Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБИННОЙ СТУПЕНИ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Турбомашины АЭС» для студентов специальности 140404 «Атомные электрические станции и установки», «Турбины ТЭС и АЭС» для студентов направления 140100 - «Теплоэнергетика» и по дисциплине «Технологические процессы производства» для студентов специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов»

Томск 2006

Исследование характеристик турбинной ступени

Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Турбомашины АЭС» для студентов специальности 140404 «Атомные электрические станции и установки», «Турбины ТЭС и АЭС» для студентов направления 140100 - «Теплоэнергетика» и по дисциплине «Технологические процессы производства» для студентов специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов»/ Сост.: Л.А. Беляев, А.В. Воробьев, Б.Ф. Калугин, И.П. Озерова. -Томск: Изд-во ТПУ, 2006.-24 с.

Рецензент доц. канд.техн.наук А.М.Антонова

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры атомных и тепловых электростанций “___”___________ 2005 г.

Зав.кафедрой АТЭС

доц. канд.техн.наук.Л.А. Беляев

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является расчетное исследование характеристик турбинной ступени , с помощью ПК, а также построение и анализ соответствующих графических зависимостей.

Здесь - относительный лопаточный КПД турбинной ступени, - относительный внутренний КПД турбинной ступени, - окружная скорость движения рабочих лопаток, - фиктивная скорость.

При выполнении работы проводится две серии опытов:

§ в первой серии меняется частота вращения ротора , постоянными остаются давление и температура пара перед ступенью , давление пара за ступенью ;

§ во второй серии опытов меняется давление пара за ступенью , постоянными величинами остаются , , .

После выполния работы и изучения соответствующих разделов рекомендованной литературы [1, с.53-62; 2, с.181-185, 249-253; 3, с.38-39, 140-142) студент должен уметь:

§ объяснить характер изменения и в зависимости от ;

§ указать какая из потерь энергии в ступени играет определяющую роль;

§ ответить на вопрос почему и под влиянием каких параметров меняется расход пара через ступень.

Вторая часть лабораторной работы заключается в расчетном определении коэффициентов потерь энергии сопловой и рабочей решеток и соответствующих скоростных коэффициентов (, ).

Для сопловой решетки дополнительно может быть построен график изменения коэффициента потерь энергии в зависимости от числа Маха. Последнюю зависимость можно получить меняя давление за ступенью при постоянных параметрах пара перед ступенью.

Конкретный набор необходимых для исследования зависимостей устанавливается в задании преподавателем.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ

“Экспериментальные” исследования проводятся на объекте, который адекватен по функционированию физической установке типа одноступенчатая паровая турбина. Характеристики указанного объекта генерируются с помощью моделирующей программы, реализующей расчет турбинной ступени на переменный режим.

Схема установки с указанием мест присоединения измерительных приборов приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема исследуемой турбинной ступени

Пар от источника через регулирующий клапан 1 подводится к турбине, в корпусе которой установлена исследуемая ступень. С помощью клапана 1 можно поддерживать постоянными заданные параметры пара (давление - и температуру ) перед сопловой решеткой ступени. Из турбины пар отводится по патрубку через клапан 9 в резервуар с низким давлением. Клапан 9 позволяет поддерживать постоянным давление пара за ступенью.

В данной лабораторной работе исследуется обычная ступень давления, состоящая из сопловой решетки 3, закрепленной в корпусе турбины, и рабочей решетки 4, установленной на диске, насаженном на валу турбины 5. Вал вращается на подшипниках 6 и имеет муфту 7.

Мощность, развиваемая ступенью, воспринимается нагрузочным устройством 8. В условиях физических моделей в качестве нагрузочных устройств могут быть использованы либо гидротормоза, либо электрогенераторы, т.е. устройства, мощность которых может быть легко и надежно замерена.

Для получения характеристик ступени объект оснащен системой измерений. Следует отметить, что в моделирующей программе генерируются только те величины, которые можно измерять на физической модели. Схема измерения (рис.2) включает следующие датчики и соответствующие измеряемые параметры:

- параметры пара перед ступенью:

а) зонд полного давления - измеряет давление торможения на входе в сопловую решетку ;

б) датчик температуры - измеряет температуру торможения на входе в сопловую решетку ;

- параметры пара в зазоре между сопловой и рабочей решетками:

а) зонд статического давления - измеряет статическое давление в зазоре ;

б) зонд полного давления - измеряет давление торможения в зазоре ;

