- •Тепловой расчет паровой турбины
- •Предварительный расчет
- •Подробный расчет ступеней турбины с противодавлением
- •Процесс расширения пара в турбине в I-s диаграмме
- •Эскиз проточной части
- •Треугольники скоростей одновенечной ступени скорости
- •Рабочий процесс одновенечной регулирующей ступени в I-s диаграмме
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ивановский государственный энергетический
университет имени Ленина
Расчёт паровой турбины
К-300-25,5
Выполнила:
студентка III-8х
Александрова О. В.
Проверил:
к.т.н. доц.
Панков С. А.
Иваново 2010
Тепловой расчет паровой турбины
Тепловой расчет турбины выполняется в два этапа:
1-й этап — предварительный (ориентировочный) расчет
2-й этап — подробный расчет
Задачей ориентировочного расчета является определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням.
В подробном расчете рассчитываются треугольники скоростей, потери, КПД ступеней, размеры проточной части, выбираются профили облопачивания, подсчитываются мощность и КПД турбины в целом.
Предварительный расчет
Определение номинального расхода пара на турбину
Точка АР0=23,5 МПа,t0=5450C→v0=0,01357 м3/кг,h0=3340,75 кДж/кг,s0=6,20745 кДж/кг∙К
Точка ВРkt=3,6МПа,skt=s0=6,20745кДж/кг∙К→vkt=0,05866 м3/кг,hkt=2851,711 кДж/кг,tkt=258,1760C
H0=h0-hkt=3340,75 -2851,711 =489,039 кДж/кг
Произведение КПД принимается
МВт
1.2 Построение рабочего ориентировочного процесса турбины с противодавлением
1.2.1 Определяем давление перед соплами первой ступени
Потери давления на впуске оцениваются в 34%. Следовательно, давление перед соплами первой ступени
МПа
Давление за последней ступенью турбины с противодавлением с учетом потери давления в выходном патрубке
МПа
св— скорость потока в выходном патрубке, св=50 м/с
— коэффициент местного сопротивления патрубка, =0,03
Точка А’0Р’0=22,795 МПа,h’0=h0=3340,75 кДж/кг →v’0=0,013987 м3/кг,t’0=542,360C,s’0=6,2193 кДж/кг∙К
Точка В’Р’k=3,627 МПа,s’k=s’0=6,2193кДж/кг∙К→v’k=0,0587м3/кг,h’k=2859,51 кДж/кг,t’k=2260,980C
H’0=h’0-h’k=3340,75-2859,51=481,24 кДж/кг
Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень
Оценка экономичности регулирующей ступени
Внутренний относительный КПД для одновенечной регулирующей ступени
Построение ориентировочного процесса регулирующей ступени в i-sдиаграмме.
Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени
кДж/кг
Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени
кДж/кг
Оценка экономичности нерегулируемых ступеней турбины с противодавлением
Точка bhb=h0-h0pc=3340,75-90=3250,75 кДж/кг,sb=s’0=6,2193 кДж/кг∙К →vb=0,01749 м3/кг, Рb=17,06 МПа,tb=489,620C
Точка aР2pc= Рb=17,06 МПа,h2pc=i2pc=3269,56 кДж/кг →v2pc=0,017743 м3/кг,s2pc= 6,2431 кДж/кг∙К ,t2pc=495,71
Точка cs2tz=s2pc=6,2431 кДж/кг∙К, Р2tz=P’k=3,627 МПа→v2tz=v2=0,0595 м3/кг,t2tz=264,940C,h2tz=2872,3304 кДж/кг
Располагаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени
кДж/кг
1=0,017743 м3/кг;2=0,0595 м3/кг
кДж/кг
Определение состояния пара за турбиной
Точка C Р2z= Р’k=3,627 МПа, hk =ik =2933,78 кДж/кг →v2z =0,06344 м3/кг, s2z = 6,35549 кДж/кг∙К , t2z =285,50C
1.2.9. Использованный тепловой перепад всей турбины с противодавлением кДж/кг
Внутренний относительный КПД турбины с противодавлением
Ориентировочный расчет регулирующей ступени
Для одновенечных ступеней задаемся:
Степенью реакции регулирующей ступени, =0,08
Углом направления потока пара соплами, 1Э=13
Отношением скоростей, u/c0=0,4
Условная теоретическая скорость по всему располагаемому тепловому перепаду
м/с
Располагаемый тепловой перепад в соплах
кДж/кг
Теоретическая скорость истечения из сопл
м/с
Окружная скорость на среднем диаметре регулирующей ступени
м/с
Средний диаметр ступени
м
Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки
м
μ1=0,97
Точка b’h1t=h’0-h01pc=3340,75-82,8=3257,95 кДж/кг,s1t=s’0=6,20745 кДж/кг∙К →v1t=0,0167 м3/кг, Р1t= Ррс1=18,007МПа,t1t=496,30C
Оптимальная степень парциальности
Высота сопловой решетки
мм
Определение размеров первой нерегулируемой ступени
Для активных турбин задаемся:
Следующими значениями теплоперепадов, h0I=35;40;45;50;55;60 кДж/кг
Степенью реакции ступени, I=0,12
Величиной
Углом потока за сопловой решеткой, 1Э=13
Таблица 1.1
Величина |
Размер-ность |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
кДж/кг |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 | |
— |
0,52 |
0,52 |
0,52 |
0,52 |
0,52 |
0,52 | |
м/с |
264,575 |
282,843 |
300,000 |
316,228 |
331,662 |
346,410 | |
м/с |
137,566 |
147,078 |
156,000 |
164,438 |
172,464 |
180,133 | |
М |
0,876 |
0,937 |
0,994 |
1,047 |
1,098 |
1,147 | |
— |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 | |
кДж/кг |
30,8 |
35,2 |
39,6 |
44 |
48,4 |
52,8 | |
м/с |
248,193 |
265,33 |
281,425 |
296,648 |
311,127 |
324,961 | |
м3/кг |
0,01858 |
0,01877 |
0,01899 |
0,01922 |
0,01945 |
0,01966 | |
Мм |
35,954 |
31,791 |
28,581 |
26,035 |
23,956 |
22,192 | |
— |
9,983 |
8,735 |
7,764 |
6,988 |
6,353 |
5,823 |
Для v1t: s=6,2274 кДж/кг∙К, h=i2pc-h011
k=1,2, α=0,032
dI=dpc-100=1081-100=981 мм→интервал h0I=(35-40) кДж/кг →Z=9шт.
Выбираем диаметр первой нерегулируемой ступени, число ступеней и высоту сопла:
Средний диаметр — dI = 0,923м
Число ступеней — z= 9 шт
Высота сопла — мм
Теплоперепад — H01=38,7 кДж/кг
Определение размеров и теплового перепада последней ступени турбины с противодавлением
Для проектирования проточной части с постоянным внутренним диаметром достаточно спроектировать последнюю ступень турбины с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр ее был равен внутреннему диаметру первой ступени, т.е. из условия dkI=dkZ. Для этого нужно выбрать соответствующий тепловой перепад на последнюю ступень. Эту задачу решают графическим способом. Задаются рядом значенийdZ(отdIдо 1,3dI), и для каждого варианта находится внутренний диаметр. Последовательность расчета приводится в таблице 1.2. По данным таблицы строится график по которому находятся искомые тепловой перепад и диаметр последней ступени.
Таблица 1.2
Величина |
Размер-ность |
1 |
2 |
3 |
4 |
м |
0,923 |
1,0153 |
1,1076 |
1,1999 | |
м/с |
144,911 |
159,4021 |
173,8932 |
188,3843 | |
— |
0,52 |
0,52 |
0,52 |
0,52 | |
кДж/кг |
38,83 |
46,98 |
55,92 |
65,62 | |
— |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 | |
кДж/кг |
34,17 |
41,35 |
49,21 |
57,75 | |
м/с |
261,42 |
287,56 |
313,7 |
339,85 | |
|
13 |
13 |
13 |
13 | |
м3/кг |
0,062 |
0,062 |
0,062 |
0,062 | |
м |
0,0522 |
0,0431 |
0,0363 |
0,0309 | |
м |
0,871 |
0,972 |
1,071 |
1,169 |
По данным таблицы строим график. По нему находим:
Средний диаметр последней ступени — dZ = 0,94м
Корневой диаметр последней ступени — dkZ = 0,889 м
Высота сопл последней ступени — l1Z = 50,332 мм
Тепловой перепад последней ступени — h0Z = 40,2 кДж/кг
Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада
Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производится следующее графическое построение. Берется в качестве базы отрезок прямой 200300 мм. На концах этого отрезка в определенном масштабе откладываются диаметры первой и последней нерегулируемых ступеней. Соединяя концы этих отрезков проводим линию предполагаемого изменения диаметров. Для турбин с противодавлением значения х0, , 1Э выдерживаются постоянными, а линия диаметров может изображаться прямой линией. По графикам изменения диаметров и х0 можно построить кривую изменения тепловых перепадов.
dZ в м, h0 в кДж/кг
M |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
dz, м |
0,923 |
0,925 |
0,927 |
0,929 |
0,932 |
0,934 |
0,936 |
0,938 |
0,94 |
h0z, кДж/кг |
38,7 |
38,9 |
39,1 |
39,3 |
39,5 |
39,65 |
39,8 |
40 |
40,2 |
На основании этих зависимостей определяется средний тепловой перепад на одну ступень
Где m— число отрезков
Число нерегулируемых ступеней
, где
— коэффициент возврата теплоты;
Т.к. весь процесс в области перегретого пара, то k=4,810-4
α=0,0281, h0ср=39,46 кДж/кг,z=10,58≈11 шт.
Таблица 1.3
№ ступени |
Диаметр |
h0по графику |
h- поправка |
Коррект. величина |
Степень реакции, |
Угол. 1э |
1 |
0,923 |
38,7 |
1,4269 |
37,2731 |
0,12 |
13 |
2 |
0,9247 |
38,85 |
1,4324 |
37,4176 |
0,12 |
13 |
3 |
0,9264 |
39 |
1,438 |
37,562 |
0,12 |
13 |
4 |
0,9281 |
39,15 |
1,4435 |
37,7065 |
0,12 |
13 |
5 |
0,9298 |
39,3 |
1,449 |
37,851 |
0,12 |
13 |
6 |
0,9315 |
39,45 |
1,4545 |
37,9955 |
0,12 |
13 |
7 |
0,9332 |
39,6 |
1,4601 |
38,1399 |
0,12 |
13 |
8 |
0,9349 |
39,75 |
1,4656 |
38,2844 |
0,12 |
13 |
9 |
0,9366 |
39,9 |
1,4711 |
38,4289 |
0,12 |
13 |
10 |
0,9383 |
40,05 |
1,4766678 |
38,5733 |
0,12 |
13 |
11 |
0,94 |
40,2 |
1,4821984 |
40,2 |
0,12 |
13 |
кДж/кг
кДж/кг
Уточняем α с учетом нового z: