Расчет первой ступени паровой турбины ПТУ К-500-65 (3000 (Курсовой)
Расчет первой ступени паровой турбины ПТУ К-500-65 (3000 (Курсовой)
Задание
на курсовой проект паровой турбины типа К-500-65/3000 слушателя ИПК МГОУ,
специальность 1010 Локтионова С.А. шифр 08
Разработать проект паровой турбины ПОАТ ХТЗ К-500-65/3000 (ЦВД).
Исходные данные:
1. Номинальная мощность ЦВД, МВт
48
2. Начальное давление пара, МПа 6,8
3. Начальная влажность пара, %
0,5
4. Противодавление за ЦВД, МПа 0,28
5. Парораспределение по
выбору
6. Частота вращения, об/мин
3000
Графическая часть: вычертить продольный разрез ЦВД
Руководитель проекта Томаров Г.В.
Краткое описание конструкции турбины К-500-65-3000-2
Конденсационная паровая турбина ПОАТ ХТЗ типа К-500-65-3000-2 без
регулируемых отборов пара, с однократным двухступенчатым пароперегревом,
устанавливается на одноконтурной АЭС с ректором типа РБМК-1000. Она
предназначена для преобразования тепловой энергии водяного пара в
механическую энергию вращения роторов турбогенераторов типа ТВВ-500-2У3.
Турбина работает с частотой вращения n=50c-1 и представляет собой
одновальный пятицилиндровый агрегат активного типа, состоящий из одного ЦВД
и 4-х ЦНД. ЦНД расположены симметрично по обе стороны ЦВД. ЦНД имеют 8
выхлопов в 4 конденсатора.
Пароводяная смесь из реактора поступает в барабан-сепараторы, в
которых насыщенный пар отделяется от воды по паровым трубопроводам
направляется к 2-м сдвоенным блокам стопорно-регулирующих клапанов (СРК).
После СРК пар поступает непосредственно в ЦВД, в среднюю его часть
через два противоположно расположенных горизонтальных патрубка.
Корпус ЦВД выполнен 2-х поточным, двухстенной конструкции. В каждом
потоке имеется 5 ступеней давления, две ступени каждого потока расположены
во внутреннем цилиндре, две ступени – в обойме и одна непосредственно во
внешнем корпусе.
Проточная часть ЦВД снабжена развитой системой влагоудаления.
Попадающая на рабочие лопатки влага отбрасывается центробежными силами в
специальные ловушки, расположенные напротив срезанной части бандажа.
Турбина имеет четыре нерегулируемых отбора пара в ЦВД:
- 1-й отбор за второй ступенью,
- 2-й отбор за третьей ступенью,
- 3-й отбор за четвертой ступенью,
- 4-й отбор совмещен с выхлопным патрубком ЦВД.
Для исключения выхода радиоактивного пара из турбины, в ней
предусмотрены концевые уплотнения, питающиеся «чистым» паром от специальной
испарительной установки.
I. Процесс расширения пара в турбине в h,s-диаграмме.
1. При построении процесса расширения в h,s-диаграмме принимаем потери
давления в стопорных и регулирующщих клапанах равными 4 % от Р0:
(P/P0 =0,04; (P = P0 * 0,04 = 6,8 * 0,04 = 0,272 МПа;
P0 = P0 - (P = 6,8 – 0,27 = 6,53 МПа
По h,s-диаграмме находим: h0 = 2725 кДж/кг;
(0 = 0,032 м3/кг ; hк = 2252 кДж/кг; x0 = 0,995
2. Располагаемый теплоперепад в турбине:
H0 = h0 – hк = 2725 – 2252 = 472 кДж/кг;
3. Задаемся значением внутреннего относительного КПД турбины: (oi = 0,8.
Принимаем КПД генератора (г = 0,985, КПД механический (м = 0,99.
4. Расход пара на ЦВД:
Т.к. ЦВД выполнен двухпоточным, то расход пара на один поток G1 =
65,18 кг/с.
5. Из расчета тепловой схемы турбины – относительный расход пара в отборах
ЦВД:
(1 = 0,06; (2 = 0,02; (3 = 0,03;
6. Расход пара через последнюю ступень ЦВД:
II. Предварительный расчет 1-й ступени.
1. Задаемся величиной располагаемого теплоперепада на сопловой решетке
hос=80 КДж/кг.
По h,s-диаграмме , удельный объем пара на выходе из сопловой решетки (1t =
0,045 м3/кг.
