Расчет турбины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Прототипом проектируемой турбины является турбина АКВ-18, которая выполнена на начальные параметры: P₀ = 35 ата, t₀ = 435C. При температуре охлаждающей воды 10C давление в выхлопном патрубке турбины составляет P_к = 0,034 ата. Турбина одноцилиндровая с одним выхлопом в конденсатор. Проточная часть турбины состоит из двухвенечной регулирующей ступени и последующих двенадцати активного типа ступеней, диски которых, за исключением последних трех ступеней, откованы за одно целое с валом. Только последние три ступени имеют насадные диски.

На основе данного прототипа в курсовом проекте предлагается разработать проточную часть турбины на заданные параметры.

1. Предварительные расчёты

1.1 Определение экономической мощности

Проточная часть проектируется на экономическую мощность, которая определяется в зависимости от назначения турбины. Для турбин малой мощности она определяется по формуле,

Nэк=(0,7-0,8) Nэ=0,8·12=9,6 МВт.

1.2 Определение теплоперепада проточной части

Располагаемый теплоперепад турбины определяется по известным параметрам , и (рис. 2.1)

=1070 .

Давление перед соплами регулирующей ступени с учётом потерь в стопорном и регулирующих клапанах,

=P0 (0,95-0,97)=25·0,96=24 бар.

Давление за последней ступенью с учётом потерь в выхлопном патрубке,

=Рк (1+л (Свл/100)І)=0,04 (1+0,09 (110/100) І)=0,0448 бар,

где =110 м/с - скорость потока в выхлопном патрубке;=0,09.

Точка характеризует состояние пара перед соплами регулирующей ступени, а отрезок определяет располагаемый теплоперепад проточной части (рис. 2.1).

=3176,9-2111,4 =1065,5 .

Для определения КПД отсеков турбины оценивается в первом приближении расход пара,

G'=Nэк/ H0'·зоэ=9,6?10і/1065,5?0,8=11,27 кг/с,

где 0,8 - относительный электрический КПД, в первом приближении принимается /по табл. 1. 1/.

1.3 Выбор типа регулирующей ступени и её теплоперепада

Турбина малой мощности может проектироваться, как полупиковая или пиковая. Для неё большое значение имеет её КПД при не расчётных режимах, а также простота конструкции. У двухвенечной ступени КПД ниже, чем у одновенечной, но зато он устойчивее при частичный нагрузках. Поэтому выбираю двухвенечную регулирующую ступень

КПД регулирующей ступени:

з№0i =0,8 - (2·10? ⁴ /G')vP0' ·10 ⁵ /V0'=0,8 - (2·10?⁴/11,27) х

х v24·10 ⁵/0,12=0,72



1.4 Предварительное построение процесса расширения турбины

Отложив от точки , на изобаре фиксируют точку -начало процесса в нерегулируемых ступенях. Отрезок , располагаемый теплоперепад нерегулируемых ступеней , разбивается на 3 участка изобарами и . Для каждого участка определяется отношение давлений,

д' = P2/ P'=13/3,2=4,06

д» = P'/ P''=3,2/0,5=6,4

д» ' = P»/ Pк'=0,5/0,044=11,4

= (3176,9 - 156,8) - 2120 = 900,1

разбивается на 3 участка изобарами и .

= 300

= 3,2 бар

= 0,5 бар

КПД каждого отсека,

Для ЧВД:

Средний удельный объём,

= 0,29 м³/кг

Объёмный расход:

G'·Vср'=11,27·0,29=3,26

КПД:

= 0,898

где КПД з'_чвд=0,898/по рис. 2. 1./. Поправка на раскрытие проточной части =1-для ЧВД /1/.,

Полезно использованный теплоперепад ЧВД

264,4

Для ЧСД:

Средний удельный объём

= 1,36 м³/кг

Объёмный расход:

G'·Vср''=11,27·1,36=15,33

КПД:

= 0,918

где КПД з_чсд'=0,92 /по рис. 2. 1./. Поправка на раскрытие проточной части =1-для ЧСД /1/.

Полезно использованный теплоперепад ЧВД

275,4

Для ЧНД:

Средний удельный объём,

= 10,15 м³/кг

Объёмный расход:

G'·Vср' «=11,27·10,15=114,39

КПД:

= 0,766

где КПД зчнд' =0,93 /по рис. 2. 1./. Поправка на раскрытие проточной части =0,98 - для ЧНД /по рис. 3. 1/.

Полезно использованный теплоперепад ЧВД

229,8

Найдем действительный теплоперепад,

h₁= З· з0i =300 · 0,898 =269,4 кДж/кг

h₂= З· з0i=300 · 0,92 =276 кДж/кг

h₃= З· з0i=300 · 0,766 =229 кДж/кг

Полезно использованный теплоперепад.

