Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионально образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра авиационной теплотехники и теплоэнергетики

МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Методические указания к курсовой работе по дисциплине

«Конструкция и эксплуатация турбоагрегатов электростанций»

Составители:

В.А. Трушин, А.М. Бикбулатов

Уфа 2009

Методика теплового расчета многоступенчатой конденсационной паровой турбины: Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Конструкция и эксплуатация турбоагрегатов электростанций» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост.: В.А. Трушин, А.М. Бикбулатов. - Уфа, 2009. - 88 с.

Методические указания содержат примеры расчета активной и реактивной ступеней турбины, а также построение профилей решеток и проточной части ступеней, расчет конденсатора турбины.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 140101 - Тепловые электрические станции, 160304 - Авиационная и ракетно-космическая теплотехника и 160301 - Авиационные двигатели и энергетические установки.

Табл. 4. Ил. 18. Библиогр.: 6 назв.

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Горюнов И.М.,

канд. техн. наук, доц. Слесарев В.А.

©Уфимский государственный авиационный технический университет, 2009

Содержание

Введение

1. Расчет конденсационной турбины

1.1 Исходные данные

1.2 Расчетные параметры

1.3 Оценка диаметров, числа ступеней и распределение теплоперепадов по ступеням цилиндра турбины

2. Пример расчета ступени турбины (активной)

2.1 Данные, необходимые для расчета ступени турбины

2.2 Порядок расчета ступени (пример для активной)

2.3 Построение профилей решеток и проточной части ступени

3. Пример расчета ступени турбины (реактивной)

3.1 Данные, необходимые для расчета реактивной ступени турбины

3.2 Порядок расчета ступени (пример для реактивной ступени)

3.3 Построение профилей решеток и проточной части ступени (реактивной)

4. Расчет конденсатора турбины

5. Пример расчета турбины с дроссельным регулированием

5.1 Расчетные параметры

5.2 Пример расчета числа ступеней, диаметров и теплоперепадов по ступеням цилиндра низкого давления

5.3 Построение проточной части ЦНД

5.4 Определение аэродинамических характеристик ступени

6. Определение геометрии конденсатора турбины

Список литературы

Приложение

Введение

Современные паровые и газовые турбины являются основными двигателями тепловых и атомных электростанций, значение которых для энергетики определяется всё возрастающими потребностями страны в электроэнергии [1].

В настоящее время доля выработки электроэнергии с использованием турбин на ТЭС и АЭС составляет 83…85% от всей вырабатываемой электроэнергии. Паровые турбины позволяют осуществлять совместную выработку электрической энергии и теплоты, что повышает степень полезного использования теплоты органического и ядерного топлива.

Все крупные паровые турбины для энергетики и других отраслей народного хозяйства выполняют многоступенчатыми [2, 3].

Студенты, выполнив расчет многоступенчатой конденсационной турбины, получат навыки при решении задач по проектированию и разработке паровых турбин, ТЭС, ТЭЦ и АЭС в целом.

1. Расчет конденсационной турбины

1.1 Исходные данные

Таблица 1.1

№	Название	Обозначение	Значение
1.	Номинальная электрическая мощность	Nэ	100000 кВт
2.	Частота вращения ротора	n	50 c-1
3.	Давление свежего пара перед регулирующими клапанами	р0	23,5 МПа
4.	Температура пара перед регулирующими клапанами	t0	560o C
5.	Температура пароперегрева после первого цилиндра высокого давления (ЦВД)
6.	Потери давления в регулирующих клапанах		1,17 МПа
7.	Давление пара за ЦВД перед пароперегревом		5,88 МПа
8.	Потери давления в пароперегревателе		0,38 МПа
9.	Давление отработавшего пара		3,4 кПа
10.	Температура питательной воды перед котлом		270o C
11.	Относительный внутренний КПД ЦВД		0,88
12.	Относительный внутренний КПД цилиндра среднего давления (ЦСД)		0,915
13.	Относительный внутренний КПД цилиндров низкого давления (ЦНД) с учетом влажности пара		0,78
14.	Механический КПД турбины		0,995
15.	КПД электрогенератора		0,98
16.	Абсолютный внутренний КПД установки без регенерации		0,415
17.	Абсолютный внутренний КПД установки с регенерацией		0,46
18.	Давление пара за ЦСД		0,59 МПа
19.	Потери давления в паропроводе между ЦСД и ЦНД		0,012 МПа

1.2 Расчетные параметры

Давление за регулирующими клапанами перед ЦВД (рис. 1.1):

. (1.1)

Давление пара за ЦВД на входе в пароперегреватель:

. (1.2)

Давление пара за пароперегревателем:

. (1.3)

Энтальпия пара перед турбиной определяется по p₀ и t₀ из диаграммы h-s или из таблиц для пара.

Располагаемый теплоперепад для ЦВД определяется либо по вертикальной изоэнтропе в интервале давлений p₀ - p₁, либо по формуле для перегретого пара:

, (1.4)

где k=1,3; v₀ - удельный объем свежего пара (по p₀ и t₀ ).

Действительный теплоперепад в ЦВД определится как:

. (1.5)

Энтальпия пара за ЦВД:

. (1.6)

Давление пара на входе в ЦНД:

. (1.7)

Располагаемый теплоперепад для ЦСД определяется по отрезку изоэнтропы в интервале изобар от , где энтальпия (или по (1.4)) [5].

Действительный теплоперепад определится как:

. (1.8)

Энтальпия пара за ЦCД (или на входе в ЦНД):

. (1.9)

Располагаемый теплоперепад для ЦНД определяется по отрезку изоэнтропы в интервале изобар от уровня .

Действительный теплоперепад определится как:

. (1.10)

Энтальпия пара за турбиной на входе в конденсатор:

. (1.11)

Энтальпия пара h_пп на выходе из пароперегревателя определится по t_пп и р_пп из диаграммы h-s или из таблиц для пара.

Энтальпия питательной воды на входе в котел:

, (1.12)

где - теплоёмкость воды.

