара на деаэратор, кг/с:

,

где - энтальпия воды за ГПК, кДж/кг, ;

Расход рециркуляции, кг/с:

,

где - энтальпия питательной воды на входе в ГПК, кДж/кг, ;

- энтальпия конденсата в состоянии насыщения, кДж/кг, ;

Энтальпия уходящих газов КУ, кДж/кг:

Соответствующая температура уходящих газов, ?С:

КПД КУ:

,

где - энтальпия газов при температуре окружающей среды, ;

Тепло, отданное газами ГТУ в паротурбинный цикл, кВт:

Тепло, полученное пароводяным рабочим телом в КУ, кВт:

Определяем тепло, подводимое к пароводяному рабочему телу в отдельных элементах КУ.

Тепло, подводимое в ГПК, кВт:

Тепло, подводимое в испарителе низкого давления, кВт:

,

где - скрытая теплота парообразования, определяется по давлению в барабане контура НД, ;

Тепло, подводимое в пароперегревателе низкого давления, кВт:

,

где - энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана, ;

Тепло, подведенное к экономайзеру высокого давления, кВт:

Тепло, подведенное в испарителе высокого давления, кВт:

где - скрытая теплота парообразования, определяется по давлению в барабане контура ВД, ;

Тепло, подведенное в пароперегревателе ВД, кВт:

,

где - энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана, ;

Таблица 2 - Результаты теплового расчета КУ

Наименование величины	Обозначение	Значение
Расход пара генерируемого в контуре ВД, кг/с		68,091
Расход пара генерируемого в контуре НД, кг/с		14,484
Расход пара в деаэратор, кг/с		7,948
Расход рециркуляции, кг/с		53,231
Температура газов за ППВД, ?С		527,226
Температура насыщенного пара на входе в ППВД, ?С		295,009
Температура газов за ИСПВД, ?С		315,009
Температура насыщенной воды на входе в ИСПВД, ?С		295,009
Температура газов за экономайзером, ?С		242,306
Температура насыщенной питательной воды на входе в экономайзер, ?С		164,953
Температура газов за ППНД, ?С		238,293
Температура перегретого пара на выходе из ППНД, ?С		222,306
Температура насыщенного пара на входе в ППНД, ?С		164,953
Температура газов за ИСПНД, ?С		174,953
Температура насыщенной воды на входе в ИСПНД, ?С		164,953
Температура уходящих газов ?С		99,345
Тепло полученное водой в ГПК, кВт		35235,164
Тепло полученное пароводяной рабочей средой в ИСПНД, кВт		29918,586
Тепло полученное паром в ППНД, кВт		1909,318
Тепло полученное водой в экономайзере, кВт		34902,048
Тепло полученное пароводяной рабочей средой в ИСПВД, кВт		98156,288
Тепло полученное паром в ППВД, кВт		51964,876
Суммарная тепловая нагрузка, по пароводяному рабочему телу, одного КУ, кВт		252086,3

По полученным данным можно построить тепловую диаграмму

Рисунок 3 - Тепловая диаграмма КУ

3. Конструкторский расчет КУ

Для выполнения конструкторского расчета КУ необходимо первоначально провести конструктивную проработку стандартной секции КУ, то есть выбрать все конструктивные характеристики секции, а также тип и характеристики оребрения труб.

Крупнейшим производителем КУ и оребренных труб для их поверхностей нагрева является АО «Подольский машиностроительный завод». Завод изготавливает для горизонтальных КУ типовые секции. Поверхности нагрева имеют шахматное расположение труб единого сортамента (сталь 20, кроме пароперегревателя ВД, для которого использована сталь 12Х1МФ). Параметры оребрения следующие:

- диаметр труб мм;

- шаг ребра мм;

- высота ребра мм;

- толщина ребра мм;

- поперечный шаг труб мм;

- продольный шаг труб мм;

- длина оребренной части трубы м;

Типовая секция (рисунок ), используемая во всех поверхностях котлов, состоит из двух рядов оребренных труб с шахматным расположением, объединенных коллекторами диаметром 168 мм, толщиной 15 мм (рисунок 2). Ширина типовой секции мм (по осям труб), а высота мм (по осям коллекторов). В одном ряду по ходу газов принимаем число секций .

Рисунок 4 - Конструкционные параметры секции поверхностей нагрева КУ

Рекомендуемые значения скоростей :

- для газа м/с;

- для пара м/с;

- для воды м/с;

Температуры теплоносителей и тепловые нагрузки поверхностей нагрева берутся из теплового расчета КУ. Методика расчета поверхностей нагрева КУ следующая. Определение поверхности теплообмена одной секции. Площадь поверхности гладкой трубы, м2:

,

где - наружный диаметр трубы, м:

Площадь боковой поверхности ребра, м2:

Площадь внутренней торцевой поверхности ребра, м2:

Площадь наружной торцевой поверхности ребра, м2:

Площадь поверхности теплообмена оребренной трубы, м2:

Число оребренных труб одной секции одного ряда:

Площадь поверхности теплообмена одной секции, м2:

Определение площади поверхности теплообмена ППВД

Среднелогарифмический температурный напор пароперегревателя, ?С:

,

где - меньшая разность температур между теплоносителями, для ППВД ;

- большая разность температур между теплоносителями, для ППВД ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке, Вт/(м·К):

,

где - теплопроводность, Вт/(м·К), кинематическая вязкость, м2/с, число Прандтля для газа принимается по ;

- поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов:

,

- число рядов труб по ходу газа;

- поправка на компоновку пучка, определяется в зависимости от относительных шагов: поперечного и продольного :

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки к пару, Вт/(м·К):

,

где - теплопроводность, Вт/(м·К),

Коэффициент теплопередачи пароперегревателя, Вт/(м2·К):

,

где - коэффициент тепловой эффективности, для газа ;

Площадь поверхности теплообмена ППВД, м2:

Количество рядов труб в одном пакете по ходу газов, шт.:

Определение площади поверхности теплообмена ИСПВД

Среднелогарифмический температурный напор испарителя, ?С, определяем по формуле

,

в которой и .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке, Вт/(м·К), для ИСПВД определяем по формуле

Коэффициентом теплоотдачи конвекцией от стенки к пароводяному рабочему телу можно пренебречь, т.к. в испарителе происходит процесс кипения воды, при котором коэффициент теплоотдачи очень велик, и величина стремиться к нулю.

Коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м2·К):

,

где - коэффициент теплопроводности, для стали 20,

Здесь средняя температура стенки, ?С:

Площадь поверхности теплообмена ИСПВД, м2, и количество рядов труб по ходу газов определяем, соответственно, по формулам

Определение площади поверхности теплообмена экономайзера

Среднелогарифмический температурный напор экономайзера, ?С, определяем по формуле

,

в которой и .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке для экономайзера, Вт/(м·К):

,

где - теплопроводность, Вт/(м·К), кинематическая вязкость, м2/с,

- поправка на число поперечных рядов труб по ходу газов; при и ; при и ; при ;

- поправка на компоновку пучка, определяется в зависимости от относительных шагов и параметра

,

где - средний относительный диагональный шаг труб:

Коэффициент теплопередачи экономайзера, Вт/(м2·К):

,

где - коэффициент загрязнения конвективной поверхности, для газа ;

Определение площадей поверхностей теплообмена поверхностей НД

Расчет площадей поверхностей контура низкого давления соответствует вышеизложенной методике для контура ВД, а именно:

- расчет площади ППНД соответствует расчету ППВД, расчет площади ИСПНД соответствует расчету ИСПВД, расчет площади ГПК соответствует расчету экономайзера, формулы

Таблица 3 - Результаты конструкторского расчета КУ

Наименование величины	Обозначение	Значение
Температурный напор ППВД, ?С		141,4
Коэффициент теплопередачи ППВД, Вт/(м2·К)		62,51
Площадь теплообмена ППВД, м2		5877,66
Число рядов по ходу газов ППВД, штук		4
Ширина пакета ППВД по ходу газов, м		0,34
Температурный напор ИСПВД, ?С		109,3
Коэффициент теплопередачи ИСПВД, Вт/(м2·К)		84,35
Площадь теплообмена ИСПВД, м2		10647,14
Число рядов по ходу газов ИСПВД, штук		6
Ширина пакета ИСПВД по ходу газов, м		0,51
Температурный напор экономайзера, ?С		42,4
Коэффициент теплопередачи экономайзера, Вт/(м2·К)		56,02
Площадь теплообмена экономайзера, м2		14694,53
Число рядов по ходу газов экономайзера, штук		10
Ширина пакета экономайзера по ходу газов, м		0,85
Температурный напор ППНД, ?С		41,05
Коэффициент теплопередачи ППНД, Вт/(м2·К)		65,61
Площадь теплообмена ППНД, м2		708,907
Число рядов по ходу газов ППНД, штук		1
Ширина пакета ППНД по ходу газов, м		0,085
Температурный напор ИСПНД, ?С		31,79
Коэффициент теплопередачи ИСПНД, Вт/(м2·К)		57,384
Площадь теплообмена ИСПНД, м2		10629,743
Число рядов по ходу газов ИСПНД, штук		6
Ширина пакета ИСПНД по ходу газов, м		0,51
Температурный напор ГПК, ?С		37,105
Коэффициент теплопередачи ГПК, Вт/(м2·К)		57,384
Площадь теплообмена ГПК, м2		16547,84
Число рядов по ходу газов ГПК, штук		10
Ширина пакета ГПК по ходу газов, м		0,85

