Расчет “цилиндра конденсационной турбины”

24. Потери давления в перепускном  паропроводе от ЦСД до ЦНД: 

  МПа

25. Давление пара  перед ЦНД:  МПа

26. Длина рабочей лопатки последней ступени ЦНД: м – принимается по прототипу

      /Приложение 5/

27. Средний диаметр  последней ступени ЦНД:  м – принимается по прототипу

      /Приложение 5/

28. Площадь, ометаемая  рабочими лопатками последней ступени ЦНД:

   м²

   29. Число потоков пара  на выходе из турбины:  шт – принимается по прототипу

       /Приложение 5/

   30. Располагаемый теплоперепад  в ЦНД: кДж/кг

   31. Удельный объем пара за последней ступенью ЦНД: 35 м³/кг – по i-s диаграмме (при

         предварительно  принятом  )

 

 

   32. Потери энергии с  выходной скоростью:  =

        = кДж/кг

   33. Относительный внутренний  КПД ЦНД без учета потерь  от влажности:  

        

   34. Влажность пара на входе  в ЦНД (в т.4): - по i-s диаграмме

   35. Влажность пара на выходе  из ЦНД (в т.k): - по i-s диаграмме

   36. Поправочный коэффициент  на влажность: 

   37. Теплоперепад ступеней, работающих  в области влажного пара: кДж/кг – по i-s

         диаграмме 

   38. Коэффициент выходной  скорости: - принимается /1/

   39. Относительный внутренний  КПД ЦНД: 

         0,662

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                3.3. Расчет тепловой схемы. Определение расчетного значения расхода пара.

 

Тепловая схема установки принимается  по прототипу. Число отборов, давление пара в отборах и расход пара в  каждом отборе выбираются по таблицам, представленным в приложении /6/. Принятые значения давления пара в регенеративных отборах наносятся на процесс расширения в i-s диаграмм.

По этой диаграмме определяются значения использованного теплоперепада  в отсеках до отборов  . Доля отбираемого пара в каждом отборе определяется по формуле: .

 

Результаты расчета тепловой схемы  приведены в табл. 3.1

 

       Таблица 3.1

Показатель	Отсек турбины								Примечание
	от входа в турбину до №7	от №7 до №6	от №6  до №5	от №5  до №4	От №4 До №3	От отбора №3  До №2	От отбора №2  до отбора №1	От отбора №1 до к-ра
Давление пара перед и за отсеком; Ротб, МПа	9,600 – 3,855	3,855 – 2,520	2,520 – 1,187	1,187 – 0,627	0,627 – 0,270	0,270 – 0,125	0,125 – 0,026	0,026 – 0,0035	По прилож. 7 /1/
Количество отбираемого пара в  отбор; Gотб, кг/с	-	8,33	10,0	10,0	5,83	4,72	6,66	6,11	По прилож. 7 /1/
Доля отбираемого пара; α=Gотб/G	-	0,0557	0,0669	0,0669	0,0390	0,0316	0,0445	0,0409	149,5 кг/с
Энтальпия пара перед отсеком; i, кДж/кг	3441	3221	3490	3250	3072	2925	2822	2621	По i-s диаграмме рис.2
Использованный теплоперепад отсека; Нi отб, кДж/кг	220	96	240	178	147	103	201	231	кДж/кг
Относительный расход пара через отсек;      1-Σα	1,0	0,9443	0,8774	0,8105	0,7715	0,7399	0,6954	0,6545	1-∑α
Приведенный теплоперепад отсека; Нi(1-Σα)	220,0	90,6	210,6	144,3	113,4	76,2	139,8	151,2	кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

Приведенный теплоперепад в турбине  по результатам расчета тепловой схемы находим по формуле: = 220,0+90,6+210,6+144,3+113,4+76,2+139,8+151,2 = 1146,1 кДж/кг

Расчетное значение расхода через  первую ступень турбины: = = 159,6 кг/с

 

3.4 Определение числа ступеней  Цилиндра среднего давления.

 

 

1. Параметры пара:  давление: = 2,8 МПа – по i-s диаграмме;

                                   удельный объем: = 0,13 м³/кг – по i-s диаграмме.