Приведенный используемый теплоперепад в турбине:

. (1.13)

Расход пара в первую ступень турбины:

. (1.14)

Расход пара через конденсатор:

, (1.15)

где - энтальпия конденсата на выходе из конденсатора при температуре , переохлажденного относительно температуры насыщения на (05)^оС, т.е.

Рис. 1.1

. (1.16)

Здесь соответствует давлению в конце расширения пара.

Переохлаждение связано с изменением соотношения между парциальными давлениями пара и воздуха в конденсаторе.

1.3 Оценка диаметров, числа ступеней и распределение теплоперепадов по ступеням цилиндра турбины

После построения процесса в диаграмме (рис. 1.1) проводят детальный расчет тепловой схемы паротурбинной установки последовательно по цилиндрам.

Сначала определяются размеры рабочей решетки последней (z-ой) ступени цилиндра - средний диаметр и высота рабочих лопаток на основе уравнения неразрывности, записанного для выходного сечения рабочих лопаток, перпендикулярного оси ротора:

, (1.17)

где - угол выхода пара из рабочей решетки;

- расход пара в конденсатор;

- удельный объем пара, выбираемый из предварительного построения h-s диаграммы;

c₂ - выходная скорость из последней ступени. Обычно принимают потери с выходной скоростью в пределах: , откуда находят c₂.

Определив выходную площадь , сравнивают ее с предельно допустимым _пред = 11 м². Если существенно превышает 11 м², то приходится выполнять турбину с несколькими цилиндрами ЦНД.

Средний диаметр последней ступени турбины определится по формуле (рис. 1.2):

, (1.18)

где i - число цилиндров (потоков) ЦНД, а - принимается для турбин большой мощности с несколькими цилиндрами равным 2,53 и равным 3,57 для однопоточных турбин небольшой мощности.

Высота рабочих лопаток последней ступени определится после выбора d_z как:

. (1.19)

Рис. 1.2

Размеры первой не регулируемой активной ступени, следующей за регулирующей, определяются так же, как и для последней, на основании уравнения неразрывности, записанного для сечений на выходе из сопловой решетки (горло О₁)

, (1.20)

откуда произведение парциальности e на высоту лопатки определится как

, (1.21)

где F₁ можно выразить через расход и параметры пара формулой

, (1.22)

в которой теоретическая скорость на выходе из сопел

; (1.23)

; (1.24)

; (1.25)

средний диаметр первой ступени

, (1.26)

Где G - расход пара в первую ступень турбины;

n - частота вращения ротора;

v_1t - удельный объем пара на выходе из сопловой решетки первой нерегулируемой ступени, который определяется по ориентировочному теплоперепаду ч, откладываемому от точки, характеризующей состояние пара перед этой, рассчитываемой, нерегулируемой ступенью; - отношение окружной скорости и к фиктивной скорости адиабатного истечения с_ф.

Для активных ступеней лежит в пределах 0,400,52.

Высота лопаток ₁ должна быть не менее 1214 мм.

Угол выхода из сопловой решетки выбирают небольшим, равным 11^о12^о;

- степень реактивности для активной ступени выбирают в пределах 0,030,07;

- коэффициент расхода сопловой решётки.

Рассчитанное по формуле (1.26) значение должно лежать в пределах 0,81 м. Этого добиваются методом последовательных приближений, меняя высоту лопаток или вводя степень парциальности . Возможно ₁ определить из (1.26), задавшись целесообразным .

Расчет первой нерегулируемой ступени турбины реактивного типа отличается от расчета активной турбины тем, что минимальную высоту сопловых лопаток принимают повышенной, т.е. мм; ступень выполняется всегда с полным подводом пара (); угол выхода из сопел ; степень реактивности ; отношение скоростей .

После определения размеров последней и первой ступеней турбины определяется число ступеней турбины и осуществляется разбивка располагаемого теплоперепада по ступеням. Для этого строят специальную диаграмму, выбирая отрезок на оси абсцисс (рис. 1.3). В начале этого отрезка по оси ординат откладывают диаметр первой нерегулируемой ступени, а в конце отрезка - диаметр последней ступени турбины (или отсека проточной части турбины) .

Проводится кривая диаметров между и . В части высокого давления кривая диаметров близка к прямой с небольшим наклоном, так как диаметры от ступени к ступени здесь увеличиваются незначительно. В части низкого давления конденсационных турбин кривая диаметров имеет крутой подъем, обусловленный ростом удельных объемов пара и увеличением степеней реактивности.

На этой же диаграмме проводят кривую отношений скоростей для всех ступеней. Значения назначают близкими к оптимальным из условия максимума относительного внутреннего КПД в пределах . Для части высокого давления обычно принимают постоянным вдоль проточной части. Для частей среднего и низкого давления отношение увеличивается от ступени к ступени.

Далее по значению выбранного среднего диаметра ступени и отношению скоростей оценивают располагаемый теплоперепад ступени

. (1.27)

Для формула (1.27) для располагаемого теплоперепада ступени по параметрам торможения преобразуется к виду

. (1.28)

Для разбивки общего располагаемого теплоперепада всех нерегулируемых ступеней по отдельным ступеням необходимо определить располагаемый теплоперепад по статическим параметрам

, (1.29)

где энергия предыдущей ступени обычно составляет 4%-8% от теплоперепада .

, (1.30)

Поэтому причем коэффициенты перед соответствуют: 0,92 - углу выхода из сопловой решетки , а 0,96 - углу .

Рис. 1.3. Диаграмма для определения числа ступеней и распределения теплоперепада по ступеням

Так как в первой нерегулируемой ступени энергия выходной скорости в полости за регулирующей ступенью не используется, т.е. , то для этой ступени . Это относится и к случаю дроссельного регулирования.

