Тепловой расчет турбины ПТ-25-90/11

При пусках турбины из неостывшего и горячего состояний предусмотрено разделение коллектора на две части, что позволяет производить подачу пара на уплотнения ЦВД и переднее уплотнение ЦСД с параметрами 0,1 кгс/см2 и 300-350°С от общестанционной магистрали через дополнительный регулятор давления, в то время как на заднее уплотнение ЦСД и уплотнения ЦНД пар подается из уравнительной линии деаэратора по нормальной схеме.

Ротор турбины лежит на пяти опорных подшипниках самоустанавливающегося типа. Конструкция всех опорных подшипников одинакова. Смазка подшипников форсированная. Масло подается под давлением свыше 1,7 кг/см2. Для восприятия осевых усилий ротора, а также для установки его в необходимее осевое положение является двусторонний упорный подшипник самоустанавливающегося типа. С каждой стороны упорного гребня расположены упорные подушки. Масло в упорный подшипник подведено к нижней половине обоймы упорного подшипника. Слив масла 10

осуществляется через диафрагмы в верхней половине обоймы. Для уплотнения вала в местах его выхода на обоймы установлены кольца.

В турбине установлено 6 маслоотстойников для устранения протечек масла из корпуса подшипников.

Для равномерного прогрева ротора во время пуска, а также для равномерного охлаждения ротора во время останова турбины, производится вращение ротора турбины валоповоротным устройством, которое установлено на крышке подшипника ЦНД, со стороны генератора. Валоповоротное устройство в качестве привода имеет электродвигатель

Фикс-пункт турбины расположен в районе второго потока ЦНД расширение агрегата происходит в сторону переднего подшипника ЦВД и незначительно в сторону генератора.

Для улучшения условий прогрева турбины и сокращения времени пуска предусмотрено паровой обогрев фланцев и шпилек ЦВД и ЦСД.

При пусках блока и сброса нагрузки предусматривается прием пара в конденсатор от БРОУ в количестве до 508 т/ч с параметрами 6,65 кгс/см2- и 200-220°С. Предусмотрен также прием в конденсатор пароводяной смеси из растопочного сепаратора котла в количестве до 300 т/с с температурой не более 2000С.

Турбина, конденсатор и вспомогательное оборудование снабжены необходимым количеством измерительных приборов непосредственного действия, обеспечивающих правильную и безопасную эксплуатацию осей турбинной установки и ее отдельных частей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1  Давление пара Р  перед  регулирующей ступени с учетом  потерь на дросселирование в  регулирующей ступени. КПа

Р0 =24*0.95=22,8 МПа

1.2  Определяем  распологаемый теплоперепад с учётом потерь на дросселирование в регулирующем клапане. КДж/кг

Н0 - нулевая точка, начальная энтальпия.

hz - энтальпия после первой ступени.

Vz - удельный объем в точке z.

Но = hо-hz = 3335 - 2857 = 478 КДж/кг

1.3  Определяем относительный  электрический КПД цилиндра.

      hоэ = hoi*hmax*hэг = 0,79.

Задаемся:

hэг - 0,99.

hmax - 0,985.

hoi - 0,81 (уточняется в результате расчета).

hоэ = 0,79 относительный КПД цилиндра.

 

1.4 Определяем расход пара на цилиндр. Кг/сек

Gо = Nо/Hо*hоэ

G = 132*106/478 * 0,79=349,557 кг/сек

 

Расчет тепловой ступени.

2.1 Принимаем однолинеечную температуру пара. РС - ступени не должна превышать предельных расчетных сил ротора.

hрс = 0,76 ÷ 0,82.

2.2 Определяем параметры пара  в камере регулирующей ступени:

Н2 - 3232.

t2 - 483ºС.

Р2 - 16,5 МПа.

V2t - 0,018 м3/кг.

 

 2.3 Выбираем из конструктивных соображений:

Q - степень реактивности.

Для РС g =0,03 ÷ 0,1

Принимаем g = 0,04 - 0,06

 a1 - угол выхода из сопловой решетки задается в пределах от 12 ÷ 16º

Принимаем  Da1 = 12º

 

2.4 Определяем средний диаметр регулирующей ступени

   1. Фиктивная изоэнтропийная скорость пара, рассчитанная по располагаемому теплоперепаду

Сф = 44,72 * ÖHрс = 447,2 м/с.

   2. Окружная скорость вращения  диска по среднему диаметру  регулирующей ступени.

U = П dрсn/G0

U/Cф для Н0 = 100 КДж/кг, состояние

U = 447,2 * 0,3862 = 172,7.

