Расчет “цилиндра конденсационной турбины”

 

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

Факультет судостроения и энергетики

 

Кафедра судовых энергетических установок  и теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По дисциплине “ Турбины ТЭС  и АЭС”

 

Тема проекта: Расчет “цилиндра  конденсационной турбины”

 

 

КП.44.140101.65.02.000.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:           студент гр.11-ТЭ       Кулев Андрей Валентинович

 

Проверил:                                                 Резник Владимир Михайлович

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калининград 2006

 

Содержание:

 

1. Задание на курсовую работу …………………………………………………………..
2. Описание турбины К-200-130………………………………………………………….
3. Тепловой расчет конденсационной паровой турбины……………………………….

1. Предварительное определение расходов пара ……………………………….
2. Предварительное построение процесса расширения в 
   турбине в i-s диаграмме ……………………………………………………….
3. Расчет тепловой схемы. Определение расчетного значения 
   расхода пара …………………………………………………………………  
4. Определение числа ступеней ЦСД ………………………………………….
5. Детальный расчет ступеней ЦСД ………………………………………….. 
1. Особенности детального расчета ЦСД …………………………..
2. Детальный расчет турбинной ступени …………………………..

         Литература…………………………………………………………………………….

          Приложения

            Продольный разрез турбины (формат А1)

            Узел турбины (формат А2)

             Тепловая схема (Формат А1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  2. Турбина К-200-130

Турбина К-200-130 мощностью 297 МВт на 3000 об/мин является одновальным агрегатом. Турбина рассчитана на давление и температуру свежего пара 127,4 бар и 570 °С и абсолютное давление в конденсаторе 0,035 бар. Промежуточный перегрев пара производится до 570 °С. Турбина работает в блоке с котельным агрегатом паропроизводительностью 640 т/ч.

Турбина трехкорпусная  с раздвоенным потоком пара в ЦНД и отводами части пара через верхние ярусы предпоследних ступеней Баумана непосредственно в конденсаторы.

Свежий пар поступает  через два клапана автоматического  затвора, расположенных в передней части ЦВД. От этих клапанов пар по четырем трубам поступает к четырем регулирующим клапанам, расположенным на ЦВД сварно-литой конструкции. Сопловой аппарат первой ступени состоит из четырех сегментов и находится в сопловых коробках.

Проточная часть ЦВД  состоит из регулирующей ступени  и одиннадцати ступеней давления. Диафрагмы установлены в трех обоймах. Ротор ЦВД – цельнокованый, изготовлен из стали марки Р2 и имеет критическое число оборотов 1750 в минуту.

Концевые уплотнения ЦВД – безвтулочного типа: на концах вала выточены кольцевые канавки, а уплотнительные сегменты установлены в обоймах и удерживаются плоскими пружинами.

Пар с давлением 24,5 бар  и температурой 340°С из ЦВД направляется в промежуточный пароперегреватель  котла. Перегретый пар с давлением 20,8 бар и температурой 570°С через два предохранительных клапана по четырем трубам поступает к регулирующим клапанам ЦСД.

В ЦСД размещается  одиннадцать ступеней давления. Диафрагмы  первых трех ступеней установлены в  выточках корпуса, а диафрагмы последующих  восьми ступеней закрепляются в двух обоймах. Ротор ЦСД – комбинированный: первые семь дисков выточены из одной поковки с валом, а последние четыре диска насажены на вал в горячем состоянии. Критическое число оборотов ротора 1780 в минуту. Переднее концевое уплотнение безвтулочное; уплотнение вала со стороны выпускного патрубка – втулочное.

Пар с давлением 1,6 бар  и температурой 235°С из ЦСД по перепускным  трубам диаметром 1500 мм подводится к  центральной части ЦНД и разветвляется  на два потока. В каждом потоке расположено  по четыре ступени. Отработавший пар из выпускных патрубков турбины направляется в два конденсатора, приваренных к выпускным патрубкам.

Корпус ЦНД состоит  из их трех разъемных частей: средняя  часть литая, из чугуна марки СЧ-21-40, а выпускные патрубки сварные. Восемь дисков ротора низкого давления насажены

 

 

 

 

 

на вал в горячем  состоянии, что обеспечивает необходимый  натяг при рабочем числе оборотов. Диски закреплены на валу при помощи радиальных шпонок. Критическое число  оборотов ротора 1610 в минуту. Концевые уплотнения втулочного типа. Втулки насажены на вал в горячем состоянии.