2. Коэффициент расхода уплотнения: =0,96 – принимается /1/

3. Число уплотнительных гребней:  = 55 шт – принимается по прототипу

4. Диаметр щелей под гребнями: м – принимается по прототипу

5. Размер щели: м – принимается по прототипу

6. Площадь зазора уплотнения: м²

7. Отношение давлений за и  перед уплотнением: 

8. Утечка пара через уплотнение: =

= 0,5 кг/с

9. Расход пара на входе в первый отсек составляет:     =

 кг/с

10. Средний диаметр ступени: d_1ср = 0,99 м – по прототипу 

11. Угол выхода из сопел: α₁=13 ° - принимается /1/

12. Cтепень реактивности на среднем диаметре: ρ = 0,20 – принимается /1/

13. Коэффициент расхода:  μ₁= 0,985    - по рис. 1.3 (б) /1/

14. Отношение = 0,50 – принимается /1/

15. Удельный объем: м³/кг - по i-s диаграмме

16.  Перепад энтальпий на I ступень:   кДж/кг

 

 

 

17. Частота вращения ротора: n = 50 с^-1 – по прототипу

18. Высота сопловой лопатки нерегулируемой ступени:    м 

19. Перекрыш Δ=0,005 м – принимается при 50< l₁ < 150 мм

20. Высота рабочей лопатки первой нерегулируемой ступени: =

       = 0,0951+0,005= 0,1001 м     

21. Корневой диаметр ступени:  м

22. Удельный объем пара за  рабочими лопатками последней  ступени: м³/кг

         23. Высота лопатки последней ступени ЦСД: м

24. Средний диаметр последней ступени: = 0,8896 + 0,490 = 1,380 м

25. Коэффициент K: =

26. Теплоперепады ступеней по  параметрам торможения (первой и  последней):

      48,2 кДж/кг

      86,6 кДж/кг

27. Теплоперепады ступеней по  статическим параметрам (первой  и последней):

       46,2 кДж/кг

       83,0 кДж/кг

28. Число отрезков разбивки: m=5 шт – принимается

29. Теплоперепады по статическим  параметрам взятых по точкам  отрезков (предварительных): 51,4 кДж/кг

         57,5 кДж/кг

                                    64,5 кДж/кг

                                     73,0 кДж/кг

 

 

 

 

30. Средний теплоперепад ступени:  кДж/кг

31. Число нерегулируемых ступеней ЦСД: шт - принимается предварительно по прототипу.

32. Коэффициент возврата теплоты:

33. Число ступеней  ЦСД: шт – принимаем 10

34. Разность теплоперепадов: =30,2

    кДж/кг

36. Прибавка к теплоперепадам: = =

37. Теплоперепады ступеней по  статическим параметрам (предварительные):

      46,2 кДж/ кг, 48,8 кДж/кг, 51,6 кДж/кг, 54,6 кДж/кг, 57,8 кДж/кг,

      61,1 кДж/кг, 64,8 кДж/кг, 69,0 кДж/кг, 74,7 кДж/кг, 83,0 кДж/кг.

38. Теплоперепады ступеней по  статическим параметрам (уточненные):

      46,2+3,0 = 49,2 кДж/ кг, 48,8+3,0 = 51,8 кДж/ кг,

               51,6+3,0=54,6 кДж/ кг, 54,6+3,0=57,6 кДж/кг,

               57,8+3,0=60,8  кДж/ кг, 61,1+3,0=64,1  кДж/ кг,

               64,8 + 3,0 = 67,8 кДж/ кг, 69,0+3,0=72,0 кДж/ кг,

               74,4 + 3,0 = 77,4  кДж/ кг, 83,0 + 3,0 = 86,0 кДж/ кг.

 

5. Детальный расчет ступеней ЦСД.

 

Порядок детального расчета ступеней ЦСД, последовательность определяемых величин представлена в табл. 3.5.2

1. Особенности детального расчета ЦСД.

       1. Для всех  ступеней принимается постоянная  степень реактивности.

  2. Хорды сопел в первой  ступени b₁ = 100 мм, в остальных b₁ = 140. Хорды рабочих

      лопаток     b₂ = 80 мм.

 

 

 

 

       3. Потери от  утечек в диафрагменном уплотнении  определяются по формуле:

       

где   см² – принимается постоянным;

z_у = 15 – число щелей в уплотнении.

 

       4. Потери от  периферийной утечки через зазоры  бандажей рабочих лопаток:

     

где d_П = D_ср + l₂ – поперечный диаметр;

δ_з = 0,6 мм – зазор.

 

        5. Потери на  трение:

       

где К_ТР = 0,5·10^-3 – коэффициент трения для паровых турбин.

 

    

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.5.  Диаграмма распределения  теплоперепадов

 

 

 

 

Рис. 1.4.  Диаграмма распределения  диаметров

 

 

 

 

Литература

 

 

1. Паровые и газовые турбины под ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова. М.:

                     Энергоатомиздат, 1985. – 351с.

 

 

2. Щегляев А.В. Паровые турбины. – М.: Энергия, 1978. - 368с.

 

 

3. Трухний А.Д., Лосев С.М. Стационарные паровые турбины. – М.: Энергия, 1981. -456с.

 

 

4. Абрамов В.И., Филиппов Г.А., Фролов В.В. Тепловой расчет турбин. – М.:

                     Машиностроение, 1974. - 184с.

 

 

5. Диаграмма i-s для водяного пара.

 

 

6. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.:

            Машиностроение, 1987. – 160с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5.2 Детальный расчет турбинной ступени.
Показатель	Обозн.	Размерн.	Формула или источник	Значение
				1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Расход пара	G	кг/с	Из раздела 1.4	140,8	140,8	140,8	140,8	130,8	130,8	130,8	124,9	124,9	124,9
Средний диаметр	Dср	м	Из раздела 1.5	0,99	1,0	1,02	1,04	1,07	1,11	1,15	1,21	1,28	1,380
Частота вращения	n	об/с	Исходные данные	50	50	50	50	50	50	50	50	50		50
Окружная скорость на среднем диаметре	U	м/с		155,43	157,00	160,14	163,28	167,99	174,27	180,55	189,97	200,96		216,66
Параметры пара перед ступенью давление температура энтальпия	P0 T0 i0	МПа °С кДж/кг	Из распределения теплоперепадов энтальпий по ступеням	2,7    510    3490	2,4 475 3441	2,0 453 3389	1,7 428 3334	1,4 410 3277	1,1 377 3216	0,9 342 3152	0,7 318 3084	0,5 285 3012		0,4 250 2935
Скорость пара на входе  в ступень	C0	м/с	С0=0 - для первой ступени С0=С2 – предыдущей ступени	0	60,1	62,64	67,40	70,21	72,08	75,88	77,94	81,56		81,8
Кинетическая энергия  на входе в ступень		кДж/кг		0	1,806	1,962	2,271	2,465	2,598	2,879	3,037	3,326		3,346
Давление за ступенью	P2	МПа	Из распределения перепадов энтальпий по ступеням	2,4	2,0	1,7	1,4	1,1	0,9	0,7	0,5	0,4		0,3
Изоэнтропийный теплоперепад по статическим параметрам	h0	кДж/кг	Из распределения перепадов  энтальпий по ступеням	49,2	51,8	54,6	57,6	60,8	64,1	67,8	72,0	77,4		86,0
Изоэнтропийный теплоперепад по параметрам торможения		кДж/кг		49,2	53,61	56,6	59,9	63,3	66,7	70,7	75,0	80,7		89,3
Отношение скоростей	U/Cф	-	-	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5		0,5
Степень реактивности	ρ	-	Принимается	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2		0,2
Изоэнтропийный теплоперепад в сопловой решетке		кДж/кг		39,36	42,89	45,25	47,89	50,61	53,36	56,54	60,03	64,58		71,48
То же в рабочей  решетке	hp	кДж/кг		9,84	10,72	11,31	11,97	12,65	13,34	14,14	15,01	16,14		17,87
Давление за сопловой решеткой	P1	МПа	Из диаграммы i-s	2,5	2,1	1,8	1,5	1,2	0,97	0,75	0,55	0,42		0,33
Удельный объем (теоретический) за сопловой решеткой	V1t	м3/кг	Диаграмма i-s (рис. 1.6)	0,140	0,170	0,19	0,225	0,25	0,3	0,375	0,45	0,6		0,76
Удельный объем (теоретический) за рабочей решеткой	V2t	м3/кг	Диаграмма i-s (рис. 1.6)	0,145	0,175	0,2	0,23	0,26	0,32	0,4	0,5	0,64		0,78
Теоретическая скорость на выходе из сопел	C1t	м/с		280,6	292,9	300,8	309,5	318,2	326,7	336,3	346,5	359,3		378,1
Угол направления скорости C1	α1	град	Принимаем (раздел 3.5)	13°	13°	13°	13°	13°	13°	13°	13°	13°		13°
Хорда профиля сопловой решетки	b1	м	Принимаем (раздел 3.5)	0,1	0,14	0,14	0,14	0,14	0,14	0,14	0,14	0,14		0,14
Коэффициент расхода  сопловой решетки	μ1	-	Рис. 1.3 /6/	0,985	0,985	0,985	0,985	0,985	0,985	0,985	0,985	0,985		0,985
Выходная площадь сопловой решетки	F1	м2		0,071	0,083	0,090	0,104	0,104	0,122	0,148	0,165	0,212		0,254
Высота сопловой решетки	l1	м		0,101	0,117	0,125	0,141	0,138	0,156	0,182	0,193	0,234		0,261
Скоростной коэффициент  сопловой решетки	φ	-	Принимаем по рис. 1.8 /6/	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955		0,955
Скорость	C1	м/с		267,9	279,7	287,3	295,6	303,8	312,0	321,2	330,9	343,2		361,1
Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку	W1	м/с		121,6	131,5	136,1	141,3	145,2	147,5	150,8	151,9	154,2		157,7
Угол входа относительной скорости	β1	град		30°	28°	28	28	28	28	29	29	30		31
Теоретическая скорость выхода из рабочей решетки	W2t	м/с		185,67	196,84	202,86	209,58	215,35	220,06	225,86	230,43	236,78		246,18
Высота рабочих лопаток	l2	м	, Δ – перекрыш (раздел 3.4)	0,107	0,122	0,130	0,146	0,143	0,161	0,187	0,198	0,239		0,266
Хорда профиля рабочей  лопатки	b2	м	Принимаем (раздел 3.5)	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08	0,08		0,08
Коэффициент расхода  рабочей лопатки	μ2	-	По рис. 1.3 /6/	0,96	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,955	0,958		0,96
Выходная площадь рабочей  решетки	F2	м2		0,115	0,131	0,145	0,162	0,165	0,199	0,243	0,284	0,352		0,412
Угол выхода относительной скорости из рабочей решетки	β2	град		20°	20	20	20	20	21	21	22	21		21
Скоростной коэффициент  рабочей решетки	ψ	-	По рис. 1.8 /6/	0,94	0,935	0,935	0,935	0,935	0,935	0,94	0,94	0,94		0,94
Относительная скорость	W2	м/с		174,5	184,0	189,7	196,0	201,4	205,8	212,3	216,6	222,6		231,4
Абсолютная скорость на выходе из рабочей решетки	C2	м/с	Из выходного треугольника скорости, рис. 1.7.	60,1	62,64	67,4	70,21	72,08	75,88	77,94	81,56	81,8		82,92
Угол выхода абсолютной скорости из рабочей решетки	α2	град	Из выходного треугольника скорости, рис. 1.7.	83°	79	74	72	72,5	76	77,7	82,4	85,4		90
Потеря энергии в  сопловой решетке	Δhc	кДж/кг		3,46	3,77	3,98	4,21	4,45	4,69	4,97	5,28	5,68		6,29
Потеря энергии в  рабочей решетке	Δhp	кДж/кг		2,01	2,44	2,59	2,76	2,92	3,05	2,97	3,09	3,26		3,53
Потеря энергии с  выходной скоростью	Δhвых	кДж/кг		1,81	1,96	2,27	2,46	2,60	2,88	3,04	3,33	3,35		3,44
Располагаемая энергия  ступени	E0	кДж/кг		47,51	53,22	54,36	59,71	63,11	65,78	69,00	73,46	79,73		86,60
Относительный лопаточный КПД ступени по потерям в ступени	ηол	–		0,883	0,854	0,878	0,845	0,844	0,853	0,865	0,862	0,858		0,879
Относительные потери от утечек через диафрагменные уплотнения		–		0,0040	0,0041	0,0041	0,0035	0,0032	0,0029	0,0025	0,002	0,0018		0,0016
Относительные потери от утечек через бандажные уплотнения		–		0,0025	0,002	0,0025	0,0029	0,0025	0,0023	0,002	0,001	0,008		0,001
Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени	Δhуп	кДж/кг		0,309	0,325	0,359	0,382	0,360	0,342	0,310	0,220	0,781		0,225
Относительные потери трения		–		0,001	0,0006	0,0006	0,0006	0,0006	0,0006	0,00057	0,00058	0,00058		0,00056
Внутренний теплоперепад ступени	hi	кДж/кг		41,31	46,68	47,43	52,35	55,38	57,69	60,74	64,87	70,00		76,56
Внутренний относительный КПД ступени	ηол	кВт		0,878	0,877	0,873	0,877	0,878	0,877	0,880	0,883	0,878		0,884
Внутренняя мощность ступени	Ni	кВт		5875	6573	6678	7371	7244	7546	7945	8102	8744		9562
Внутренняя мощность ЦСД	NiЦСД	кВт		75640