2.5 Определяем средний диаметр ступени.

n = 3000 об/м - частота вращения ротора = 50 об/сек.

dрс= U/ Пn - 172,7/3,14*50 = 1,1м.

Нос = (1-g) Ho

Нос = (1-0,04) *100=96 КДж/кг.

По h,s диаграмме находим P1= 168 бар = 16,8 МПа.

V1 = 0,0172.

2.6 Определяем теоретическую скорость  выхода из сопловой решетки.

C1t = Ö2Нос = Ö2*69*103 = 438,178 м/с.

 

 

 

2.7 Определяем безразмерную скорость  потока из сопловой решетки.

 

Где к - показатель изоэнтропы для перегретого пара = 1,3;

V1t  = 0,0172 - удельный объем пара за сопловой решеткой.

A1t - скорость звука на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном истечении A1t м/с.

М1t = C1t/ A1t = 0,7.

2.8 Выбираем профиль сопловой решетки:

   если М1t ≤ 1,4 применяют профиль с суживающими устройствами,

   если М1t ≥ 1,4 то применяют профили образующие расширяющиеся каналы.

   По значениям М1t и Da1 выбирают профили сопловой решетки из таблицы Da1 = 12º.

Выбираем сопловую решетку С-9012А,

С - сопловая решетка;

90 - º градусов угол входа D0 = 90º, D1 = 12º;

12А - М1 = 0,7 т.е. меньше 0,9 по таблице.

А - означает дозвуковая лопатка т.е. М<1.

2.9    Определяем выходную  площадь сопловой решетки:

F1 = G*V1t/M1*C1t.

М1 - коэффициент распада сопловой решетки определяется по графику зависимости по ρ. Для сухого перегретого пара М1=0,937.

2.10 Определяем высоту сопловой решетки:

Произведение e*l1= F1(мм)2/П*dpc*sina = 0.0147-106/3.14*1100*0.207911=20,5мм

Оптимальная степень парциальности.

lопт = (0,5÷0,7)* Öel1= 0,6*1,43 = 0,859;

тогда l1=e* l1/lопт = 20,5/0,869=23,8 мм.

После расчета l1 можно определить число каналов сопловой решетки:

Z1 = П*dpc*lопт/t1/

t1 = tопт* l1 = (0,72 ÷ 0,87)*b1.

b1 - принимаем по таблице характеристик профилей сопловых решеток для С-90-12А.

b1 - 6,25 см.

t1 = 0,72*6,25=45 мм.

Z1 = 3,14*1100*0,86/45 = 66.

 

2.11 Определяем коэффициент скорости  сопловой решетки:

φ = 0,98-0,09 (b1/ b2), мм

где b1 = 6,25 см. (п.2.10)

     l1 = 23,8 мм.

 φ = 0,98 - 0,09(62,5/23,8) = 0,98-0,024=0,96.

2.12 Определяем действительную скорость  выхода выхода потока из сопловой  решетки.

С1 = φ* С1t = 0,96*438,178 = 420 м/с.

 

2.13 Строим треугольник скоростей  на выходе из сопловой решетки.

Начинаем с отложения горизонтальной линии.

См. прил.1

Масштаб построения 4м/с = 1мм.

ώ1 = 64*4=256 м/с.

B1 - 21,6º.

 

2.14 Определяем скорость выхода  потока из сопловой решетки  в относительном движении.

ώ1= ÖU2 +(C1)2-2UC1*cosa1 = Ö172,22 + 4202-2*172,7*420*0,978147=29825,29+176400-141897,83=253,6.

 

2.15 Определяем угол выхода потока из сопловой решетки

ß1= arctg * sina1/cosa1- (u/c1) = arctg *(0,207911/0,978147-(172/420)= arctg 0,3667519= 20,14º.

Значения, полученные графическим и расчетным путем должны совпадать с погрешностью не более 1%.

 

2.16 Определяем теоретическую относительную скорость пара из рабочей решетки.

ώ2t = Ö(ώ1)2+2g*Н0=Ö253,62+2*0,04*100=64312,96+8000=268,9 м/с.

 

2.17 Определяем площадь выхода  из рабочей решетки.

 

F2 = G*υ2t/M2* ώ2t = 349,557*0,018/0,937*268,9=0,0244972м2.

М2 - коэффициент расхода рабочей решетки.

 

2.18 Определяем высоту рабочей  решетки.

 

l2=l1+D1+D2, где D1 и D2 - перекрыши рабочей решетки над сопловой.

Для ступеней активного типа с высотой сопловой решетки l1<35мм;

D1 = ≤1мм; D2 = ≤ 2мм.

l2 = 23,8+1+2=26,8мм.