Таким образом, по значениям d и можно из (1.27) и (1.30) определить располагаемые теплоперепады вдоль отрезка а для m сечений и нанести их линиями для и . Затем определяется среднеинтегральное значение (площадь прямоугольника под линией равна площади под кривой ) по формуле

. (1.31)

Число ступеней z определится по формуле

, (1.32)

где - располагаемый теплоперепад всех нерегулируемых ступеней, определяемый по состоянию пара в камере регулирующей ступени (перед соплами первой нерегулируемой ступени) и давлению из выхлопного патрубка;

- коэффициент возврата теплоты, который изменяется в пределах 0,020,1 в зависимости от турбины, числа ее ступеней и ее КПД . Его можно определить по формуле

. (1.33)

Значение k_t равно 4,810^-4 для группы ступеней, работающих в области перегретого пара, 2,810^-4 - для группы ступеней, работающих в области влажного пара, (3,24,8)10^-4 - для группы ступеней, часть которых работает в области перегретого пара, а часть - в области влажного ( здесь в кДж/кг).

После округления числа ступеней z до целого находят теплоперепад, приходящийся на каждую ступень, для чего отрезок а делят на z-1 частей и в точках деления по кривой находят предварительное значение для каждой ступени. Затем уточняют значения теплоперепадов, для чего сумму сравнивают со значением .

(1.34)

Разность их делят на число ступеней и отношение добавляют к теплоперепаду .

Таким образом, найдены значения теплоперепадов для всех z ступеней турбины.

Построение проточной части цилиндра турбины начинается с определения корневого диаметра для первой ступени .

Периферийный диаметр первой ступени

. (1.35)

Для последней (z-ой) ступени

, (1.36)

. (1.37)

Наносятся средние диаметры в z сечениях по схеме проточной части в соответствии со вспомогательной диаграммой на отрезке а (d₁, d₂,…d_z-1, d_z).

Ширина каждой из z ступеней принимается порядка 150 мм, так как хорды стандартных профилей сопловых лопаток достигают 60 мм, а рабочих - 30 мм (см. Приложение, табл. П1.1). Кроме того, предусматриваются осевые зазоры.

Если имеет место большая разница в размерах диаметров предыдущей и последующей ступеней, то между этими ступенями предусматривается переходная полость.

После построения проточной части цилиндра турбины определяются аэродинамические характеристики ступеней. Для этого строятся треугольники скоростей по ступеням, начиная с первой ступени. Из предыдущего расчета для первой ступени цилиндра известны:

G - расход пара;

n - частота вращения ротора;

начальные параметры пара (обозначим здесь их с индексом 0):

р₀ - давление перед ступенью;

t₀ - температура перед ступенью;

h₀ - энтальпия перед ступенью (по р₀ и t₀);

с₀ - скорость пара на входе в сопловую решетку (для первой ступени она равна нулю практически, как и для ступени за полостью перехода);

₀ - направление входа пара (для первой ступени ₀ = 90^о);

d - средний диаметр;

- степень реактивности;

- отношение окружной скорости к фиктивной скорости адиабатного истечения пара;

- располагаемый теплоперепад ступени по параметрам торможения.

По этим известным параметрам определяются последовательно:

окружная скорость на среднем диаметре

, (1.38)

энтальпия торможения (для первой ступени с₀=0)

, (1.39)

фиктивная скорость

. (1.40)

Уточняется располагаемый теплоперепад

. (1.41)

Теоретическая энтальпия на выходе из ступени

. (1.42)

Располагаемый перепад ступени делится между сопловой и рабочей решеткой при помощи степени реактивности . Для сопловой решетки

, (1.43)

для рабочей

. (1.44)

Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки

. (1.45)

Для последующих расчетов необходимо по h-s диаграмме найти параметры пара в ступени.

Заторможенное давление перед ступенью определяется по уровню по вертикали от точки по статическим параметрам на расстоянии

. (1.46)

Давление за сопловой решеткой p₁ определяется по вертикали от отложением , а давление за рабочей p₂ ? отложением до пересечения с искомой изобарой, где найдем удельный объем пара . Рассчитывается отношение давлений и сопоставляется с критическим 0,545 (для выбора формулы расчета площади на выходе из сопловой решетки ).

По принятому коэффициенту расхода определяется площадь на выходе из сопловой решетки

, (1.47)

а по принятому определяется высота лопатки для

. (1.48)

Для выбора стандартного профиля сопловой решетки из табл. П1.1 предварительно определяется число Маха на выходе из нее

(1.49)

и по углу и углу выбирается решетка типа С, для которой известны значения:

b₁ - хорда профиля,

- оптимальный относительный шаг лопатки.

Число сопловых лопаток вычисляется по формуле (округляется до целого)

. (1.50)

Принимается толщина выходной кромки и определяется относительная ее величина

. (1.51)

Относительная высота сопловых лопаток

. (1.52)

Для расчета числа Рейнольдса определяется коэффициент кинематической вязкости пара по давлению p₁ и температуре из рис. П1 (cм. Приложение) или из [4], тогда

. (1.53)

По формулам [6] определяются уточненные значения коэффициента расхода и коэффициента потерь сопловой решетки

, (1.54)

где , (1.55)

. (1.56)

Если коэффициент расхода по формуле (1.54) отличается от ранее принятого предварительно для данной ступени, то производится пересчет площади с новым

, (1.57)

а новая высота лопатки будет

. (1.58)

Относительная высота лопатки

. (1.59)

Далее для определения коэффициента потерь по формулам [6] находят поправки:

- поправка на профильные потери

, (1.60)

- поправка на концевые потери

, (1.61)

- поправка на толщину выходной кромки

, (1.62)

- поправка на число М:

решеток типа А

, (1.63)

решеток типа Б

, (1.64)

- поправка на число Re

, (1.65)

- поправка на нерасчетный угол входа

, (1.66)

- поправка на наклон меридионального обвода

, (1.67)

где определяются проточной частью ступени;

- поправка на веерность

. (1.68)

Определяется коэффициент потерь

, (1.69)

и коэффициент скорости

, (1.70)

а также действительная скорость выхода пара из сопловой решетки

. (1.71)

Угол направления ₁ скорости c₁ определяется по формуле (для )

, (1.72)

или по формуле (при )

, (1.73)

где приведенный расход q₁ определяется из таблиц газодинамических функций по отношению давлений или по числу M_1t

.

По найденным , и окружной скорости и строится выходной треугольник скоростей.