в) датчик температуры - измеряет температуру торможения в зазоре ;

г) датчик угломер - измеряет угол выхода потока из сопловой решетки ;

- параметры пара за рабочей решеткой:

а) зонд статического давления - измеряет статическое давление за рабочей решеткой ;

б) зонд полного давления - измеряет давление торможения за рабочей решеткой ;

в) датчик температуры - измеряет температуру торможения за рабочей решеткой ;

г) датчик угломер - измеряет угол выхода потока из рабочей решетки ;

д) зонд статического давления - измеряет статическое давление на срезе рабочей решетки ;

- общие характеристики ступени:

а) расходомер - измеряет расход пара через ступень ;

б) частотомер - измеряет частоту вращения вала ступени ;

в) датчик измерения мощности - измеряет внутреннюю мощность ступени .

Все датчики измерения параметров пара закреплены на неподвижных элементах турбины (корпусе), т.е. измеряются параметры пара в абсолютном движении.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

На студенческом диске, ориентировочно в каталоге E:\LAB_KAF\... находятся моделирующие программы lr_0.exe или lr_ct_0.exe, позволяющие рассчитывать характеристики турбинной ступени в широком диапазоне варьируемых параметров.

Студенты на основании заданного набора исходных данных (номер ступени, параметры пара , , ; частота вращения ротора ), используя указанные программы выполняют серийные расчеты, варьируя необходимые исходные данные. Результаты расчетов автоматически сохраняются в файл результатов с именем Name.dat и выдаются на терминал по окончании каждого расчета. Файл результатов содержит следующие данные:

- частоту вращения ротора , 1/с;

- начальные температуру торможения пара , ⁰C и давление торможения пара , МПа. При равенстве нулю скорости пара на входе в сопла параметры торможения на входе в сопла будут равны соответствующим статическим параметрам: статическому давлению , МПа, статической температуре , ⁰C;

- конечное давление пара , МПа;

- массовый расход пара через ступень , кг/с;

- внутреннюю мощность ступени , кВт;

- статическое давление пара за соплами , МПа;

- давление пара за соплами по параметрам торможения , МПа;

- температуру пара за соплами по параметрам торможения , ⁰C;

- статическое давление пара за ступенью , МПа;

- давление пара по параметрам торможения за ступенью , МПа;

- температуру пара по параметрам торможения за ступенью , ⁰C;

- углы выхода потока из сопел , град. и из рабочих лопаток , град.

Количество опытов в каждой серии и пределы изменения параметров-аргументов необходимо согласовать с преподавателем.

В файл результатов также выдаются следующие характеристики исследуемой ступени:

- средний диаметр ступени , м;

- выходные высоты сопловой решетки , м и рабочей решетки , м;

- угол выхода потока из сопловой решетки , град.;

- угол выхода потока из рабочей решетки , град.;

- хорды профилей сопловой и рабочей решеток, м;

- число гребней уплотнения ;

- диаметр, на котором выполняются диафрагменные уплотнения , м.

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

Для обработки результатов опытов и получения искомых зависимостей предлагается следующий алгоритм.

Внутренний относительный КПД ступени

,(1)

- относительная величина потерь на трение диска в паре ступени;

- относительная величина потерь от утечек в ступени.

Относительный лопаточный КПД ступени

,(2)

турбинный энергия решетка скоростной

где - располагаемый теплоперепад на ступень по параметрам торможения, кДж/кг.

Начальная полная энтальпия пара определяется по и по таблицам [1] или при помощи электронных таблиц tabl1.exe, tfp_h2o.exe и др. Аналогичным образом определяется и энтропия . Энтальпия пара в конце теоретического процесса расширения пара в ступени определяется по давлению и энтропии .

Расположение характерных точек на действительном процессе расширения в hs-диаграмме и обозначение параметров в этих точках показано на рис. 2. Здесь же - потеря на трение диска в паре, кДж/кг; - потеря от утечек в турбинной ступени, кДж/кг.

Рис.2. Процесс расширения пара в турбинной ступени в hs-диаграмме

Изоэнтропийный тепловой перепад сопловой решетки, взятый от полных параметров, кДж/кг

.(3)

Энтальпия пара в конце теоретического процесса расширения пара в соплах определяется по параметрам и .

Степень реактивности

Окружная скорость на среднем диаметре, м/с

Значения среднего диаметра и угловой частоты вращения ротора являются исходными данными.

Фиктивная (условная) скорость потока пара в ступени, м/с

.(4)

Абсолютная теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки

.(5)

Потери энергии в сопловой решетке , где энтальпия пара в конце действительного процесса расширения в соплах определяется по и , а энтропия - по и .

Энтальпия пара в конце теоретического процесса расширения на рабочих лопатках определяется по и . Энтропия находится по параметрам торможения и .

Энтальпия пара в конце действительного процесса расширения на рабочих лопатках определяется по параметрам и .

Потери энергии в рабочей решетке, кДж/кг

.

Коэффициент потерь энергии для сопловой решетки можно определить по формуле

.(6)

Скоростной коэффициент сопловой решетки

.(7)

Число Маха для сопловой решетки вычисляется так

,(8)

где -показатель изоэнтропы. Для перегретого пара =1,3; для влажного пара 1,135;

- удельный объем пара в конце теоретического процесса расширения пара в соплах, м³/кг. Определяется как .

Подробнее о рассчитанных ранее коэффициентах потерь энергии и скоростных коэффициентах решеток можно посмотреть в соответствующих разделах учебной литературы [2, с.111-115, 126-138; 4, с. 54-64].

Абсолютная действительная скорость пара на выходе из сопловой решетки, м/с

;(9)

.(9)

Угол направления относительной скорости входа потока пара на рабочие лопатки, град.

.(10)

Относительная скорость входа пара на рабочие лопатки, м/с

. (11)

Изоэнтропийный тепловой перепад рабочей решетки, кДж/кг

.(12)

Относительная теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки, м/с

.(13)

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток

.(14)

Скоростной коэффициент рабочей решетки

.(15)

Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с

.(16)

Абсолютная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с

.(17)

При существенном понижении давления за ступенью будет наблюдаться сверхзвуковой режим истечения пара из решетки рабочих лопаток, сопровождающийся отклонением струи в косом срезе рабочих лопаток. При этом угол выхода потока не будет равным углу , данному в характеристике ступени.

Скорость можно определить также по формуле

.(18)

Здесь энтальпии и в кДж/кг.

Значение угла генерируется ПК в процессе проведения численного эксперимента; скорость найдена выше, тогда действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с

.(19)

Кинетическая энергия пара на выходе из рабочей решетки, кДж/кг

.(20)

Относительный лопаточный КПД ступени определяется по формуле (2), приведенной в начале данного раздела.

Полезно-использованный теплоперепад ступени, кДж/кг

.(21)

Располагаемая энергия ступени, кДж/кг

.(22)

При этом предполагается, что выходная кинетическая энергия данной ступени не используется в следующей.

Внутренний относительный КПД ступени

,(23)

или

.(24)

ПК выдает результаты численных опытов в табличном виде. Определенные дополнительно с помощью [1] и электронных таблиц параметры в характерных точках процесса расширения целесообразно свести в таблицу.

Таблица 1

Параметры	Номер опыта
	1	2	3	и т.д.

Результаты расчетов по приведенным выше формулам (1-24) заносятся в табл.2, содержащей в самом общем случае следующие величины:

Размерности этих величин указаны выше в тексте, но при заполнении табл.2 размерности указывать обязательно.

Таблица 2

Параметры	Номер опыта
	1	2	3	и т.д.
и др..

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете должны быть приведены:

§ задачи исследования;

§ номер исследуемой ступени и входные параметры;

§ краткое изложение порядка проведения работы;

§ схема установки;

§ характеристики ступени;

§ таблица с результатами численного эксперимента;

§ рисунок процесса;

§ таблица с параметрами в характерных точках (табл.1);

§ таблица с результатами обработки экспериментов (табл.2);

§ треугольники скоростей для каждого обработанного опыта;

§ набор графиков искомых зависимостей, определенный заданием на лабораторную работу;

§ анализ полученных результатов и выводы.

Отчет по лабораторной работе выполняется и защищается каждым студентом индивидуально. Для подготовки к защите лабораторной работы могут оказаться полезными приведенные ниже контрольные вопросы и соответствующие разделы из списка литературы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Трояновский Б.М., Филиппов Г.Ф., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, - 256 с., ил.

Щегляев А.В. Паровые турбины. Учебник для вузов. КН.1. - :Энергоатомиздат, 1993. - 384 с., ил.

Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 496 с., ил.

Трубилов М.А., Арсеньев Г.В., Фролов В.В. и др. Паровые и газовые турбины. Учебник для вузов./Под ред. А.Г.Костюка, В.В.Фролова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 , ил.

Размещено на Allbest.ru