Тепловой расчет паровой турбины (стр. 1 из 4)
Введение
Тепловой расчет турбины выполняется с целью определения основных размеров и характеристик проточной части: числа и диаметров ступеней, высот их сопловых и рабочих решеток и типов профилей, к.п.д. ступеней, отдельных цилиндров и турбины в целом. Тепловой расчет турбины выполняется на заданную мощность, заданные начальные и конечные параметры пара, число оборотов; при проектировании турбины с регулируемыми отборами пара, кроме того, на заданные давления и величину отборов. В данном курсовом проекте произведен тепловой расчет турбины Р-40-130/31.Даны все нужные исходные данные. Целью курсового проектирования является закрепление, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине “Паровые и газовые турбины”. Курсовой проект включает проведение большого объёма расчётных работ, поэтому при его выполнении нужно максимально использовать ЭВМ, что существенно повысит качество проекта.
Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия перегретого пара преобразуется в кинетическую энергию и , затем в механическую энергию вращения ротора.
Для турбин типа Р за расчетный расход пара принимается расход пара на турбину при режиме номинальной мощности.
1.Основная часть
1.1 Построение рабочего процесса турбины и определение расхода пара на турбину
Процесс расширения начинают строить с состояния пара перед стопорным клапаном турбины (рис.1) определяемого начальными параметрами P0, t0 . Состояние пара перед соплами первой ступени определяют с учётом его дросселирования в клапанах
P'0 = (0,95¸0,97)·P0.
P'0 = (0,96)·P0=0,96*12,75=11,97 МПа
 |
Рисунок 1- Процесс расширения пара в турбине с промперегревом в i-s–диаграмме
Внутренний КПД регулирующей ступени и отдельных частей турбины принимается по аналитическим зависимостям или по опытным данным, полученным в результате испытаний однотипных турбин.
Для турбин с n = 50 сек-1 КПД регулирующей ступени зависит в основном от площади сопловой решётки, пропорциональной объёмному расходу пара.
В турбинах типа Р в качестве регулирующей ступени устанавливают до мощности 40 МВт включительно как одновенечные, так и двухвенечные ступени, выше 50 МВт – одновенечные. Одновенечные - hорс=95 кДж/кг.
Располагаемый теплоперепад в турбине определяем по формуле:
H0 = h0 – hк =3490 – 3080= 410 кДж/кг
От точки Ро/ по изоэнтропе откладывается выбранный тепловой перепад на регулирующую ступень hорс (рис.3.1). Изобара Р2рс , проведенная через точку С конца отрезка hорс , соответствует давлению за регулирующей ступенью. Для того, чтобы на этой изобаре найти точку начала процесса в нерегулируемых ступенях, необходимо учесть потери в регулирующей ступени.
КПД одновенечной регулирующей ступени можно найти по формуле
(1)где ku/с - коэффициент, учитывающий отклонение отношения скоростей u/сф от оптимального значения;
Р0,v0 - давление, Па, и удельный объём, м³/кг, перед соплами регулирующей ступени;
D - расход пара через ступень, кг/с.
Величину D можно принять равной расходу пара на турбину, найденному для её прототипа или приближённо оценить из выражения
(2)где kрег – коэффициент регенерации, учитывающий увеличение расхода пара из-за регенеративных отборов, kрег=1,15…1,30;
Нi– действительный теплоперепад конденсационного потока пара;
ηм, ηг – механический КПД турбины и КПД электрогенератора, принимаемые для турбин мощностью более 50 МВт, соответственно 0,99 и 0,997;
Dп, Dт – расходы пара на производственные нужды и теплофикацию;
yп, yт – коэффициенты недовыработки мощности паром промышленного и отопительного отборов.
КПД групп ступеней ЧНД, работающих на перегретом пареКак правило, наибольшее значение имеет КПД ЧСД турбины, где высота лопаток достигла значительной величины, нет регулирующей ступени и отсутствуют потери энергии от влажности.
Расход пара на ЦНД:
 |
Т.к. ЦНД выполнен однопоточным, то расход пара на один поток G1 = 118 кг/с.
1.2 Выбор и расчёт регулирующей ступени
Первая ступень в турбинах с сопловым парораспределением работает с переменной парциальностью при изменении расхода пара и называется регулирующей. В турбинах с дроссельным парораспределением регулирующая ступень отсутствует.
В качестве регулирующей ступени может быть использована одновенечная ступень или двухвенечная ступень скорости. Выбор типа регулирующей ступени производится с учетом ее влияния на конструкцию и экономичность турбины. Использование теплоперепад в одновенечной (80…120 кДж/кг), что приводит к сокращению числа нерегулируемых ступеней и снижению металлоемкости и стоимости турбины. При этом уменьшится температура и давление пара перед нерегулируемыми ступенями, а это позволит применить более дешевые, низколегированные стали для их изготовления, снизить утечки пара через переднее концевое уплотнение и увеличить высоту лопаток первой нерегулируемой ступени. Расчет регулирующей ступени сводится к определению ее геометрических размеров, выбору профилей сопловых и рабочих лопаток, нахождению мощности и КПД ступени. Поскольку характеристики этой ступени оказывают существенное влияние на конструкцию, число ступеней и КПД всей турбины, то необходимо стремиться спроектировать эту ступень с высоким КПД. Исходными данными для расчета регулирующей ступени являются частота вращения ротора турбины, расход пара на турбину
и параметры пара перед ступенью. В качестве определяющего размера принимают средний диаметр ступени d. Расчет одновенечной регулирующей ступени (рис.2) производят в следующей последовательности.Находят окружную скорость ступени
и выбирают степень реактивности ρ на среднем диаметре в пределах 0,03-0,08. Такая величина ρ исключает возможность появления отрицательной реактивности у корня лопаток на нерасчетных режимах. 
Рисунок 2 - Ступень турбины
Большое влияние на характеристики ступени оказывает характеристический коэффициент
. В первом приближении его можно принять равным 
, обеспечивающим максимум лопаточного КПД 
, (3) 
где
- фиктивная скорость пара;φ - коэффициент скорости сопловой решетки;
- угол выхода пара из сопловой решетки;Предварительно можно принять
, φ=0,95 с последующим уточнением по формуле 
(4)Действительное отношение
рекомендуется принять меньше оптимального для увеличения теплоперепада на регулирующую ступень.Фиктивная скорость на выходе из сопловой решетки
позволяет определить располагаемый теплоперепад, срабатываемый в ступени 
. 
С учетом принятой степени реактивности ρ находят располагаемый теплоперепад в сопловой
и рабочей 
решетках, а так же теоретическую скорость пара на выходе из сопел 
(5) 
Отложив найденные теплоперепады в i-s-диаграмме (рис.3) находят давление
и теоретический удельный объем 
за соплами, что позволяет определить выходную площадь сопловой решетки:при сверхзвуковой скорости
для суживающихся сопел 
(6)