 

2.19  Определяем угол выхода потока из рабочей решеткив относительном движении.

ß2 = arcsin * F2 /П*d*l2*e = 0.024972/3,14*1,1*0,0268*0,86 = 0,024972/0,

07960 = arcsin 0,31371859=18,3º.

2.20 Выбираем профиль рабочей решетки

М2t = ώ2t/Ök*p2* υ2t=268,9/Ö1,3*16,5*106*0,018=268,9/Ö386100= 268,9/621,369=0,43.

Профили рабочей решетки выбираем по углу ß2 и М2t.

Выбираем профиль Р-26-17А.

Р - рабочая;

26 - угол входа;

17 - угол выхода;

А - докритическая.

2.21 Определяем действительную относительную  скорость пара на выходе из рабочей решетки.

W2 = ψ* ώ2t

ψ = 0,957-0,11 (b2/l2) = 0,957-0,0105=0,947.

b2 - выбирается из таблицы характеристик, b2 = 2,57см.

l2 =26,8мм.

W2 =0,947*268,9=254,64 м/с.

2.22 Построение треугольника скоростей  на выходе из рабочей решетки.

Выходной треугольник скоростей строят по углу ß2 и вектором скоростей W2 и U в том же масштабе, что и для входного треугольника. С2 = 112 м/с, a2 = 49,2º.

 

2.23 Определяем угол выхода потока  из рабочей решетки в абсолютном  движении:

a2 = arc tg(sin ß2/cosß2-(U/ W2)) = arc tg (sin18,3º/cos 18,3º-(172,7/254,64))= 0,313992/(0,949425-0,678212)=0,313992/0,271213=arc tg 1,15773211=49,2º.

2.24 Определяем скорость выхода  потока из рабочей решетки  в абсолютном движении.

 

 

 

 

Задаёмся теплоперепадом регулиющей ступени.

Но = 100 КДж/кг

h2t = h0-H0 = 3510-100 = 3410 КДж/кг

Р2 = 16,5 МПа   V0 = 0.0173

 

2.2

 

Определяем внутренний относительный КПД ступени.

Noj = 0.83-0.2/Gо*Ö Ро/Vо

Noj = 0.83-0.2/35,55*Ö8,550/0.043 = 0.75

2.3 Определяем действительный теплоперепад  регулирующей ступени. КДж/кг

Нj = Ho*hoj = 100*0.75 = 75 КДж/кг

2.4 Ищем точку начала процесса  в нерегулирующих ступенях.

h2 = hо = hо-Hj = 3510-75 = 3435

 

3 Расчёт первого отсека.

3.1 Определяем распологаемый теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 3435-2940 = 495 КДж/кг

3.2 Определяем hoj , %

d =Р2/Рпо = 6300/1100 = 5,73

Gо*Vо = 35,55*0.056 = 1,991

hoj = 89%

3.3 Определяем дейсивительный теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Нj = Hо*hoj = 495*0.89 = 440,55 КДж/Кг

Строим действительный процесс расширения пара 1 отсека.

Hk = hо-Hj = 3435-440,55 = 2994,45

 

4 Расчёт 2 отсека.

hпо = 0.9  Pпо = Рпо*0,9 = 1100*0,9 = 990

4.2 hо = 2994,45  V0 = 0.25

4.3 Определяем распологаемый теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 2994,45-2565 = 429,45 КДж/кг

4.4 Определяем noj отсека по формуле . %

hoj = hoj-Kу-xвс- Dnoj вл

(Gо*Vо) = (Gо-Gпо)*Vо = (35,55-15)*0,25 = 5,14

d= Рпо/Рто = 990/110 = 9  hoj = 91%

у2t = у2t*Hо/Hо = 5*160/429,45 = 1,86

у2t = (1-x2t)* 100% = (1-0.95)*100% = 5

Hо = h-hkt = 2725-2565 = 160

Pср = Рпо+Ро/2 = 990+110/2 = 550

Noj = 0.8  Ку = 0,99%

Noj = 91*0.99-0,8 = 89,29%

4.5 Определяем действительный теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

Hj = Hо*hoj = 429,45*0,89 = 382,21

6. hk = hо-Hj = 3041-410 = 2611,24

 

5 Расчёт 3 отсека 

hто = 0,7  Рто = 0,7*110 = 77

5.2 hо = hk = 2611,24  V0 = 2,3

5.3 Определяем распологаемый теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 2611,24-2260 = 351,24