Скорость входа пара в рабочую решетку определится как

, (1.74)

а угол входа скорости w₁ по формуле

. (1.75)

Далее определяются параметры рабочей решетки.

Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решетки

. (1.76)

Скорость звука на выходе из рабочей решетки определится по ранее найденным р₂ и v_2t

, (1.77)

и число Маха здесь

. (1.78)

Для определения выходной площади рабочей решетки примем предварительно коэффициент расхода , тогда

. (1.79)

Высота рабочей лопатки принимается из ранее прорисованной проточной части цилиндра турбины с учетом перекрыши

. (1.80)

Угол выхода пара из рабочей решетки определится исходя из высоты лопатки и среднего диаметра облопачивания ротора

, (1.81)

где ? средний диаметр последующей ступени проточной части.

Эффективный угол выхода

. (1.82)

Угол разворота потока в рабочей решетке

. (1.83)

По углу и углу и М выбирается из табл. П1.1 профилей решетка типа Р.

b₂ - хорда профиля,

? относительный оптимальный шаг лопаток.

Число рабочих лопаток (округляется до целого)

. (1.84)

Принимается толщина выходной кромки и определяется относительная ее величина

. (1.85)

Относительная высота рабочих лопаток

. (1.86)

Для расчета числа Рейнольдса определяется коэффициент кинематической вязкости пара н₂ по давлению p₂ и температуре t₂ из рис. П1 или по [4], тогда

. (1.87)

По формулам [6] уточняется значение коэффициента расхода рабочей решетки

, (1.88)

где , (1.89)

. (1.90)

. (1.91)

Если коэффициент расхода по формуле (1.88) отличается от ранее принятого предварительно для данной ступени, то производится пересчет площади с новым

, (1.92)

а новая высота лопатки будет

. (1.93)

Относительная высота новой лопатки

. (1.94)

Далее для определения коэффициента потерь в рабочей решетке по формулам [6] находят поправки:

- поправка на профильные потери

; (1.95)

- поправка на концевые потери

; (1.96)

- поправка на толщину выходной кромки

; (1.97)

- поправка на число М:

решеток типа А

; (1.98)

решеток типа Б

; (1.99)

- поправка на число Re

; (1.100)

- поправка на нерасчетный угол входа

; (1.101)

- поправка на наклон меридионального обвода

, (1.102)

где угол определяется проточной частью ступени цилиндра турбины;

- поправка на веерность

. (1.103)

Определяется коэффициент потерь энергии при обтекании рабочей решетки

(1.104)

Затем определяется коэффициент скорости рабочей решетки

, (1.105)

и действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки

, (1.106)

а также угол направления этой скорости [6] (для )

(1.107)

или по формуле (при )

, (1.108)

где приведенный расход q₂ определяется из таблиц газодинамических

функций по отношению давлений или по числу M_2t.

По найденным w₂, ₂ и окружной скорости u строится выходной треугольник скоростей для рабочей решетки (рис. 2.2)

Абсолютная скорость выхода пара

, (1.109)

где . (1.110)

В последней формуле принимается знак «?», если u> w₂ cos₂.

Угол направления скорости c₂ определится как

. (1.111)

Если угол ₂ существенно отличается от 90^о (оптимального значения), то следует уточнить ранее выбранное по формуле

. (1.112)

Формула (1.112) получена без учета дополнительных потерь от трения и результат следует снизить на 4 %.

Далее уточняются: u по формуле (1.40), d₁ по (1.38), F₁ по (1.57), ₁ по (1.58), c₁ по (1.71), w₁ по (1.74), ₁ по (75), w_2t по (1.76), F₂ по (1.79), ₂ по (1.80), по (1.81), _2Э по (1.82), w₂ по (1.106), ₂ по (1.107), c₂cos₂ по (1.110), c₂ по (1.109), ₂ по (1.111).

Если значение ₂ близко к 90^о, строятся треугольники скоростей окончательно. Далее определяются потери энергии в ступени:

- в сопловой решетке

; (1.113)

- в рабочей решетке

; (1.114)

- с выходной скоростью

. (1.115)

Относительный лопаточный КПД ступени

(1.116)

или по иной формуле

(1.117)

Использованный теплоперепад в ступени

. (1.118)

Мощность на лопатках ступени

. (1.119)

2. Пример расчета ступени турбины (активной)

турбина ступень теплоперепад конденсатор

2.1 Данные, необходимые для расчёта ступени турбины

I cтупень

Таблица 2.1

№	Название	Обозначение	Значение
1.	Расход пара	G	81 кг/с
2.	Частота вращения ротора	n	50 c-1
3.	Давление пара на входе в ступень	р0	0,578 МПа
4.	Температура пара на входе в ступень	t0	242o C
5.	Энтальпия ( из h - s диаграммы )	h0	2941 кДж/кг
6.	Скорость входа пара в ступень	c0	0 м/с
7.	Угол входа в сопло		90о
8.	Средний диаметр сопловых лопаток	d1	0,89 м
9.	Средний диаметр рабочих лопаток	d2	0,89 м
10.	Степень реактивности		0,05
11.	Коэффициент скорости сопловой решетки		0,95
12.	Эффективный угол выхода из сопловой решетки	1э	15о
13.	Угол раскрытия проточной части соплового аппарата	vпc	20о
14.	Угол раскрытия проточной части рабочих решеток	vпр	20о
15.	Отношение изменения высоты проточной части к высоте лопатки на входе для соплового аппарата		0,01
16.	Отношение изменения высоты проточной части к высоте лопатки на входе для рабочих решеток		0,01
17.	Коэффициент расхода сопловой решетки	1	0,97
18.	Коэффициент расхода рабочей решетки	2	0,93

2.2 Порядок расчёта ступени (пример для активной)

1) Определяется окружная скорость на среднем диаметре рабочих лопаток турбины

3,140,8950=140 м/с.

2) Отношение окружной скорости к фиктивной скорости адиабатного истечения

.

Учитывая возможные дополнительные потери в решетках, принимаем

(снижение ~ на 3% ).