4. Определение внутреннего относительного КПД и мощности ПТУ

Расчет внутреннего относительного КПД паровой турбины проводится по приближенным формулам в два этапа. Сначала определим КПД части высокого давления (до смешения с потоком пара из контура низкого давления КУ) , а также параметры потока пара на входе в камеру смешения; затем определим параметры пара в камере смешения и рассчитаем внутренний относительный КПД части низкого давления (от камеры смешения до конденсатора). Процесс расширения пара в турбине показан на рисунке. газовый турбина установка цилиндр

Рисунок 4 - Процесс расширения пара в ПТ двух давлений

В паровой турбине принимается дроссельное парораспределение.

КПД ЦВД можно оценить формуле:

,

где - расход пара в ЦВД, кг/с, ;

- средний объем пара в ЦВД, м3/кг, ; находим удельный объем пара на входе в ЦВД и на выходе из него ;

- располагаемый теплоперепад ЦВД кДж/кг, определяем по процессу расширения ;

- коэффициент потерь от влажности, ;

Использованный теплоперепад, кДж/кг:

Энтальпия пара на выходе из ЦВД, кДж/кг:

Энтальпия пара перед ЦНД, в точке смешения, кДж/кг:

Для расчета КПД ЦНД воспользуемся эмпирической зависимостью:

,

где - располагаемый теплоперепад ЦНД, определяется по процессу расширения (рисунок 6);

- коэффициент потерь от влажности, для ЦНД:

где - коэффициент, ;

- влажность в начале процесса расширения, ;

- влажность в конце процесса расширения, в первом приближении задаемся ;

- располагаемый теплоперепад в зоне влажного пара определяется по процессу расширения ;

Расход пара на выходе на входе в ЦНД, кг/с:

Принимаем двухпоточную конструкцию ЦНД, выберем стандартную лопатку производства ЛМЗ, которой будет соответствовать потеря с выходной скоростью кДж/кг.

Использованный теплоперепад, кДж/кг, энтальпию пара в конце процесса расширения, кДж/кг, определим, соответственно, по формулам

Внутренняя мощность паровой турбины, кВт:

Располагаемая мощность паровой турбины, кВт:

Относительный внутренний КПД паровой турбины:

Таблица 4 - Приближенный расчет ПТ

Наименование величины	Обозначение	Значение
Расход пара в ЦВД, кг/с		136,2
Располагаемый теплоперепад ЦВД, кДж/кг		680,5
Внутренний относительный КПД ЦВД		0,906
Использованный теплоперепад ЦВД, кДж/кг		616,9
Энтальпия пара перед ЦНД, после смешения, кДж/кг		2903,4
Расход пара в ЦНД, кг/с		157,3
Наименование величины	Обозначение	Значение
Располагаемый теплоперепад ЦНД, кДж/кг		766,8
Внутренний относительный КПД ЦНД		0,865
Использованный теплоперепад ЦНД, кДж/кг		663,3
Внутренняя мощность паровой турбины, кВт		188321,4
Располагаемая мощность паровой турбины, кВт		213267,5
Внутренний относительный КПД турбины		0,883



5. Детальный расчет ступеней ГТ

Для расчета любой ступени газовой турбины необходимыми исходными данными принимаемыми, либо полученными из расчета тепловой схемы, являются:

- расход газа на турбину, кг/с, ;

- давление газа перед турбиной, МПа, ;

- температура газа перед турбиной, ?С, ;

- частота вращения, с-1, ;

- корневой диаметр, м, ;

- эффективный угол сопловой решетки, ?, ;

- площадь зазора диафрагменного уплотнения, м2, ;

- располагаемый теплоперепад газовой турбины, кДж/кг, ;

- число ступеней в газовой турбине, ;

Расчет производится в следующей последовательности.