Hi= h^рс+ h1+ h2+ h3=174,72+269,4+276+229=926,4 кДж/кг

уточняем расход пара:

10,96 кг

1.5 Определение предельной мощности турбины и числа выхлопов

Предельная мощность - это та наибольшая мощность однопоточной турбины, на которую она может быть спроектирована при заданных начальных и конечных параметрах пара и предельно допустимых размерах последней ступени. Размеры последней ступени определяют объёмный расход пара, , который можно пропустить через один поток, а значит и мощность однопоточной турбины. Однако они ограничены прочностью применяемых в настоящее время материалов, так как с увеличением размеров растёт центробежная сила, действующая на лопатки при их вращении и напряжении в них. Сейчас предельные размеры последней ступени (для стальных лопаток и ) ,

где: - определяется по рис. 3 лит. 1.

Предельная мощность определяется по формуле:

10⁶

где: - учитывает влияние отборов пара на регенерацию, без учёта регенерации m = 1;

= 2,0 ч 2,4 - учитывает снижение напряжений в лопатке за счёт уменьшения её сечения от корня к периферии; принимаем = 2,4

- КПД турбины, табл. 1 лит. 1, = 0,8

- допустимое напряжение в лопатках, для легированных сталей = 380 ч 450 МПа.

= 400 МПа

- скорость выхода из последней ступени

245 м/с

- плотность материала лопаток, для легированной стали = 8000 ;

- располагаемый теплоперепад турбины, = 1070 рис. 1;

- удельный объём за последней ступенью, = 31,8, рис. 1;

- частота вращения ротора, .

49462,26 = 49,462 МВт

Так как , то турбину проектирую однопоточную, с одним выхлопом.

2. Предварительный расчёт ступеней

2.1 Предварительный расчёт регулирующей ступени

Размеры ступени определяются в следующем порядке:

Фиктивная скорость:

,

где =192-теплоперепад регулирующей ступени;

Задаёмся отношением . Его оптимальное значение для двухвенечных ступеней с полным подводом пара составляет - 0,26 ч 0,33 принимаем = 0,26

Окружная скорость:

;

Средний диаметр ступени:

1,03 м

Теплоперепад сопловой решётки:

где: - суммарная степень реактивности, для двухвенечных 0,06 ч 0,12.

Абсолютная скорость истечения из сопел:

Проходная площадь сопловой решётки:

где: - удельный объём за сопловой решёткой, рис. 1.

- коэффициент расхода сопловой решётки;

м²

Произведение :

где: - эффективный угол сопловой решётки, принимается 11 ч 12⁰

0,00495

Степень парциальности:

Высота сопловых лопаток:



2.2 Предварительный расчёт первой нерегулируемой ступени

Диаметр первой ступени принимается меньше диаметра регулирующей ступени:

где: , принимаем = 100 мм. Это обеспечивает эффективное торможение потока и выравнивание его параметров по окружности в камере регулирующей ступени. Следует стремиться к обеспечению полного подвода пара (e = 1) в первой ступени при достаточной высоте лопаток.

м

Задаёмся степенью реактивности первой ступени = 0,1; углом ; ,

µ=0,97 Тогда оптимальное соотношение:

Теплоперепад первой нерегулирующей ступени:

кДж/кг

где: - частота вращения .

Теоретическая скорость истечения из сопловой решётки:

где:

Площадь сопловой решётки:

м²

где: = 0,15 - удельный объём, пара за сопловой решёткой, определён при построении процесса расширения первой ступени.

Высота сопловой решётки:

м

Высота рабочей решётки:

где: - суммарная перекрыша определяется по табл. 2 лит. 1

м

Корневой диаметр первой ступени:

м = const

2.3 Предварительный расчёт последней нерегулируемой ступени

Определяем средний диаметр последней ступени:

где: - веерность, характеризует пропускную способность ступени, для ЧНД турбин малой мощности (менее 50МВт) = 5 ч 6, принимаем = 5,5

= 31,8 м³/кг - удельный объём за последней ступенью, определяется по предварительно построенному процессу расширения, рис. 1

- угол выхода из ступени, в идеале угол должен стремиться к 90⁰.

- скорость пара за ступенью:

где: - потеря с выходной скоростью.

1,5883 м

Высота рабочих лопаток:

0,265 м

Высота сопловых лопаток:



где: Д - суммарная перекрыша, по табл. 2 лит. 1 Д = 0,006 м

м

Корневой диаметр:

м

Степень реактивности:

где: = 0,03 ч 0,05 - лит. 1 стр. 23, принимаю = 0,05

0,348

Оптимальное отношение скоростей:

где: - относительная потеря с выходной скоростью,

;

- теплоперепад ступени, предварительно принимаем = 100 кДж/кг

0,39

Теплоперепад последней ступени:

187,68 кДж/кг

2.4 Проверка ожидаемых эффективных углов последней ступени ЧНД

Располагаемый теплоперепад в сопловой решётке:

= 122,37 кДж/кг

Располагаемый теплоперепад в рабочей решётке:

65,31 кДж/кг

В HS - диаграмме, откладывается отрезок вверх от изобары так, чтобы разместить его между изобарой и линией реального процесса расширения. Откладывается также отрезок и определяется удельный объём = 27 м³/кг

Окружная скорость на среднем диаметре:

249,36 м/с

Теоретическая абсолютная скорость выхода из сопловой решётки:

435,66 м/с

Действительная абсолютная скорость выхода из сопел:

409,52 м/с

где: - коэффициент скорости сопловой решётки.

Относительная скорость пара на входе в рабочую решётку:

188,8 м/с

где: - эффективный угол выхода из сопловой решётки, принимается в ЦНД 20 ч 30⁰

Теоретическая относительная скорость выхода из рабочей решётки:

407,76 м/с

Выходная площадь сопловой решётки:

0,493 м²

Выходная площадь рабочей решётки:

= 0,831 м²

Эффективный угол выхода из сопловой решётки:

23,74⁰

Эффективный угол выхода из рабочей решётки:

38,17

2.5 Определение числа ступеней и их теплоперепадов

После определения диаметров и отношений первой и последней нерегулируемых ступеней турбины определяется число ступеней и их теплоперепады. Для этого используется расчётно-графический метод. Отложив на диаграмме значения , , соединяем их концы линиями, соблюдая законы изменения среднего и корневого диаметров (диаграмма делится на три части, условно ЧВД, ЧСД и ЧНД. В ЧВД и ЧСД плавное приращение среднего диаметра должно обеспечиваться за счёт перекрыш. Корневой диаметр постоянен либо немного увеличивается. В ЧНД средний и корневой диаметры увеличиваются до значений и ). Далее откладываются значения и , а также , и соединяем их концы линиями рис. 2.

Разделив базу диаграммы на 4 части, для каждой из пяти условных ступеней определяются - диаметр, и теплоперепад:

Определив по диаграмме средние диаметры и всех ступеней, вычисляю их теплоперепады:



Для первой нерегулируемой ступени, а также для ступеней после камер отбора , для промежуточных ступеней

45,23 кДж/кг

60,35 кДж/кг

73,8 кДж/кг

92,19 кДж/кг

195,84 кДж/кг

Средний теплоперепад ступени:

93,48 кДж/кг

Число ступеней:



где: = 900 кДж/кг - теплоперепад нерегулируемых ступеней,

q - коэффициент возврата тепла,

где: (3,2 ч 4,3)- для перегретого и влажного пара.

- число ступеней по прототипу = 12

- внутренний КПД нерегулируемых ступеней:

0,8555

0,123

11,81 ? 12 шт.

Определяем теплоперепады ступеней:

45,23 кДж/кг

48,03 кДж/кг

51,91 кДж/кг

56,1 кДж/кг

60,85 кДж/кг

67,65 кДж/кг

73,46 кДж/кг

79,33 кДж/кг

88,14 кДж/кг

113,06 кДж/кг

149,86 кДж/кг

195,77 кДж/кг

Сумма теплоперепадов всех ступеней должна равняться известному располагаемому теплоперепаду нерегулируемых ступеней с учётом возврата тепла:

1029,41

1010,7

Так как неравенство не соблюдается, то необходимо откорректировать значения теплоперепадов ступеней

== -1,559

Для соблюдения равенства добавляем к теплоперепаду каждой ступени величину Д:

43,67 кДж/кг

46,47 кДж/кг

50,35 кДж/кг

54,54 кДж/кг

59,29 кДж/кг

66,09 кДж/кг

71,9 кДж/кг

77,77 кДж/кг

86,58 кДж/кг

111,5 кДж/кг

148,3 кДж/кг

194,21 кДж/кг

3. Детальный расчёт регулирующей ступени

Располагаемый теплоперепад ступени 200 кДж/кг.

Окружная скорость на среднем диаметре:

м/с

регулирующий ступень турбина расширение

Распределим на рабочую решетку первого венца , поворотную и рабочую решетку второго венца , и в соответствии с ними определим теплоперепады:

; ;

Теплоперепад в сопловой решётке:

180 кДж/кг

Теплоперепад в рабочей решётке первого венца:

4 кДж/кг

Теплоперепад в поворотной решётке:

6 кДж/кг

Теплоперепад в рабочей решётке второго венца:

10 кДж/кг

По H-S диаграмме определяем параметры пара за решетками P₁, P₂, V_1t и V_2t, рис. 4

бар, м³/кг

бар, м³/кг

бар, м³/кг

бар, м³/кг

Размещено на Allbest.ru