Энергетические машины и теплообменные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Национальный исследовательский университет

«Московский энергетический институт»

Типовой расчёт

по дисциплине: «Энергетические машины и теплообменные аппараты»

Преподаватель: Лебедева А.И.

Москва - 2016



Исходные данные для расчета регулирующей ступени паровой турбины:

Давление пара перед ступенью: p₀=23.5 МПа

Температура пара перед ступенью: t₀=540 ⁰C

Расход пара через ступень: G₀=640+12/2=646

Располагаемый теплоперепад: Н₀=(95+12)=107 кПа

Скорость пара на входе в сопловую решетку: С₀ = 0

Степень реактивности:

Частота вращения ротора турбины: n = 50 c^-1

Хорда сопловой решетки: b₁=0.05

Средний диаметр регулирующей ступени: d_ср=1.1+12/100=1.22 м

Количество сегментов в сопловой коробке 4.

Располагаемый теплоперепад Н₀ равен располагаемому теплоперепаду параметров торможения , т.к. С₀ = 0.

Н₀ =

1. Найдем фиктивную скорость:

2. Определим отношение скоростей =0.414, где

=191.64 м/с:

3. Вычислим располагаемый теплоперепад от параметров торможения в сопловой решетке:



к. С₀ = 0, то = Н_0С = =101.65 кПа

4. Определим располагаемый теплоперепад в сопловой решетке:

Н_0Р= - =5.35 кПа

5. Найдем энтальпию h_1t изоэнтропного расширения пара в сопловой решетке:

=3223.19 кДж/кг

Для этого необходимо по давлению p₀ и температуре t₀ с помощью программы Water Steam Pro найти энтальпию h₀=3324.84 кДж/кг и энтропию S₀=6.188 кДж/кг*К . Определим .

Т.к. процесс является изоэнтропный, то S₀ = const. По параметрам энтальпии h_1t и энтропии S₀ с помощью программы Water Steam Pro найдем давление p_1t=16.81 МПа и удельный объем =0.017373 м³/кг пара в этой точке:

6. Рассчитаем теоретическую скорость выхода из сопловой решетки:

c_1t = =450.89 м/с

7. Определим скорость звука за сопловой решеткой:

где примем, что k = 1.3;

8. Найдем число Маха в точке t₁:



=0.732

9. Для выбора профиля сопловой решетки заданы следующие данные:

угол входа пара в сопловую решетку б₀ = 90⁰;

угол выхода пара из сопловой решетки б₁=16⁰;

число Маха М_1t, т.е. дозвуковая скорость выхода пара из решетки (т.к. М_1t<0.85). По этим параметрам выбирается профиль сопловой решетки

Например: С-90-15А

10. Из уравнения неразрывности можно определить выходную площадь горловых сечений сопловой решетки:

=0.0257 м²

где При этом

=0.0257 м²;

где l₁ - длина сопловой лопатки; е - степень парциальности; cледовательно,

= 0.0243 в см

Определим оптимальную степень парциональности:

=0.935

11. Определим длину сопловой лопатки по следующей формуле:

=0.0260 м

12. Рассчитаем число сопловых лопаток:

=89 => 92

для профиля сопловой решетки С-90-15А из таблиц профилей выбираем оптимальный шаг t_опт = 0.72-0.87. Выбираем хорду b₁ по прототипу.

Количество сопловых лопаток должно быть кратным числу сегментов сопловых лопаток в сопловой коробке, чтобы в каждом сегменте было равное число лопаток. Число сопловых сегментов, например, 4. Тогда кратно четырем.

Найдем реальную скорость выхода потока из сопловой решетки в абсолютном движении:

с₁ = цс_1t;

принимаем, что ц = 0.97;

Окружная скорость рабочего колеса на среднем диаметре:

=258.60 м/с

где w₁- скорость выхода потока пара из сопловой решетки в относительном движении;угол выхода



=27.8⁰;

13. Найдем абсолютные потери в сопловой решетке:

=6.01 кДж/кг

14. Рассчитаем теоретическую скорость выхода потока пара из рабочей решетки:

=278.52 м/с

15. Найдем параметры пара в т. 2t:

=3212.49 кДж/кг

=3217.84 кДж/кг

; ;

Зная энтальпию h₁ и давление P₁ с помощью программы Water Steam Pro для т. 1, найдем

=6.181 кДж/кг*К

Зная энтальпию h_2t и энтропию S₂ с помощью программы Water Steam Pro найдем давление p_2t=16.50 МПа и удельный объем

=0.017549 м³/кг пара в этой точке.

16. Рассчитаем в этой точке скорость звука:



;

17. Найдем число Маха:

=0.454

18. Найдем выходную площадь рабочей решетки:

=0.0433 м²; учитывая, что ,

19. Вычислим угол выхода потока из рабочей решетки:

=0.0433 м²;

=0.029 м, примем, что м;

20. По углам и числу выберем профиль для рабочей решетки. Например Р-35-25А

21. Найдем скорость выхода потока пара из рабочей решетки в относительном движении:

=257.08 м/с; где ;

22. Абсолютная скорость пара на выходе из рабочей решетки:

=115.14 м/с



23. Рассчитаем угол выхода абсолютной скорости из потока из рабочей решетки:

=73⁰

24. Зная величины с₁, с₂, w₁, w₂, u, б₁, б₂, в₁, построим треугольники скоростей:

паровой турбина сопловый пар

25. Определяем потери в рабочей решетке:

=5.74 кДж/кг

26. Найдем параметры пара в т. 2:

=3218.23 кДж/кг

Используя программу Water Steam Pro найдем энтропию:

S₂=6.188 кДж/кг*К

27. Найдем потери с выходной скоростью:

28. Располагаемая энергия ступени:

=107 кДж/кг;

примем, что , тогда

29. Определим относительный лопаточный КПД турбинной ступени по балансу потерь энергии:

=0.828

30. Определим относительный лопаточный КПД турбинной ступени через проекции относительных скоростей:

=0.828

Оба расчета относительного лопаточного КПД ступени в пределах точности расчета (±1%) совпадают:

=0

31. Рассчитаем дополнительные потери в регулирующей ступени:

=2.47*10^-3

k_тр = 0.6*10^-3

Абсолютные потери энергии от трения диска об пар:

=264 Дж/кг

32. Найдем относительные и абсолютные потери энергии с утечкой пара через надбандажные уплотнения рабочей решетки:

=0.029

Для дальнейшего расчета необходимо определить эквивалентный зазор в перифепийном уплотнении и периферийный диаметр рабочих лопаток d_п:

=1.25 м;

Для расчета принимаем следующие величины:

величина зазоров ,

число гребней в надбандажном уплотнении z = 2

коэффициент расхода для осевого зазора:

коэффициент расхода для радиального зазора:

Абсолютные потери от утечек через бандажные уплотнения:

=3.08 кДж/кг



33. Определим потери энергии, связанные с парциальным подводом пара:

Относительные потери энергии от вентиляции пара:

Согласно учебному пособию принимаем следующие величины:

поправочный коэффициент k_в = 0.065

число венцов рабочих лопаток ступени скорости m = 1

часть дуги, занимаемая защитным кожухом e_кож = 0, т.к. кожуха нет

Относительные потери энергии, связанные с наличием сопловых сегментов:

Из учебного пособия принимаем, что:

ширина рабочей лопатки B₂ = 0.0536 м

число пар концов не сомкнутых сопловых сегментов i = 4

Абсолютные потери энергии от парциального подвода пара:

=2.35 кДж/кг

34. Использованный теплоперепад ступени:

=82.93 кДж/кг

35. Внутренний относительный КПД ступени:



=0.775

36. Внутренняя мощность ступени:

=53.57 МВт

37. Для расчета рабочей лопатки на прочность необходимо определить окружные усилия, действующие на рабочие лопатки R_u и изгибающие напряжения, действующие на одну лопатку .

=298 кН;

=1.706*10^-6 м³

принимаем : b₂ = 5.5 см, = 2.54 см, = 0.168 см³;

Для ступеней с парциальным подводом пара допускаемые напряжения не должны превышать 25 МПа, следовательно, хорда профиля остается прежней b₂ = 55 см.



Процесс в h-s диаграмме для регулирующей ступени

Размещено на Allbest.ru