2. Определим диаметр 1-й ступени:
[pic]
где (1= 0,96 – коэффициент расхода, принннят по [1];
( = 5 (15)% - степень реактивнности, принят по [1];
(1э = 11( - угол выхода пара из сопловой решетки:
е =1– степень парциальности:
Хф =0,5 – отношение скоростей, принимая согласно l1, где
l1 = 0,015 м –высота сопловой решетки , по [1].
[pic]
3. Теплоперепад сопловой решетки:
[pic]
4. Проверка
[pic]
III. Предварительный расчет последней ступени.
1. При предварительном расчете ЦВД с противодавлением, где объемы пара
возрастают незначительно, диаметр у корня лопаток (корневой диаметр dк)
принимают постоянным. В этом случае высота рабочих лопаток 1-й и
последней ступеней связаны приближенной зависимостью:
[pic] , где:
l2= l1 + ( = 0,015 + 0,003 = 0,018м – высота рабочей лопатки 1-й
ступени;
(zt = 0,5 м3/кг – удельный объем пара за последней ступенью (по h,s-
диаграмме).
(2t ((1t = 0,045 м3/кг
[pic]=0,178м
2. Диаметр последней ступени:
dz = (d1 – lz) + lz = (1,05-0,018)+0,178= 1,21 м.(1,46)
IV. Выбор числа ступеней ЦВД и распределение теплоперепадов между ними.
1. Строим кривую изменения диаметров вдоль проточной части ЦВД. По оси
абсцисс откладываем произвольные равные отрезки. На пересечении с
кривой изменения диаметров, получаем примерные диаметры промежуточных
ступеней (см. рис. 1).
(d1 = 1,05 м; d2 = 1,09 м; d3 = 1,13 м; d4 = 1,17 м; d5
= 1,21 м;)
d1 = 1,3 м; d2 = 1,34 м; d3 = 1,38 м; d4 = 1,42 м; d5 =
1,46 м;
2. Располагаемые теплоперепады для каждой ступени:
hоz = 12,3 * (dz/Хф)2
hо1 =56,96 КДж/кг;(83,15) hо2 =59,12 КДж/кг;(88,34) hо3
=61,3 КДж/кг;(93,7)
hо4 =63,46 КДж/кг;(99,21) hо5 =65,63 КДж/кг.(104,87)
3. Средний теплоперепад ступени:
hоср =94,9 КДж/кг;(61,3)
4.Коэффициент возврата теплоты:
q = (*(1-(coi)*Н0*(z’-1)/z’, где
(coi =0,97 – ожидаемое КПД ступени;
( = 2,8*10-4 – коэффициент для турбин на насыщенном паре;
z’ = 5 – число ступеней (предварительно)
q = 2,8*10-4*(1-0,97)*472*(5-1)/5 = 3,17*10-3
5. Число ступеней ЦВД:
q = (*(1-(coi)*Н0*(z’-1)/z’, где
5. [pic]= 4,99(5
6. 6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени:
[pic]
Расхождение : [pic]
Распределим равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой
ступени:
h’оz = hоz + (/z
|№ ступени |1 |2 |3 |4 |5 |
|dст, м |1,3 |1,34 |1,38 |1,42 |1,46 |
|hоz , КДж/кг |83,15 |88,34 |93,7 |99,21 |104,87 |
|h’оz ,КДж/кг |82,35 |87,54 |92,9 |98,41 |104,07 |
V. Детальный расчет первой ступени ЦВД.
1. Степень реакции по среднему диаметру:
(ср1 =[pic]
2. Изоэнтропный теплоперепад в сопловой решетке:
hос = (1 - () * h0 = (1-0,024) *93,05 = 90,82 КДж/кг.
3. Энтальпия пара за сопловой решеткой:
hc = h0 – hoc = 2725 – 90,82= 2634,18 КДж/кг.
4. По h,s-диаграмме определим параметры пара:
(1t = 0,046 м3/кг, Р1 = 4,3 МПа.
5. Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки:
[pic]
6. Выходная площадь сопловой решетки:
[pic]
(1 = 0,97 – коэффициент расхода.
7. Высота сопловой решетки:
l1 =[pic]
8. Число Маха:
M1t =[pic]
к = 1,35 – показатель адиабаты пара.
9. По значениям M1t и (1э из атласа профилей выбираем профиль сопловой
решетки:
С-90-09-А; t = 0,78; b1 = 6,06 см
10. Число лопаток:
Z =[pic]
11. Коэффициент скорости сопловой решетки:
( = 0,97 (рис. 2.29а [2]).
12. Построим входной треугольник скоростей (см. рис 2):
С1 = ( * С1t =0,97*426,2=413,4 м/с
U = ( * d *n =3,14*1,3*50=204,1 м/с
13. По треугольнику скоростей определяем относительную скорость входа в
рабочую решетку и угол направления этой скорости:
(1 = 213 м/с; (1 = 22(.
14. Потери энергии при обтекании сопловой решетки:
[pic]
15. Изоэнтропный теплоперепад в рабочей решетке:
hор = ( * hо1 = 0,024 * 93,05 = 2,23 кДж/кг
16. Энтальпия пара в конце изо энтропного расширения:
hр = hс + (hc - hор = 2634,18 + 5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг
17. Параметры пара за рабочей решеткой по h,s-диаграмме:
(2t = 0,046 м3/кг, Р2 = 4,3 МПа.
18. Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:
(2t = [pic]
19. Площадь рабочей решетки:
[pic]
20. Высота рабочей лопатки:
l2 = l1 + ( = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м
21. Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки:
[pic]; ((2э = 18,1(.
22. Число Маха:
M2t =[pic][pic]
23. По значениям M2t и (2э из атласа профилей выбираем профиль рабочей
лопатки:
Р-26-17-А; t = 0,65; b1 = 2,576 см
24. Число лопаток:
Z2 =[pic]
25. Коэффициент скорости в рабочей решетке:
(= 0,945 (рис. 2.29а [2]).
26. Построим выходной треугольник скоростей (см. рис 2).
По треугольнику скоростей определяем относительную скорость на выходе
из рабочей решетки и угол направления этой скорости:
(2 = ( * (2t = 0,945 * 223,2 = 210,9 м/с;
sin (2 = sin (2э * ((2 / () = sin18,1*(0,94/0,945)= 0,309,
(2 (18 (
27. Из выходного треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода
пара из ступени и выход ее направления:
С2 = 71 м/с, (2 = 94(.
28. Потери при обтекании рабочей решетки:
[pic]
29. Потери с выходной скоростью:
[pic]
30. Располагаемая энергия ступени:
E0 = h – xв.с. * (hв.с. = 93,05 – 2,52 = 90,53;
xв.с. =1 – с учетом полного использования С2.
31. Относительный лопаточный КПД:
[pic], и проверяем
[pic]
Расхождение между КПД, подсчитанным по разным формулам, незначительно.
32. Относительные потери от утечек через диафрагменные уплотнения
подсчитываются для последующих ступеней:
[pic] , где
Кy – поправочный коэффициент ступенчатого уплотнения;
Мy – коэффициент расхода уплотнения (рис. 3.34 [1]);
Zy – число гребней диафрагменного уплотнения;
(1 – коэффициент расхода сопловой решетки;
F1 – выходная площадь сопловой решетки;
Fy = ( * dy * (y – площадь проходного сечения;
dy – диаметр уплотнения;
(y – радиальный зазор.
33. Относительные потери утечек через бандажные уплотнения:
(y( = [pic] ,где
dn = d1 + l2 = 1,3 + 0,018 =1,318 - диаметр по периферии;
(э – эквивалентный зазор, (э =[pic] ,где
(а = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;
(z = 1 мм – радиальный зазор;
zr = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.
(э =[pic]
(y( = [pic]
34. Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени:
(hу =(у( * Е0=0,045*90,46= 4,034кДж/кг
35. Относительные потери на трение:
(тр =[pic] ,где
Ктр = (0,45(0,8)*10-3 – зависит от режима течения.
(тр =[pic]
36. Абсолютные потери на трение:
(hтр =(тр * Е0= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг
37. Относительные потери от влажности:
(вл = [pic] , где
y0 = 0,5 % - степень влажности перед ступенью;
y2 = 7,5 % - степень влажности после ступени;
(вл =2*0,5[0,9*0,005+0,35((0,075-0,005)]=0,029
38. Абсолютные потери от влажности:
(hвл =(вл * Е0= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг
39. Используемый теплоперепад ступени:
hi = E0 - (hc - (hp - (hв.с. - (hy - (hтр - (hвл =
= 90,46 – 5,4 – 2,66 – 2,52 – 4,034 – 0,98 – 2,623 = 72,24 кДж/кг
40. Внутренний относительный КПД ступени:
(oi = hi / E0 = 72,24 / 90,46 = 0,8
41. Внутренняя мощность ступени:
Ni = Gi * hi = 65,18 * 72,24 = 4708,6 КВт.
Список используемой литературы:
1. «Тепловой расчет паровой турбины» Методические указания по курсовому
проектированию. М.:МГОУ, 1994г.
2. Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. «Паровые и газовые турбоустановки», 1988г.
3. Щегляев А.В. «Паровые турбины», 1976 г.
4. Теплофизические свойства воды и водяного пара п/р Ривкина, Александрова,
1980г.
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic] |