3) Фиктивная скорость

м/с.

4) Располагаемый теплоперепад в ступени

кДж/кг.

5) Энтальпия торможения на входе в ступень

кДж/кг.

6) Теоретическая энтальпия пара на выходе из ступени

кДж/кг.

7) Располагаемый теплоперепад в сопловой решетке

кДж/кг.

8) Теоретическая энтальпия пара на выходе из сопловой решетки

кДж/кг.

9) Располагаемый теплоперепад в рабочей решетке

кДж/кг.

10) Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки

м/с.

По h - s диаграмме или по формулам для пара определяются параметры пара в ступени (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Процесс расширения пара на активной ступени турбины

11) Откладывается вверх от уровня h₀ из точки с t₀ и p₀ величина с₀²/2 и определяются параметры заторможенного пара и , соответствующие (в данном примере с₀=0), где энтропия s₀=7,168 кДж/кгК (по р₀ и t₀ ).

12) Отложив от , найдём точку, через которую проходит изобара р₂ давления за рабочими лопатками ступени: р₂=0,472 МПа. Удельный объём в этой точке =0,47 м³/кг, температура t₂=218^oC, энтропия s₂=s₀=7,168 кДж/кгК (энтальпия =2894,8 кДж/кг, найденная ранее, и s₀=7,168 кДж/кгК=s₂ позволяют получить эти параметры по программе для ЭВМ).

13) Отложив от , найдём точку, через которую проходит изобара р₁ давления за сопловыми лопатками ступени: р₁=0,477 МПа. Удельный объём в этой точке v_1t=0,466 м³/кг, температура t₁=219^оС, энтропия s₁=s₀=7,168 кДж/кгК (найденная ранее энтальпия h_1t=2897,1 кДж/кг и энтропия s₀=7,168 кДж/кгК=s₁ позволяют получить эти параметры по программе для ЭВМ ).

Коэффициент использования скорости с₂ выхода из ступени принят равным 1, т. е. рассчитанная в дальнейшем скорость выхода из ступени с₂ и энергия H_В.С полностью используются в следующей ступени турбины, (1- ) определяет лишь подогрев пара.

14) Оценивается отношение давлений на сопловой решетке и сопоставляется с критическим _кр0,545

>.

Следовательно, режим истечения пара из сопловой решетки докритический (дозвуковой) и площадь выхода пара из сопловой решетки определяется (предварительно принять коэффициент расхода µ₁=0,97) по формуле:

м².

15) По принятому углу выхода пара из сопловой решетки определяется высота лопатки для степени парциальности е=1

м.

16) Число Маха на выходе из сопловой решетки

= (дозвуковое).

17) По табл. П1.1 в качестве прототипа выбран профиль С-90-15А по , ,. Параметры его:

- хорда b₁=51,5 мм;

- оптимальный относительный шаг = =0,73, а мм;

- толщина выходной кромки мм.

Тогда в относительной форме толщина кромки

и высота лопатки

.

18) Число сопловых лопаток

,

принимается лопатки.

По давлению МПа и температуре определяется по рис. П1 коэффициент кинематической вязкости м²/с и рассчитывается число Рейнольдса

=.

20) Для уточнения коэффициента расхода (по формуле в строке 12 [6]) найдем:

Dm_M=0,01M_1t² ? 0,005 M_1t³=0,010,56² ? 0,0050,56³=0,0023,

Dm_Re = ?8Re^-0,5 = ?0,018,

тогда

Поскольку оказалось иным, чем было предварительно принято при подсчете и , то производим пересчет.

21) = м².

22)

(принято ₁ =180 мм, т.е. сохраним это значение ₁).

23)Для определения коэффициента потерь (по формуле строки 1 [6]) найдем:

k13;

;

;

;

(так как ,

;

;

тогда коэффициент потерь определится в виде

.

24) Коэффициент скорости сопловой решетки

--=--.

25) Скорость действительная выхода пара из сопловой решетки

c₁ = c_1t = 0,973300 = 292 м/с.

26) Угол a₁ направления скорости с₁

=arcsin((0,965/0,973)sin15)=arcsin0,2567= =14,85.

27) По строится входной треугольник скоростей, из которого графически определяется значение относительной скорости w₁ входа потока в рабочую решетку и угол b₁ ее направления (рис. 2.2)

Рис. 2.2

Возможно рассчитать w₁ теоретически

w₁=м/с

а также и угол возможно теоретически определить по формуле

.

28)Теоретическая относительная скорость выхода потока из решетки

м/с.

29)Скорость звука на выходе из рабочей решетки

м/с.

30)Число Маха

.

31)Задавшись предварительно коэффициентом расхода рабочей решетки ₂=0,93, определим площадь выхода из рабочей решетки

м².

32) Выбрав перекрышу =₂-₁=3 мм, определим высоту рабочей решетки ₂=₁+3=180+3=183 мм.

33) Эффективный угол выхода из рабочей решетки

.

34) Поворот потока в рабочей решетке

.

Близок к полученным расчётом параметрам профиль рабочей решетки Р-35-25А (табл. П1.1)

Параметры профиля:

b₂=25,4мм ? хорда;

=0,6 ? оптимальный относительный шаг, мм;

мм ? толщина выходной кромки.

Тогда в относительной форме толщина кромки

,

и высота лопатки

.

35) Число рабочих лопаток

.

Принимается лопатки.

36) По давлению МПа и температуре С определяется коэффициент кинематической вязкости м²/с и рассчитывается число Рейнольдса

.

37) Для уточнения коэффициента расхода (по формуле строки 12 [6]) найдём:

;

;

.

Тогда

Уточнённое значение практически совпало с ранее принятым 0,93, значит, сохраняются.

38)Для определения коэффициента потерь воспользуемся формулой из [6] (строка 1). Найдём:

;

;

;

,

;

(, так как лопатка будет профилироваться); ; .

Тогда коэффициент потерь рабочей решетки

39) Коэффициент скорости рабочей решетки

.

40) Действительная скорость выхода пара из рабочей решетки в относительном движении

м/с.