5.4 Определяем noj отсека по формуле. %

noj = noj*Kу-xвс-Dnoj вл

(Gо-Vо) = (Gо-Gпо-Gто)*V0 = (35,55-15-15)*2,3 = 12,77

d = Рто/Р2z = 77/6,6 = 11,67  h = 92,4%  Ky = 0,998

xвс = Dhвс/Но*100% =11/351,24*100 = 3,13

у2t = у2t = (1-x2t)*100 = (1-0.872)*100 = 12.8

Рср = Рто+Р2z/2 = 77+6,6/2 = 41,8 =0,041 МПа

Dhoj = 7%

hoj = 92,4*0,988-3,13-7 = 81,16%

5.5Определяем действительный теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

Hj = Hо*hoj = 351,24*0,812 = 285,21

5.6 hk = hо-Hj = 2611,24-285,21 = 2326,03

6 Действительный теплоперепад  турбины. КДж/кг

Hj = hо-hk = 3510-2326,03 = 1183,97 КДж/кг

7 Уточняем расход пара на  турбину. Кг/сек

G = Nэ/Hj*hм*hг+Упо*Gпо+Уто*Gто = 25000/1183,97*0,98*0,96+0,58*15+0,272*15 = 35,22 кг/сек

Расчёт регулирующей ступени.

8 Определение среднего диаметра  ступени.

8.1 Но = 100КДж/кг

8.2 Фиктивная изоэнтропийная скорость  Сф. м/с

Сф = 2000*Но = 2000*100 = 447 м/с

8.3 Определяем оптимальное отношение  скоростей.

Хф = 0,385

8.4 Окружная скорость вращения  рабочих лопаток. м/с

И = Хф-Сф = 447*0,385 = 172,18

8.5 Средний диаметр ступени. м

d = И/П*п = 172,18/3,14*50с = 1,09 м

9 Расчёт сопловой решётки

9.1 Распологаемый теплоперепад  сопловой решётки. КДж/кг

Нос = Но*(1-р) = 100*(1-0,1) = 90

9.2 Абсолютная теоретическая скорость  потока на выходе из сопловой  решётки при изоэнтропийном расширении  пара. м/с

С1t =Ö 2000*90 = 427 м/с

9.3 Число Маха для теоретического  процесса расширения пара.

М1t = C1t/A1t = 435/675,4 = 0,64

A1t = Ök*P1*V1t *10 = 1,3*6,5*0,053 *103 = 669,22

Расчёт суживающихся сопл при докритическом истечении пара.

9.4 Сечение для выхода пара  из сопловой решётки.

F1 = G*V1t/m1*G1t = 35,22*0,053/0,91*427,26  = 0,0048

9.5 Произведение степени парциальности  ступени на высоту сопловой решётки. м

el1 = F1/П*d*sin  1 = 0,0048/3,14*1,09*sin11 = 0,00816м

9.6 Оптимальная степень парциальности.

е = 0,5*Öеl1 = 0,5*Ö0,816 = 0,45166

9.7 Высота сопловой решётки. см

l1 = el1/e = 0,816/0,45166 = 1,80666

9.8 Потеря энергии в соплах. КДж/кг

Dhc = (1-u)*Hoc = (1-0,97)*90 = 2,7

9.9 Тип профиля сопловой решётки.

С-90-12А

 

9.10 По характеристике выбранной  сопловой решётки принимаются:

tопт = 0,8  в1 = 62,5 мм

9.11 Шаг решётки. мм

t = в1*tопт = 62,5*0,8 = 50

9.12 Число каналов сопловой решётки. Шт.

Zc = П*d*e/t = 3,14*1,09*0,45166/0,05 = 31 шт

9.13 Уточняем шаг в сопловой  решётки. мм

t = П*d*e/Zc = 3,14*1090*0,45166/31 = 49,87мм

10 Расчёт рабочей решётки.

10.1 Распологаемый теплоперепад  рабочей решётки. КДж/кг

Нор = r*Но = 0,1*100 = 10

10.2 Абсолютная скорость входа  пара на рабочие лопатки. м/с

С1 = 0,97*427,26 = 414,44

 

10.3 Строим входной треугольник  скоростей.

W1 = 250 b1 =20,5C2 =120 a2 = 42

10.5 Высота рабочей лопатки, принимается  из условия:

l2 = l1+D1+D2 = 18,07+1+2 = 21,07мм

10.6 Теоретическая относительная  скорость пара на выходе из  рабочей решётки.

W2t = Ö2000*Hop+W1 = Ö2000*10+2502 = 287,23 м/с

10.7 Действительная относительная  скорость пара на выходе из  рабочей решётки.