Роторы высокого, среднего и низкого давления лежат на пяти опорных подшипниках: ротор низкого  давления – на двух, а роторы высокого и среднего давления – на трех. Роторы высокого и среднего давления соединены жесткой муфтой. Подвод пара в ЦВД и ЦСД производится со стороны среднего комбинированного подшипника. Такое расположение позволило уменьшить длину агрегата на 1,5 м и разгрузить упорный подшипник от осевого усилия. Это особенно важно при наличии повышенной реакции на рабочих лопатках.

Роторы ЦСД и ЦНД, а также роторы ЦНД и генератора соединены полугибкими муфтами.

Для вращения роторов  при прогреве турбины до и после  ее остановки предусмотрено валоповоротное  устройство, смонтированное на корпусе заднего подшипника ЦНД.

Средний диаметр последней  ступени равен 2100 мм при высоте рабочей  лопатки 765 мм. Отношение d/l=2,75 , а окружная скорость на среднем диаметре u=330 м/сек. Наибольший диаметр по вершине рабочих лопаток последней ступени со стороны выхода пара составляет 2870 мм, а максимальная окружная скорость на вершине лопатки u_max=450 м/сек. Масса ротора турбины низкого давления в собранном виде составляет 36 т.

Полезная мощность по цилиндрам  турбины составляет: на валу ЦВД 62 МВт, на валу ЦСД 91 МВт и на валу ЦНД 51 МВТ.

Основные детали турбины, работающие в зонах высоких температур, изготовлены из легированных сталей перлитного класса. Корпус высокого давления, сопловые и паровые коробки, корпуса  клапанов и корпус среднего давления до вертикального разъема изготовлены из жаропрочной хромомолибденованадиевой стали марки 15Х1М1Ф. Роторы турбины изготовлены из стали Р2. Все насадные диски изготовлены из стали 34ХН3М. Применение сталей перлитного класса для изготовления турбины позволило значительно снизить ее стоимость.

Схема регулирования  турбины К-200-130 в отличие от схем регулирования турбин без промежуточного перегрева пара включает дополнительную защиту турбины от повышения числа  оборотов паром из паропроводов промежуточного перегрева. На ЦСД установлены четыре регулирующих клапана, которые управляются тем же сервомотором, что и регулирующие клапаны ЦВД. Кроме того, на паропроводах промежуточного перегрева перед ЦСД установлены два предохранительных клапана, переключающих пар в конденсатор в случае полного сброса нагрузки. Эти клапаны работают так же, как и автоматические стопорные клапаны свежего пара.

 

 

 

Для снабжения турбины  маслом предусмотрен масляный насос  центробежного типа производительностью 7000 л/мин. Он установлен в корпусе  переднего подшипника, и его ротор соединен муфтой с ротором турбины. Масло на регулирование подается с давлением 19,6 бар, масло на подшипники поступает от сдвоенного инжектора, установленного в масляном баке турбины. В системе маслоснабжения нет зубчатого редуктора и редукционного клапана, что повышает надежность её работы.

Для пуска турбины  и останова предусмотрен пусковой центробежный масляный электронасос. При падении  давления масла на смазку подшипников  ниже 0,45 бар автоматически включается в работу аварийный электронасасос, работающий от сети переменного тока. На случай обесточивания фидеров собственных нужд на станции установлен резервный масляный насос с электродвигателем постоянного тока, который питается от аккумуляторной батареи и автоматически включается в работу при падении давления масла на подшипники до 0,45 бар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        

                                           3. Тепловой расчет конденсационной паровой турбины

1. Предварительное определение расходов пара.

 

1. Потери давления в стопорном  и регулирующих клапанах и  паровом сите:

    МПа

2. Давление пара перед  соплами первой ступени:  МПа

3. Давление перегретого  пара на входе в ЦСД:  МПа

4. Потери давления  в  тракте промежуточного перегрева:  МПа

5. Давление пара на  выходе из ЦВД:  МПа

6. Температура питательной воды: - принимается по табл. 1.5.1 прилож. 5 /1/

7. Температура  перегретого   пара перед ЦСД: 

8. Энтальпия:

        -  питательной  воды: кДж/кг

        -  пара в точке “0”:  кДж/кг – определяется по i-s диаграмме (рис. 1.1)

        -  пара в точке “2”:   кДж/кг -  определяется по i-s диаграмме (рис. 1.1)

        -  пара в точке “1t”: - кДж/кг -  определяется по i-s диаграмме (рис. 1.1)

9. Теплоперепад в ЦВД (располагаемый): кДж/кг

10. Теплоперепад в ЦСД и ЦНД  (располагаемый): кДж/кг

11. Относительный внутренний КПД  ЦВД:  - принимается

12. Относительный внутренний КПД  ЦСД и ЦНД:  - принимается

13. Энтальпия конденсата при давлении = 4 кПа: кДж/кг – по табл. Вукаловича

14. КПД турбинной установки без  регенерации:  =

     = 

15. Температура конденсата при давлении = 4 кПа: К – по табл. Вукаловича

16. Энтропия пара в точке ‘2”:  кДж/кг∙К – по i-s диаграмме

17. Энтропия питательной воды: кДж/кг∙К – по табл. Вукаловича

18. Энтропия конденсата при = 4 кПа: кДж/кг∙К

 

 

 

 

 

19. Выигрыш в экономичности от бесконечно большого числа регенеративных подогревателей:

  = =0,134;

20. Температура насыщения при давлении пара 11 МПа: - по табл. Вукаловича

21. Отношение  0,730

22. Число регенеративных  подогревателей: z = 7 шт. – принимается по приложению 7 /1/

23. Относительный выигрыш установки  с конечным числом регенеративных  подогревателей и промежуточным  перегревом:  = 0,107 – по рис. П.10.1 (прилож. 10) по значениям z и /1/

24. Абсолютный КПД установки с регенерацией: = = 0,430

25. Предварительный приведенный используемый теплоперепад турбины:  = 1224,8 кДж/кг

26. Механический КПД турбины:  - по рис. П.10.2 /1/

27. КПД электрогенератора:  - принимается

28. Расход пара в первую ступень  турбины:  = = 149,5 кг/с

29. Энтальпия пара в конце  процесса расширения: кДж/кг

30. Расход пара в конденсатор: =   

       = = 106,9 кг/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         

 

                                  Рис. 3.1. Процесс расширения в турбине в i-s диаграмме

 

 

 

3.2 Предварительное построение процесса расширения в i-s диаграмме.

 

1. Диаметр регулирующей ступени:  м – принимается /1/

2. Теплоперепад регулирующей  ступени:  = 90 кДж/кг – принимается по i-s диаграмме из

     условия снижения  температуры пара в камере  регулирующей ступени ниже 500

3. Давление пара перед  регулирующей ступенью:  = 10,56∙10 ⁶ Па – см. п. 1.1.

4. Удельный объем пара перед регулирующей ступенью: = 0,034 м³/кг – по i-s диаграмме при значениях = 10,56 МПа и

5. Отношение    = 0,37

6. Оптимальное отношение  - принимается

7. Коэффициент  = 0,94 – находится по рис.1.2  /1/ для одновенечной ступени при данном отношении = .

8. КПД регулирующей ступени:  =  

    = =0,76

9. Внутренний теплоперепад  регулирующей ступени:  = 68,4 кДж/кг

10. Располагаемый теплоперепад  отсека нерегулируемых ступеней: кДж/кг – по i-s диаграмме

11. Удельный объем пара  за регулирующей ступенью:  м³/кг – по i-s диаграмме

12. Удельный объем пара за  последней ступенью ЦВД:  м³/кг (по i-s диаграмме при давлении МПа)

   13. Средний удельный объем  пара в отсеке нерегулируемых ступеней ЦВД:

 м³/кг

14. Коэффициент выходной скорости: =0,01 – принимается /1/

 

 

 

 

15. Относительный внутренний КПД  отсека нерегулируемых ступеней  ЦВД: 

      =

     = 

16. Располагаемый теплоперепад  в ЦСД:  639,6 кДж/кг

17. Расход пара через  ЦСД (приблизительно): кг/с

18. Удельный объем пара  на входе в ЦСД (в т.2): м³/кг – по i-s диаграмме

19. Удельный объем пара  на выходе из ЦСД (в т.3): м³/кг – по i-s диаграмме

20. Средний удельный объем  пара в ЦСД:  м³/кг

21. Относительный внутренний  КПД ЦСД:

0,906

22. Внутренний теплоперепад  в ЦСД:  кДж/кг

23. Давление пара за ЦСД: =0,30 МПа – по i-s диаграмме