41) Угол направления скорости w₂

.

42) По строится выходной треугольник скоростей и определяются и .

43)Возможно определить и аналитически, из формул

м/с.

44)м/с

45)

Угол близок к 90, следовательно, выбрано близким к оптимальному. Строятся совмещённые треугольники скоростей.

46)Потери энергии в сопловой решетке

кДж/кг.

47)Потери энергии в рабочей решетке

кДж/кг.

48) Потери с выходной скоростью с(входная для следующей ступени)

кДж/кг.

49) Относительный лопаточный КПД ступени

или по иной формуле

50) Использованный теплоперепад в ступени

кДж/кг.

51) Мощность на лопатках ступени

кВт.

52) Энтальпия пара на выходе из ступени (необходима для расчета следующей)

= кДж/кг.

2.3 Построение профилей решеток и проточной части ступени

Построение сопловой решетки

1) Из треугольника абсолютных скоростей определяется угол направления вектора осредненной скорости (рис. 2.2) [6]. Конец вектора находится в середине отрезка между концами векторов и . Угол установки соплового профиля на больше угла

=29^o, =29^o+ 8^o =37^o.

2) Ширина сопловой решетки

мм.

3) Шаг лопаток сопловой решетки

.

4) Выбирается относительная толщина профиля

, принято ,

тогда максимальная толщина профиля

.

5) Радиус скругления выходной кромки (полутолщина )

, принято мм (что соответствует принятому ).

6) Определяется размер горла решетки

.

7) Радиус входной кромки

,

принято .

8) Размер , необходимый для построения спинки профиля, равен .

9) Выбирается угол отгиба выходного участка спинки профиля , но не более . Принят .

10) Оптимальный угол входа .

11) Угол заострения входной кромки . Принят .

12) Угол заострения выходной кромки .

13) Выбирается расстояние от центра радиуса до центра окружности по направлению линии установки профиля (под углом ) , принято, что .

Выбирается масштаб для построения решетки профилей. Выбран масштаб 5:1. Проводятся две горизонтальные линии (AB и CD) на расстоянии ширины решетки в выбранном масштабе.

14) Под углом к линиям AB и CD проводится линия установки профиля.



Рис. 2.3. Сопловая решетка (активная)

15) На расстоянии шага проводится вторая линия установки профиля под углом .

16) Наносятся радиусом две окружности, касающиеся линии AB и линий установки профиля с центрами и .

17) Наносятся радиусом две окружности, касающиеся линии СD и линий установки профиля с центрами и .

18) Через центры и проводят линии m-n под углом к AB (осевые линии выходных кромок - касательные к скелетной линии профиля).

19) Под углом к прямым m-n проводят касательные к окружности, очерчивающей выходную кромку, mf и mh. Точки f и h являются конечными точками выпуклой и вогнутой поверхностей профиля.

20) Радиусом ( - размер горла) из точки проводится дуга окружности, ограничивающая величину выходного сечения межлопаточного канала.

21) Проводится касательная к окружности радиуса под углом к линии f-m. (Эта касательная будет под углом к линии AB). Касание дуги в точке Р, дуга спинки профиля должна пройти через точку Р.

22) Через центры и окружностей входной кромки проводят под углом к линии CD линии и .

23) К окружности радиуса проводят касательные под углом к линиям и . Касательные пересекаются в точке К. Точки касания g и l с окружностью радиуса являются начальными точками контуров выпуклой и вогнутой поверхностей профиля.

Таким образом, скругления входной кромки, выходной кромки и геометрии узкого сечения определены.

Построение профиля сопловой лопатки дугами парабол

1) Продолжаются до взаимного пересечения в точках z и d касательная в точке p и линии kg и mf.

2) Отрезок gz и отрезок zp делятся на одинаковое число (равных в своем отрезке) частей и точки деления соединяются последовательно друг с другом. Огибающая проведенных соединяющих линий и является искомой параболической дужкой между точками g и p выпуклой части профиля.

3) Аналогично, отрезки pd и df делятся на одинаковое число равных частей и соответственные точки деления соединяются последовательно друг с другом. Огибающая этих соединяющих линий является искомой параболой между точками p и f выпуклой части профиля.

4) Для получения линии вогнутой части профиля предварительно проводится окружность на расстоянии от центра радиуса в направлении линии установки профиля и касающаяся линии выпуклой поверхности. Затем проводится касательная к окружности , параллельная линии установки профиля и касающаяся этой окружности в точке М. Пересечение этой касательной с продолжением линии kl дает точку q. Линии lq и Mq делятся на равное число отрезков и точки деления соответственно соединяются. Огибающая соединяющих линий есть парабола между точками l и M. Пересечение касательной к точке М с продолжением линии mh дает точку W. Линии MW и hW делятся на равное число отрезков, аналогично предыдущим, соответственные точки деления соединяются линиями друг с другом. Огибающая линий соединения является параболой между точками М и h. Профиль одной лопатки построен, а соседние получатся нанесением соответственных точек линий профиля на расстоянии шага сопловых лопаток с последующим обводом этих точек.

Построение кромок и узкого сечения рабочей решетки

1) Из треугольника относительных скоростей (рис. 2.2) определяется угол направления вектора осредненной скорости . Конец вектора находится в середине отрезка между концами векторов и . Угол установки профиля рабочей лопатки : .

2) Ширина рабочей решетки

.

3) Шаг лопаток рабочей решетки

.

4) Выбирается относительная толщина профиля предварительно

принято ,

тогда максимальная толщина профиля (предварительная для выбора радиусов и )

С_max= =0,3·25,4=7,6 мм.

5) Радиус скругления выходной кромки (полутолщина )

.

Принято (что соответствует принятому )

6) Определяется размер горла решетки

.

7) Радиус входной кромки , принято .

8) Размер , необходимый для построения спинки профиля, равен .

9) Выбирается угол отгиба выходного участка спинки профиля , но не более . Принят .

Рис. 2.4. Рабочая решетка активной ступени

10) Оптимальный угол входа

11) Угол заострения входной кромки .

Принят .

