Термогазодинамический проектный расчет многоступенчатой паровой турбины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ)

Кафедра теплотехники и энергетического машиностроения

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Паро-газотурбинные установки»

Тема: Термогазодинамический проектный расчет многоступенчатой паровой турбины

Казань 2016 г.



Введение

Для привода генераторов электрического тока применяются паровые турбины высокой экономичности. Такие турбины выполняются многоступенчатыми.

1. (а-н)- питательный насос

2. (н-в)-экономайзер(подогрев жидкости)

3. (в-с)-испарение

4. (с-d)-перегрев

5. (d-T)-расширение в ПТ

6. (T-a)-конденсация пара

Замкнутый циркуляционный цикл ПТУ

Рабочее тело (жидкая фаза) превращается в пар в парогенераторе(в-с). Далее пар перегревается(с-d) после попадает и расширяется в паровой турбине(d-T). За турбиной насыщенный пар попадает в конденсационное устройство, где происходит фазовое превращения пара в жидкость за счет охлаждения(T-a) . Далее в питательном насосе происходит повышение давления до значительных величин(а-н). Далее рабочее тело попадает в утилизационный парогенератор, где подогревается и превращается в пар при высоком давлении и температуре, то есть цикл повторяется.

Температура уходящих газов:

Уравнение теплового баланса:

Где -скрытая теплота парообразования -энтальпия

Относительный расход пара:

Расход газа в ГТУ:

Расход пара в ПТУ:

Где численные значения параметров - это результат расчетов лабораторных работ

;;

; ;

Прежде чем приходить к детальному расчету отдельных ступеней следует определить числа ступеней и произвести рациональную разбивку теплоперепадов между ступенями.

Исходные данные:

Теплофизические характеристики пара:

-показатель изоэнтропы

-газовая постоянная

Полное давление пара на входе в турбину

Полная температура пара

Расход пара на входе в турбину

Частота вращения ротора турбины



Определение числа ступеней и геометрические характеристики турбины

В многоступенчатой турбине полный располагаемый теплоперепад от начального состояния пара до давления на выходе из турбины распределяется между последовательно расположенными ступенями турбины.

Строим вспомогательную диаграмму для определения числа ступеней в следующем виде

Отрезок А выбирается произвольно, i номер ступени измеряется от 1 до z, количество ступеней z неизвестно.

Определяются диаметры (в среднем по высоте лопатки сечениям) на входе в паровую турбину (ПТ) и выходе и в промежуточных сечениях.

В ПТ распространены различные формы проточной части: а) постоянство корневого диаметра ;

б) постоянство среднего диаметра облопачивания D;

в) возрастание по потоку корневого диаметра .

Как правило, все проточные части турбины проектируются по закону изменения корневых диаметров , причем закон дает конструктивные и технологические преимущества -унификацию хвостовых креплений и профиля лопаток.

Ниже рассматривается вариант с .

Высоты лопаток по потоку возрастают пропорционально удельному объему пара , следовательно возрастают расчетные средние диаметры ступеней .

Поэтому для определения числа ступеней z в ПТ применяют следующий искусственный прием - всю проточную часть разбивают на группы ступеней, в нашем примере условно на 3 и теплоперепады между ними:

Располагаемый теплоперепад в ПТ

,

где - степень расширения пара в турбине; - давление пара за последней ступенью; в конденсационных турбинах 1*10⁵Па

Мощность ПТ:

здесь КПД ПТ

Можно рекомендовать:

Определяются диаметры и высоты лопаток первой , последнейи промежуточных ступеней .

Причем при выбранной схеме проточной части

Для этого следует выбрать

Для облегчения технологического выполнения турбины следует стремиться в большинстве ступеней (например, в группе ступеней I), сохранить неизменными геометрию профилей лопаток, а также сохранить примерно постоянными характеристическое отношение скоростей, где - окружная скорость лопаток на среднем диаметре , - угловая скорость соответствует теплоперепаду ступеней .

По мере увеличения удельного объема , следовательно, и увеличение высот лопаток приходится отказываться от сохранения постоянного профиля (геометрию профиля) лопаток, поскольку увеличивается вероятность ступеней.

В современных турбинах начинают изменять геометрию лопаток (переходить у закрученным лопаткам) от и ниже.

Ниже излагается последовательность расчета

1.Определяется осевая (ометаемая лопатками) площадь на входе в ПТ

(здесь вход обозначен индексом «0»),

где - плотность пара (в предварительных расчетах можно допустить, здесь (); скорость пара на входе в первую ступень

2. С другой стороны осевая площадь

Использую соотношение (выбирается из диапазона ) определяем высоту сопловых лопаток на входе в ПТ и диаметры и :

Определяются параметры в конце каждой группы ступеней согласно выбранным теплоперепадам.

На выходе из первой группы следует использовать теплоперепад - 0,5, на выходе из второй группы - (0,8), на выходе из третей группы (на выходе из всей турбины) -

3.Давление и температура пара:

На выходе из первой группы

Па

К

на выходе из второй группы



Па

К

на выходе из третей группы (на выходе из ПТ)

Па

К

здесь можно допустить .

1. Определение осевых площадей соответственно по сечениям (границам групп ступеней) паровой турбина ступень теплоперепад

где плотность пара:



где - расход пара на участках групп ступеней.

При возможных отборах пара и отборах пара на промежуточную регенерацию

, например,

при наличии отборов пара на регенерацию

В предварительных проектировочных расчетах можно принять ,

осевая скорость в расчетных сечениях, изменяется на входе в ПТ от 60…100м/с до 300… 330м/с в последних ступенях.

В расчетных сечениях следует выбирать из приведённого диапазона, допустив линейное ее изменение.

5.Полная площадь, соответствующая наружным диаметрам рабочих колес в сечениях

,



где

1. Наружный диаметр проточной части в сечениях

2. Высоты лопаток

8. Средний диаметр (расчетный) ступеней

Откладываются, полученные в расчетах , на диаграмме и соединяются плавной вогнутой кривой.

Далее следует проверить соотношение , в последних ступенях приходится выбирать небольшим (веерность решетки), желательно чтобы . В ступенях с предельным напряжением в лопатке можно допустить и только в крайних случаях следует принимать.В противном случае следует переходить на повышенные диаметры корневого сечения отдельных групп ступеней.

Последнее используется при повышенных степенях понижения давления путем разбиения всех ступеней проточной части на границы т.н. цилиндры, содержащие ограниченное число ступеней. Число активных ступеней в одном цилиндре может достигать ,реактивных ()

Важнейшим параметром при непосредственном выборе числа ступеней всей турбины является характеристическое отношение скоростей, которое имеет оптимальное значение, обеспечивает угол на выходе из ступеней и, соответственно, максимальный КПД ступени. В свое очередь зависит от реактивности ступени.

В современном паротурбостроении активные ( )и реактивные ( ) средних и больших мощностей получили равные распространения.

В реактивной турбине число ступеней больше, чем в активной, но условия обтекания рабочих решеток несколько лучше, чем в активных. С другой стороны, в реактивной ступени больше (утечки) перетекания из-за наличия разности давления в рабочих лопатках, что служит положительный эффект от более благоприятного их обтекания. Все сказанное выше приводит к примерно равной экономичности обоих турбин.

Следует иметь в виду, что выполнение активных ступеней целесообразно в области малых объемных расходов (малых высот лопаток), где существенно сказываются потери от перетекания. Наоборот, в области низких давлений (больших высот лопаток) и значительной веерности ступени, преимущество применяют реактивные ступени. Ступени низкого давления (цилиндры низкого давления) современных активных турбин выполняются со значительной реактивностью, которая часто для последней ступени достигает на среднем диаметре 0,5 и более.

Активные ступени проектируются с , причем, чем меньше, тем больше выбирается величина реактивности .

9. Оптимальное в зависимости от и определяется при

при

Угол на выходе из сопловых лопаток первых ступеней выбирается в пределах , в последующих ступенях ,

В первом приближении, задаются реактивностью в контрольных сечениях:

(1)-

(2) -

(3)-

(4) -

Впоследствии выбранное значение на среднем диаметре уточняется с целью недопущения отрицательной реактивности в корневом сечении.

10. Определяютсяо на выбранных участках средние окружные скорости используя по зависимости

,



где n выбранная частота вращения ротора, 1/с, при приводе стандартного электрогенератора

Определяются оптимальные значения в контрольных сечениях:

11. Изоэнтропная скорость в контрольных сечениях и, соответственно, располагаемый перепад:

Средний располагаемый тепловой перепад на ЦНД, ЦСД, ЦВД:

12. Определяется число ступеней (отдельно) на каждом участке с последующим округлением

1-й -

2-й -

3-й -

Общее число ступеней турбины

При заранее выбранной реактивности последних ступеней следует определить ее в корневом сечении

Указанная реактивность не должна быть отрицательной, т.е. должно быть выполнено условие путем подбора величины реактивности на среднем диаметре . Возможно указанная проверка приведет к корректировке количества ступеней на участке.

Полученные числа ступеней на участках позволяют построить часть парой турбины.

При выбранной схеме проточной части , наружный контур строится путем соединения линией четырех точек - наружных диаметров на границах участков.

Основываясь на размерах высот лопаток первой, промежуточных и последний ступени следует вычертить эскиз проточной части (см. рисунок), руководствуясь следующими рекомендациями по соотношению высоты лопаток и их ширины в меридиональном сечении, они находятся в следующих пределах:

-в первых ступенях

-в средних ступенях

-в последних ступенях

Осевой зазор выбирается в пределах

Длина ПТ:



Строится эскиз проточной части турбины в масштабе с указанием всех основных размеров: высот лопаток, диаметров и длины проточной части

Строится (в масштабе) проточная часть многоступенчатой турбины с указанием основных диаметров, высот лопаток, осевых и радиальных зазоров.

Схема проточной части многоступенчатой турбины

Размещено на Allbest.ru