На первом этапе принимаем высоту сопловых лопаток м, по ней находим высоту рабочих лопаток, м:

,

где - перекрыша, м, принимается в зависимости от высоты сопловых лопаток

Средний диаметр ступени, м:

Степень реактивности ступени:

,

где - степень реактивности в корневом сечении, принимается по ; Оптимальное соотношение:

где - коэффициент скорости сопловой решетки по;

Теплоперепад ступени, кДж/кг:

Теплоперепад сопловой решетки, кДж/кг:

Теплоперепад рабочей решетки, кДж/кг:

Теоретическая скорость истечения из сопловой решетки, м/с:

Температура за сопловой решеткой, К:

,

Давление газа за сопловой решеткой, бар:

где - показатель адиабаты в газовой турбине,

Давление газа за рабочей решеткой, бар:

Удельный объем газа за сопловой решеткой, м3/кг:

Удельный объем газа за рабочей решеткой, м3/кг:

Площадь проходного сечения сопловой решетки, м2:

где - коэффициент расхода сопловой решетки,

Уточняем высоту сопловой решетки, м:

,

Окружная скорость на среднем диаметре, м/с:

Скорость звука в потоке газа за сопловой решёткой, м/с:

,

где - показатель изоэнтропы для газа;

Число Маха по теоретической скорости выхода потока из сопловой решетки:

Абсолютная скорость выхода из сопловой решетки, м/с:

Относительная скорость газа на входе в рабочую решетку, м/с:

Угол входа газа в рабочую решетку:

Теоретическая скорость выхода газа из рабочей решетки, м/с:

Выходная площадь рабочей решетки, м2:

,

где - коэффициент расхода рабочей решетки

Относительная скорость на выходе из рабочей решетки, м/с:

,

где - коэффициент скорости рабочей решетки;

Угол направления выхода потока из рабочей решетки:

Абсолютная скорость на выходе из рабочих лопаток, м/с:

Угол направления выхода из рабочих лопаток:

Скорость звука в потоке газа за рабочей решеткой, м/с:

Число Маха по скорости выхода газа из рабочей решетки:

Потери в сопловой решетке, кДж/кг:

Потери в рабочей решетке, кДж/кг:

Энергия выходной скорости, кДж/кг:

Располагаемая энергия ступени, кДж/кг:

,

где - коэффициент использования энергии выходной скорости в следующей ступени;

Относительный лопаточный КПД:

Относительные потери от утечек через диафрагменное уплотнение:

,

где - число гребней диафрагменного уплотнения, обычно ;

Относительные потери от утечек через бандажные уплотнения:

где - периферийный диаметр ступени; - радиальный и осевой зазоры; ; z - число гребней бандажного уплотнения (обычно z = 2).

Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени, кДж/кг:

Относительные потери от трения:

где - коэффициент трения, зависит от режима течения в камере;

Абсолютные потери от трения, кДж/кг:

Использованный теплоперепад ступени, кДж/кг:

(154)

Внутренний относительный КПД ступени:

Внутренняя мощность ступени, кВт:



Таблица 5 - Результаты детального расчета ГТ

Наименование величины	Обозначение	Номер ступени
		1	2	3	4
Отношение скоростей		0,54	0,571	0,62	0,705
Располагаемый теплоперепад ступени, кДж/кг		222,12	224,87	229,05	235,69
Средний диаметр ступени, м		1,64	1,744	1,912	2,205
Корневой диаметр ступени, м		1,405
Степень реактивности		0,266	0,343	0,443	0,569
Теплоперепад сопловой решетки, кДж/кг		163,04	147,75	127,54	101,47
Теплоперепад рабочей решетки, кДж/кг		59,09	77,12	101,51	134,22
Окружная скорость, м/с		360,61	383,49	420,42	485,01
Теоретическая скорость выхода из сопловой решетки, м/с		571,03	543,61	505,06	450,49
Выходная площадь сопловых лопаток, м2		0,2611	0,4034	0,6678	1,2235
Высота сопловых лопаток, м		0,225	0,327	0,494	0,785
Скорость выхода газа из сопловых решеток, м/с		558,58	532,06	494,54	441,25
Угол выхода газа из сопловых решеток, м/с		13
Относительная скорость газа на входе в рабочую решетку, м/с		222,53	180,37	127,09	113,51
Угол входа потока в рабочую решетку		34,38	41,57	61,09	119,02
Теоретическая скорость выхода из рабочей решетки, м/с		409,5	432,17	468,15	530,39
Выходная площадь рабочих лопаток, м2		0,4099	0,6009	0,9258	1,5336
Высота рабочих лопаток, м		0,235	0,339	0,507	0,801
Скорость газа на выходе из рабочих лопаток, м/с		391,38	413,21	447,74	507,39
Угол выхода потока из рабочей решетки		19,77	18,86	17,69	16,04
Абсолютная скорость выхода из рабочей решетки, м/с		132,59	133,77	136,2	140,24
Абсолютный угол выхода из рабочих лопаток		86,67	86,77	87,41	88,93
Число Маха по скорости выхода из сопловой решетки		0,749	0,757	0,753	0,728
Число Маха по скорости выхода из рабочей решетки		0,548	0,619	0,73	0,923
Потери в сопловой решетке, кДж/кг		7,03	6,21	5,26	4,12
Потери в рабочей решетке, кДж/кг		7,26	8,01	9,34	11,94
Потеря с выходной скоростью, кДж/кг		8,79	8,95	9,27	9,83
Внутренний относительный КПД ступени		0,915	0,919	0,92	0,915
Внутренняя мощность ступени, кВт		77940	79242	80813	82747

6. Детальный расчет ступеней ЦВД

Расчет ступеней ЦВД будем проводить по методике расчета унифицированных ступеней паровой турбины с короткими лопатками, с постоянным корневым диаметром, лопатками постоянного профиля, и оптимальным для каждой ступени отношением скоростей в корневом сечении. Расчет производился по следующей методике.

Исходные данные к расчету унифицированной ступени:

- расход пара в ЦВД, кг/с, ;

- начальное давление пара, МПа, ;

- начальная температура пара, ?С, ;

- корневой диаметр, м, ;

- число оборотов, с-1, ;

- эффективный угол входа в сопловую решетку, ;

- площадь зазора диафрагменного уплотнения, м2, ;

- располагаемый теплоперепад ЦВД, кДж/кг, ;

- число ступеней в ЦВД, ;

На первом этапе зададимся степенью реактивности, ;

Отношение скоростей:

Фиктивная скорость, м/с:

Располагаемый теплоперепад ступени, кДж/кг:

Теплоперепад сопловой решетки, кДж/кг:

Энтальпия пара за сопловой решеткой, кДж/кг:

Давление пара за сопловой решеткой и его объем определяем по процессу расширения пара в ступени.

Параметр:

,

где - коэффициент расхода сопловой решетки,

Высота сопловых лопаток, м:

Высота рабочих лопаток, м:

,

где - перекрыша, принимается в зависимости от

Средний диаметр ступени, м:

Уточненное значение степени реактивности:

Выходная площадь сопловых решеток, м2:

Теоретическая скорость выхода потока из сопловой решетки, м/с:

Скорость выхода пара из сопловой решетки, м/с:

,

где - коэффициент скорости сопловой решетки,

Окружная скорость на среднем диаметре, м/с:

Теплоперепад рабочей решетки, кДж/кг:

Энтальпия пара за рабочей решеткой, кДж/кг:

Давление пара за рабочей решеткой и его объем определяем по процессу расширения пара в ступени.

Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку, м/с:

Угол входа пара в рабочую решетку:

Скорость звука в потоке пара за сопловой решёткой, м/с:

,

где - показатель изоэнтропы для пара;

Скорость звука в потоке пара за рабочей решеткой, м/с:

Теоретическая скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с:

Угол направления скорости выхода потока из рабочей решетки:

,

где - коэффициент расхода рабочей решетки,

Выходная площадь рабочей решетки, м2:

Действительная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с:

,

где - коэффициент скорости рабочей решетки,

Абсолютная скорость на выходе из рабочих лопаток, м/с:

Угол направления выхода из рабочих лопаток:

Потери в сопловой решетке, кДж/кг:

Потери в рабочей решетке, кДж/кг:

Энергия выходной скорости, кДж/кг:

Располагаемая энергия ступени, кДж/кг:

,

где - коэффициент использования энергии выходной скорости в следующей ступени;

Относительный лопаточный КПД:

Относительные потери от утечек через диафрагменное уплотнение:

,

где - число гребней диафрагменного уплотнения, обычно ;

Относительные потери от утечек через бандажные уплотнения:

где - периферийный диаметр ступени; - радиальный и осевой зазоры; ; z - число гребней бандажного уплотнения (обычно z = 2).

Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени, кДж/кг:

Относительные потери от трения:

где - коэффициент трения, зависит от режима течения в камере;

Абсолютные потери от трения, кДж/кг:

Использованный теплоперепад ступени, кДж/кг:

Внутренний относительный КПД ступени:

Внутренняя мощность ступени, кВт:

Таблица 6 - Детальный расчет ЦВД

Наименование величины	Обозначение	Номер ступени
		1	2	3	4	5	6	7	8
Отношение скоростей		0,478
Располагаемый теплоперепад ступени, кДж/кг		43,94
Средний диаметр ступени, м		0,946	0,95	0,955	0,961	0,968	0,976	0,984	0,995
Корневой диаметр ступени, м		0,903
Степень реактивности		0,125	0,133	0,141	0,151	0,161	0,173	0,187	0,202
Теплоперепад сопловой решетки, кДж/кг		38,45	38,11	37,75	37,34	36,87	36,34	35,76	35,09
Теплоперепад рабочей решетки, кДж/кг		5,52	5,85	6,21	6,62	7,09	7,62	8,21	8,88
Окружная скорость, м/с		148,53	149,26	150,05	150,96	152,03	153,26	154,64	156,27
Теоретическая скорость выхода из сопловой решетки, м/с		277,31	276,09	274,77	273,29	271,55	269,59	267,42	264,91
Выходная площадь сопловых лопаток, м2		0,0241	0,0268	0,0299	0,0334	0,0376	0,0425	0,048	0,0547
Высота сопловых лопаток, м		0,042	0,047	0,052	0,058	00,65	0,073	0,081	0,092
Скорость выхода пара из сопловых решеток, м/с		269,12	268,2	267,91	265,91	264,42	262,7	260,75	258,44
Угол выхода пара из сопловых решеток, м/с		11
Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку, м/с		126,53	124,97	123,22	121,2	118,78	116	112,87	109,19
Угол входа потока в рабочую решетку		23,94	24,17	24,44	24,75	25,14	25,6	26,15	26,85
Теоретическая скорость выхода из рабочей решетки, м/с		164,44	165,29	166,17	167,13	168,22	169,43	170,75	172,27
Выходная площадь рабочих лопаток, м2		0,0453	0,0502	0,0557	0,0615	0,0683	0,0761	0,0877	0,0993
Высота рабочих лопаток, м		0,045	0,05	0,056	0,061	0,068	0,076	0,085	0,096
Скорость пара на выходе из рабочих лопаток, м/с		156,38	157,28	158,21	159,2	160,31	161,53	162,85	164,37
Угол выхода потока из рабочей решетки		19,53	19,55	19,39	19,45	19,48	19,46	19,33	19,3
Абсолютная скорость выхода из рабочей решетки, м/с		52,3	52,65	52,53	53,03	53,49	53,82	53,91	54,36
Абсолютный угол выхода из рабочих лопаток		91,61	91,48	91,32	91,34	91,39	91,43	91,53	91,71
Число Маха по скорости выхода из сопловой решетки		0,41	0,413	0,417	0,42	0,424	0,427	0,431	0,434
Число Маха по скорости выхода из рабочей решетки		0,243	0,248	0,252	0,257	0,263	0,269	0,276	0,283
Потери в сопловой решетке, кДж/кг		2,24	2,15	2,07	1,99	1,91	1,84	1,76	1,69
Потери в рабочей решетке, кДж/кг		1,29	1,29	1,29	1,29	1,3	1,31	1,32	1,33
Потеря с выходной скоростью, кДж/кг		1,37	1,39	1,38	1,41	1,43	1,45	1,45	1,48
Внутренний относительный КПД ступени		0,89	0,894	0,898	0,902	0,905	0,908	0,911	0,914
Внутренняя мощность ступени, кВт		5328,8	5353,6	5377,6	5398,5	5418,7	5437,5	5455,7	5471,7

Таблица 7 - Детальный расчет ЦВД

Наименование величины	Обозначение	Номер ступени
		9	10	11	12	13	14	15	16
Отношение скоростей		0,478
Располагаемый теплоперепад ступени, кДж/кг		43,97
Средний диаметр ступени, м		1,007	1,021	1,038	1,059	1,084	1,114	1,152	1,201
Корневой диаметр ступени, м		0,903
Степень реактивности		0,219	0,239	0,261	0,287	0,316	0,349	0,387	0,431
Теплоперепад сопловой решетки, кДж/кг		34,33	33,47	32,48	31,36	30,09	28,63	26,93	25,02
Теплоперепад рабочей решетки, кДж/кг		9,64	10,5	11,48	12,6	13,88	15,34	17,03	18,95
Окружная скорость, м/с		158,18	160,44	163,12	166,33	170,22	174,97	181,01	188,59
Теоретическая скорость выхода из сопловой решетки, м/с		262,03	258,71	254,88	250,45	245,3	239,29	232,1	223,69
Выходная площадь сопловых лопаток, м2		0,0627	0,0724	0,0843	0,989	0,1172	0,1408	0,1722	0,2141
Высота сопловых лопаток, м		0,104	0,118	0,135	0,156	0,181	0,211	0,249	0,297
Скорость выхода пара из сопловых решеток, м/с		255,77	252,65	249,02	244,79	239,84	234,04	227,08	218,91
Угол выхода пара из сопловых решеток, м/с		11
Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку, м/с		104,92	99,96	94,19	87,47	79,67	70,66	60,27	49,36
Угол входа потока в рабочую решетку		27,72	28,83	30,3	32,27	35,06	39,19	45,96	57,8
Теоретическая скорость выхода из рабочей решетки, м/с		174,01	176,04	178,43	181,27	184,68	188,86	194,15	200,83
Выходная площадь рабочих лопаток, м2		0,113	0,1294	0,1491	0,1731	0,2026	0,24	0,288	0,3502
Высота рабочих лопаток, м		0,109	0,123	0,141	0,163	0,189	0,22	0,259	0,308
Скорость пара на выходе из рабочих лопаток, м/с		166,09	168,08	170,41	173,17	176,47	180,5	185,6	192,01
Угол выхода потока из рабочей решетки		19,06	19,01	18,77	18,53	18,28	18,04	17,73	17,37
Абсолютная скорость выхода из рабочей решетки, м/с		54,26	54,78	54,88	55,11	55,48	56,1	56,8	57,72
Абсолютный угол выхода из рабочих лопаток		91,93	92,25	92,67	93,21	93,88	94,71	95,7	96,86
Число Маха по скорости выхода из сопловой решетки		0,437	0,44	0,443	0,445	0,446	0,446	0,445	0,443
Число Маха по скорости выхода из рабочей решетки		0,291	0,301	0,311	0,323	0,338	0,355	0,376	0,402
Потери в сопловой решетке, кДж/кг		1,62	1,55	1,48	1,4	1,32	1,24	1,15	1,06
Потери в рабочей решетке, кДж/кг		1,35	1,37	1,4	1,44	1,48	1,54	1,62	1,73
Потеря с выходной скоростью, кДж/кг		1,47	1,5	1,51	1,52	1,54	1,57	1,61	1,67
Внутренний относительный КПД ступени		0,917	0,919	0,921	0,923	0,925	0,926	0,927	0,927
Внутренняя мощность ступени, кВт		5488,7	5502,1	5516,2	5528,5	5538,	5546,5	5551	5551

7. Детальный расчет ступеней ЦНД

Для ЦНД выбрана двухпоточная симметричная схема. Расчет будет проводиться по одному потоку. Исходными данными к расчету являются:

- расход пара на один поток, кг/с, ;

- начальное давление, МПа, ;

- начальная энтальпия (энтальпия за точкой смешения), кДж/кг, ;

- число оборотов, с-1, ;

- корневой диаметр ступени, м, ;

- площадь зазора диафрагменного уплотнения, м2, ;

- располагаемый теплоперепад ступени, кДж/кг, ;

- число ступеней, ;

На первом этапе принимаем высоту сопловых лопаток м, по ней находим высоту рабочих лопаток, м:

,

где - перекрыша, м,

Средний диаметр ступени, м:

Степень реактивности ступени:

,

где - степень ...