12) Угол заострения выходной кромки .

13) Выбирается расстояние от центра радиуса до центра окружности по направлению линии установки профиля (под углом )

, обычно для активных решеток .

При этом желательно, чтобы соответствовало касанию окружности линии спинки лопатки на максимальном удалении от линии установки профиля. Т.е., определится после нанесения линии спинки профиля

14) В выбранном для построения сопловой решетки масштабе проводятся две горизонтальные линии (AB и CD) на расстоянии ширины рабочей решетки .

15) Под углом к линиям AB и CD проводятся две линии установки профиля на расстоянии шага .

16) Наносятся радиусом две окружности, касающиеся линии AB и линии установки профиля с центрами и .

17) Наносятся радиусом две окружности, касающиеся линии CD и линии установки профиля с центрами и .

18) Через центры и проводят под углом линии m-n (осевые линии выходных кромок - касательные к скелетной линии профиля).

19) Под углом к прямым m-n проводят касательные к окружности, очерчивающей входную кромку mf и mh. Точки f и h являются конечными точками выпуклой и вогнутой поверхностей профиля.

20) Радиусом ( - размер горла) из точки проводится дуга окружности, ограничивающая величину выходного сечения межлопаточного канала.

21) Проводится касательная к окружности радиуса под углом к линии fm. (Эта касательная будет под углом к линии АВ). Касание дуги и касательной - в точке p, т.е. линия спинки профиля должна пройти через точку p.

22) Через центры и окружностей входной кромки проводят под углом к линии CD линии и .

23) К окружностям радиуса проводят касательные под углом к линиям и . Касательные пересекаются в точке . Точки касания g и l с окружностью радиуса являются начальными точками контуров выпуклой и вогнутой поверхностей профиля.

Таким образом, округления входной и выходной кромок и геометрия узкого сечения определены.

Построение профиля рабочей лопатки дугами парабол

1) Продолжаются до взаимного пересечения в точках Z и d касательной к окружности в точке р и линий кg и mf.

2) Отрезки gZ и Zp делятся на одинаковое число (равных в своем отрезке) частей и точки деления соединяются последовательно друг с другом. Огибающая проведенных соединяющих линий и является искомой параболической дужкой между точками g и р выпуклой части профиля.

3) Аналогично отрезки pd и df делятся на одинаковое число равных частей и соответственные точки деления соединяются последовательно друг с другом. Огибающая этих соединяющих линий является искомой параболой между точками p и f выпуклой части профиля.

4) Из центра радиуса r₁ соседней лопатки проводится дуга окружности, касающаяся спинки профиля, из которой определится радиус r₁+о₂ и проходное сечение о₂ входа в рабочую решетку, которое должно быть больше выходного сечения о₂ во избежание диффузорности в межлопаточном канале.

5) Наносится ряд дуг радиусом о₂ с центрами на построенной дуге выпуклой части профиля.

6) Простраивается выпуклая линия профиля соседней лопатки на расстоянии шага t₂ от уже построенной дуги по точкам.

7) Уточняется размер с_max на расстоянии x_c, принимаемый как расстояние от максимального удаления выпуклости новой дуги соседней лопатки до огибающей ряда дуг радиуса о₂ за вычетом расстояния, примерно равного 0,5(о₂ ?о₂). Такой выбор с_max обеспечит конфузорность межлопаточного канала от входа, где сечение о₂, до выхода, где сечение о₂, а внутри канала размеры сечений промежуточные между о₂ и о_2. Для реактивных решеток такого уточнения с_max не требуется.

8) Для получения вогнутой части профиля проводится окружность с_max, касающаяся выпуклой линии спинки лопатки на максимальном удалении от линии установки профиля.

9) Параллельно линии установки профиля проводится касательная к окружности с_max с касанием в точке s, через которую должна пройти линия вогнутой части профиля. Пересечение этой касательной с продлением линий kl и mh дает точки t и i. Отрезки tl и ts делят на равные части и соответственные точки деления соединяют линиями. Аналогично отрезки is и ih делятся на равные части и соответственные точки деления соединяются линиями. Огибающая этих линий есть кривая вогнутой части профиля. Профиль одной рабочей лопатки построен, а соседние получаются нанесением соответственных точек линий профиля на расстоянии шага рабочих лопаток t_2.

Строится геометрия проточной части ступени турбины по высотам лопаток ₁, ₂ и ширине решеток B₁, B₂ с наложением профилей на соответствующую ширину решетки. Расстояние между сопловой и рабочей решетками принимается примерно равным полуширине рабочей решетки В₂.

3. Пример расчета ступени турбины (реактивной)

3.1 Данные, необходимые для расчёта реактивной ступени турбины

II ступень

Таблица 3.1

№	Название	Обозначение	Значение
1.	Расход пара	G	81 кг/с
2.	Частота вращения ротора	n	50 c-1
3.	Давление пара на входе в ступень	р0	0,472 МПа
4.	Температура пара на входе в ступень	t0	218o C
5.	Энтал...

Подобные документы

• Расчет цилиндра конденсационной турбины

  Проект цилиндра паровой конденсационной турбины турбогенератора, краткое описание конструкции. Тепловой расчет турбины: определение расхода пара; построение процесса расширения. Определение числа ступеней цилиндра; расчет на прочность рабочей лопатки.
  
  курсовая работа [161,6 K], добавлен 01.04.2012
  

• Тепловой расчёт ЦВД паровой турбины

  Значение тепловых электростанций. Определение расходов пара ступеней турбины, располагаемых теплоперепадов и параметров работы турбины. Расчет регулируемой и нерегулируемой ступеней и их теплоперепадов, действительной электрической мощности турбины.
  
  курсовая работа [515,7 K], добавлен 14.08.2012
  

• Тепловой расчет паровой турбины ПТ-25/30-90/10

  Предварительное построение общего теплового процесса турбины в h-S диаграмме. Расчет системы регенеративного подогрева питательной воды турбоустановки. Определение основных диаметров нерегулируемых ступеней с распределением теплоперепадов по ступеням.
  
  курсовая работа [219,8 K], добавлен 27.02.2015
  

• Расчет регулирующей ступени турбины

  Краткое описание конденсационной турбины К-50-90 (ВК-50-3) и ее принципиальной тепловой схемы. Тепловой расчет одновенечной регулирующей ступени турбины К-50-90(ВК-50-3). Построение h-S диаграммы всей турбины. Выбор профилей сопловых и рабочих лопаток.
  
  курсовая работа [418,3 K], добавлен 11.09.2011
  

• Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-25

  Расчёт газовой турбины на переменные режимы (на основе расчёта проекта проточной части и основных характеристик на номинальном режиме работы газовой турбины). Методика расчёта переменных режимов. Количественный способ регулирования мощности турбины.
  
  курсовая работа [453,0 K], добавлен 11.11.2014
  

• Конденсационная паровая турбина типа К-6-4

  Расчётный режим работы турбины. Частота вращения ротора. Расчет проточной части многоступенчатой паровой турбины с сопловым регулированием. Треугольники скоростей и потери в решётках регулирующей ступени. Определение размеров патрубков отбора пара.
  
  курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.01.2016
  

• Тепловой расчет турбины К-500-240

  Изучение конструкции турбины К-500-240 и тепловой расчет турбоустановки электростанции. Выбор числа ступеней цилиндра турбины и разбивка перепадов энтальпии пара по её ступеням. Определение мощности турбины и расчет рабочей лопатки на изгиб и растяжение.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.10.2014
  

• Тепловой расчет паровых турбин

  Задачи ориентировочного расчета паровой турбины. Определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням. Вычисление газодинамических характеристик турбины, выбор профиля сопловой лопатки, определение расхода пара.
  
  курсовая работа [840,0 K], добавлен 11.11.2013
  

• Разработка двухвальной газовой турбины контктной газотурбинной установки типа ГТН-25

  Проектирование контактной газотурбинной установки. Схема, цикл, и конструкция КГТУ. Расчёт проточной части турбины. Выбор основных параметров установки, распределение теплоперепадов по ступеням. Определение размеров диффузора, потерь энергии и КПД.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 02.08.2015
  

• Расчет электрических нагрузок турбины электростанции

  Оценка расширения пара в проточной части турбины, расчет энтальпий пара в регенеративных отборах и значений теплоперепадов в каждом отсеке паровой турбины. Оценка расхода питательной воды, суммарной расчетной электрической нагрузки, вырабатываемой ею.
  
  задача [103,5 K], добавлен 16.10.2013
  

• Расчёт турбины К-2000-300

  Тепловая схема энергоблока, алгоритм расчета регулирующей ступени турбины К-2000-300; Сводная таблица теплового расчета турбины; расход пара на подогреватели. Расчет на прочность; переменные режимы работы турбины, коэффициент потерь энергии в решетке.
  
  курсовая работа [574,5 K], добавлен 13.03.2012
  

• Расчет режимных характеристик и рабочей линии ГТУ ГТН-10,5

  Расчёт переменных режимов газовой турбины на основе проекта проточной части и основных характеристик на номинальном режиме работы турбины. Принципиальная тепловая схема ГТУ с регенерацией. Методика расчёта переменных режимов, построение графиков.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.06.2013
  

• Тепловой расчет паровой турбины ПТ-60/75-130/13

  Анализ действительных теплоперепадов и внутренних мощностей отсеков турбины. Сущность тепловой системы регенеративного подогрева питательной воды турбоустановки. Понятие регенеративной и конденсационной установок. Конструкция и принципы работы турбины.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.09.2014
  

• Турбина паровая типа К–14–3,5

  Определение размеров патрубков отбора пара из турбины. Число нерегулируемых ступеней давления и распределение теплового перепада между ними. Детальный тепловой расчет двухвенечной ступени скорости. Расчет осевого усилия, действующего на ротор турбины.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.01.2016
  

• Расчет тепловой схемы и проточной части паровой турбины К-160-130

  Способы определения параметров дренажей. Знакомство с этапами расчета тепловой схемы и проточной части паровой турбины К-160-130. Анализ графика распределения теплоперепада, диаметра и характеристического коэффициента. Особенности силового многоугольника.
  
  дипломная работа [481,0 K], добавлен 26.12.2016
  

• Расчет цилиндра высокого давления турбины К-1100-5,9/50 ЛМЗ

  Технические характеристики и системы регулирования турбины. Расчет расхода пара на нее. Разбивка теплоперепада цилиндра высокого давления по ступеням. Технико-экономические показатели турбоустановки. Прочностной расчет лопаток и диска последней ступени.
  
  курсовая работа [632,9 K], добавлен 01.03.2013
  

• Термогазодинамический расчет турбины

  Предварительный расчет параметров компрессора и турбины газогенератора. Показатель политропы сжатия в компрессоре. Детальный расчет турбины одновального газогенератора. Эскиз проточной части турбины. Поступенчатый расчет турбины по среднему диаметру.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.05.2012
  

• Расчёт паровой турбины К-2000-300

  Характеристика паровой турбины К-2000-300, ее преимущества и основные недостатки. Анализ расчета турбинных ступеней. Особенности технико-экономических показателей турбоустановки. Расчет площади сопловой решетки и турбопривода питательного насоса.
  
  курсовая работа [361,5 K], добавлен 09.04.2012
  

• Расчёт паровой турбины К-500-240

  Расчет принципиальной тепловой схемы, построение процесса расширения пара в отсеках турбины. Расчет системы регенеративного подогрева питательной воды. Определение расхода конденсата, работы турбины и насосов. Суммарные потери на лопатку и внутренний КПД.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 19.03.2012
  

• Тепловой расчет паровой турбины ПТ-25/30-8,8 в конденсационном режиме

  Состав комплектующего оборудования турбоустановки. Мощности отсеков турбины. Предварительное построение теплового процесса турбины в h,s-диаграмме и оценка расхода пара. Тепловой расчет системы регенеративного подогрева питательной воды турбоустановки.
  
  курсовая работа [375,7 K], добавлен 11.04.2012
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам