Дипломная работа. Реконструкция КТЦ ТЭЦ с модернизацией ПТ 65-75-130-13. 2008 г. / 2. Расчет ЦВД

2. Тепловой расчет ЦВД паровой турбины типа ПТ.

Тепловой расчет паровых турбин выполняется при их проектировании, модернизации, реконструкции или при проектировании тепловых электростанций.

Исходные данные для теплового расчета турбины, ПТ 65/75-130/10 :

1. ПТ 65/75-130/10 – паровая стационарная турбина активного типа с двумя регулируемым отбором (производственным и теплофикационным), с одним нерегулируемым отбором (для регенеративного подогрева питательной воды) и противодавлением;

2. Проточная часть ЦВД турбины состоит из одной регулирующей ступени и шестнадцати одновенечных ступеней;

3. Регулирующая ступень состоит из сварного сегмента сопел с парциальным подводом пара, одновенечного рабочего колеса и направляющего аппарата;

4. Каждая последующая ступень состоит из сварной стальной диафрагмы и одновенечного рабочего колеса;

5. ЦНД состоит из двух частей, из которых ЧСД имеет регулируемую ступень и восемь ступеней давления. а ЧНД имеет регулирующую ступень и три ступени давления.

6. Номинальные параметры свежего пара:

- абсолютное давление – 13,0 МПа;

- температура – 555 °C.

7. Номинальные параметры производственного отбора пара:

- абсолютное давление – 1,0-1,3 МПа;

- расход отбираемого пара – 0-100 т/ч.

8. Номинальные параметры теплофикационного отбора пара:

- абсолютное давление – 0,11,-0,15 МПа;

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разраб.

З Залеский И.С.

Тепловой расчет ЦВД паровой

турбины типа ПТ

Лит.

Лист

Листов

Руковод.

Шаповалов А.В.

Д

7

Консульт.

Шаповалов А.В.

ГГТУ им. П. О. Сухого,

ПТЭ и Э

Н. контр.

Смирнов Н.А.

Зав. Каф.

Овсянник А.В.

2.1. Тепловой расчет регулирующей ступени.

Порядок теплового расчета регулирующей ступени проводим согласно рекомендациям ([3], п. 4.4, стр. 82).

Заданные начальные параметры:

- давление – р₀= 13 МПа;

- температура – t₀= 555 °C;

- теплосодержание пара – h₀= 3532 кДж/кг;

- расход пара на турбину (максимальный) – G= 110 кг/с;

- частота вращения турбины – n= 50 c^-1.

1. Располагаемый теплоперепад на ЦВД без учета потери давления в стопорном и регулирующем клапанах.

h_к= 2284 кДж/кг;

кДж/кг; (2.1)

Потеря давления в стопорном и регулирующем клапанах оценивается в пределах (0.03-0.05)хР0 ([3], стр. 95)

МПа; (2.2)

тогда давление пара перед соплами регулирующей ступени

МПа; (2.3)

2. Потеря давления в выхлопном патрубке

=0.07 опытный коэффициент 0,05-0,1 ([3], стр. 96)

C_п=70 м/с принимаем скорость в выходном патрубке ([3], стр. 96)

МПа; (2.4)

3.Давление пара за последней ступенью

МПа; (2.5)

4. Теплоперепад в стопорном и регулирующем клапанах

По h-d диаграмме находим

h_zt=2892 кДж /кг

h_zt1=2904 кДж /кг

кДж /кг (2.6)

в выхлопном патрубке

кДж /кг

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

5. Располагаемый теплоперепад на проточную часть турбины

кДж /кг (2.8)

6. Распологаемый теплоперепад регулирующей ступени

теплоперепад в нерегулируемой ступени принемается 30-40 кДж/кг

h_нс=33 кДж/кг

кДж/кг , (2.9)

Где 16 - число нерегулируемых ступеней ЧВД.

7. Определяем размеры проточной части ([3], стр. 181).

Диаметр регулирующей ступени определяется выбранным тепловым перепадом, значением u/c_ф и ограничивается возможным диаметром поковки ротора.

Одновенечные ступени предназначены для срабатывания теплоперепада H₀^Р.С= 80-95 кДж/кг ([3], стр. 181).

Оптимальное отношение u/c_ф для одновенечных регулирующих ступеней – 0,43-0,395, ([3], стр. 181). Принемаем 0,4.

Для определения среднего диаметра ступени подсчитываем:

- фиктивную изоэнтропную скорость пара, м/с

м/с (2.10)

- окружную скорость вращения диска по среднему диаметру ступени, м/с

м/с (2.11)

- средний диаметр ступени, м

м (2.12)

Принимаем d=1,1м, = 16 ⁰ и уточняем окружную и изоэнтропную скорости вращения диска и теплоперепад, срабатываемый ступенью:

м/с (2.13)

м/с (2.14)

кДж/кг (2.15)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Сравниваем с найденным ранее (92 кДж/кг), значения практически совпадают следовательно нет необходимости пересчета.

Примем небольшую реакцию в сопловой и рабочей решетках, а именно: ρ_с=0,2; ρ_р=0,2;

Вычисляем располагаемые теплоперепады в решетках:

кДж/кг (2.16)

кДж/кг (2.17)

С помощью h, s – диаграммы и руководствуясь ([3], рис. 4.3, стр. 79) находим давление пара за сопловой решеткой р₁=10,2 МПа, за рабочей решеткой р₂=10,02 МПа,

Таким образом, отношение давлений в сопловой решетке составляет ε₁=р₁/ р₀=10,2/12,35=0,862, т.е. больше ε_*=0,546 для перегретого пара([3], табл. 1.1, стр. 23).

Следовательно истечение потока из сопловой решетки докретическое

Критическое давление р_*=0,546·12,35=6,746 МПа. По h, s – диаграмме определяем ν_*=0,028 ν₀=0,038 м³/кг; ν_1t=0,042 м³/кг.

Найдем критическую скорость:

м/с (2.18)

Теоретическая скорость на выходе из сопла, м/с

м/с (2.19)

Находим число

(2.20)

где – скорость звука в рассматриваемом сечении, определяется

м/с (2.21)

где – показатель изоэнтропы, =1,3 для перегретого пара согласно

([3], табл. 1.1, стр. 23).

Так как , то по рекомендациям ([3], стр. 27) тип профиля А.

8. Учитывая, что режим истечения является докретическим, вычисляем выходную площадь сопловой решетки по формуле:

м² , (2.22)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

где =0,975 коэффициент расхода ([3],рис 2,25 ,стр. 42)

утечки пара через уплотнения

кг/с, (2.23)

где

=0,85 коэффициент расхода 0,65-0,85

принимаем число гребней уплотнения Z=28

диаметр вала на участке уплотнения, по отношению к среднему диаметру регулирующей ступени принимается в диапазоне 0,3-0,5

м

Площадь продольного сечения

м² , (2.24)

Где =0,5 мм радиальный зазор

Отношение давлений пара за и перед уплотнениями

(1.25)

=0,1 МПа - считаем давления пара за уплотнением равным атмосферному.

Следовательно количество пара проходящее через сопла:

кг/с (2.26)

Далее подсчитываем произведение

м (2.27)

где - коэфф. расхода сопловой решетки, =0,975 ([3], ф.10.10, стр.182).

Приближенное значение для одновенечной ступени рассчитываем по

([17], ф. 3,25а, стр. 94), причем берется в см:

(2.28)

Высота сопловой лопатки, мм

мм (2.29)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

11

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Выбираем решетку типа С-9015А ( сопловая решетка, угол входа 90⁰ , угол выхода 15⁰ , дозвуковая) ([17], табл. 3.1, стр. 86), хорду профиля =30 мм, относительный шаг =1,25, угол установки =38°35׳.

Число лопаток сопловой решетки

(2.30)

Принимаем =55, уточняем хорду профиля

м (2.31)

Определяем отношение / =38/19=2 и находим

по ([3], рис. 2.29а, стр. 44) коэфф. скорости турбинной решетки φ=0,88.

Тогда потери в сопловой решетке составят

, т.е. 22,6% (2.32)

Теперь приступим к построению треугольников скоростей.

Подсчитаем действительную скорость, м/с

м/с (2.33)

По известному углу определяем относительную скорость входа в первую рабочую решетку ω₁ и угол ее направления :

(2.34)

=27,11°;

м/с (2.35)

Определяем потери энергии в сопловой решетке, кДж/кг

кДж/кг (2.36)

Теоретическая относительная скорость на выходе из рабочей решетки, м/с

м/с (2.37)

По h, s – диаграмме определяем ν_2t=0,069 м³/кг.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

12

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Выходная площадь рабочей решетки определяется по уравнению неразрывности:

м² (2.38)

где принято в первом приближении =0,91 ([3], стр. 42).

Зададимся значением перекрыши первого ряда рабочих лопаток, в соответствии с ([3], табл. 10.2, стр. 183) равной 1,5 мм и приняв, что лопатка выполняется постоянной высоты, находим =19 мм +3 мм =22мм. Тогда угол определим

; (2.39)

=22,02°.

Определим

(2.40)

По и выбираем по ([17], табл. 3.1, стр. 86) первую рабочую решетку с профилем Р-3521А с размерами =40 мм и, следовательно, /=40/22=1,818.

Угол поворота потока в рабочих лопатках

(2.41)

По / и по ([3], рис. 2.26, стр. 42) определяем коэфф. расхода =0,918.

Уточняем

м² (2.42)

(2.43)

=20,7⁰.

По ([3], рис. 2.29б, стр. 44) находим ψ=0,89.

Подсчитываем действительную относительную скорость выхода из рабочей решетки первого венца:

м/с (2.44)

Перед тем, как перейти к дальнейшему расчету , необходимо проверить максимальные изгибающие напряжения в рабочей лопатке. Сначала подсчитываем окружное усилие, действующее на лопатки:

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

13

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

(2.45)

Пренебрегая за малостью осевой составляющей усилия находим изгибающие напряжения

МПа (2.46)

где . Для профиля Р-3521А для =20,7° при =78° имеем =0,664. Тогда мм. Подсчитаем ;

уточняем шаг м;

- минимальный момент сопротивления профиля, =3,82·10^-6 м³ .

Поскольку полученные напряжения существенно меньше, чем допускаемые в ступенях с парциальным подводом пара σ^ДОП_ИЗГ=15-20 МПа, то несмотря на то, что возможны режимы работы рассчитываемой ступени с большими, чем при данном режиме, напряжениями, не меняем выбранных размеров ступени.

Вычисляем потери энергии в рабочей решетке, кДж/кг:

кДж/кг (2.47)

Рассчитываем выходной треугольник скоростей из венца регулирующей ступени:

(2.48)

=63,99°;

м/с (2.49)

Потеря энергии с выходной скоростью

кДж/кг (2.50)

После определения потерь в решетках и потери энергии с выходной скоростью можно подсчитать относительный лопаточный КПД ступени:

(2.51)

Этот КПД можно вычислить также непосредственно из треугольников скорости

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

14

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

(2.52)

Расхождение в определении КПД по двум различным формулам лежит в пределах точности расчета.

Для определения относительного внутреннего КПД и мощности ступени необходимо найти потери на трение диска и потери, вызванные парциальным подводом пара. Потери на трение диска о пар определим по формуле:

(2.53)

где - коэфф. трения, =0,6·10^-3 по рекомендациям ([3], стр. 65);

- площадь сопловой решетки, м²

м² (2.54)

Потери, вызванные парциальным подводом пара:

(2.55)

где =0,065;

- число венцов в регулирующей ступени, =1;

=0,6, ([3], стр. 108).

(2.56)

где =0,25, ([3], ф. 3.23, стр. 67);

- число пар концов сопловых сегментов, =1.

Относительный внутренний КПД ступени находим

(2.57)

Потери на трение диска

кДж/кг (2.58)

Потери, вызванные парциальным подводом пара

кДж/кг (2.59)

Находим использованный теплоперепад ступени

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

15

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

кДж/кг (2.60)

Внутренняя мощность ступени

кВт. (2.61)

2.2. Тепловой расчет нерегулируемых ступеней.

1.Распологаемый перепад на нерегулируемые ступени

h_к= 2284 кДж/кг;

h_0нр= 3444 кДж/кг;

кДж/кг;

Примем средний диаметр нерегулируемых ступеней d=0,844 м, (несколько меньше диаметра регулирующей ступени), угол выхода потока из сопел = 16 ⁰ и коэффициент скорости φ=0,96 находим окружную скорость:

м/с (2.62)

Оптимальное значение скоростей

и изоэнтропную скорость

м/с (2.63)

теплоперепад, срабатываемый ступенью

кДж/кг (2.64)

Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки, м/с

м/с

при срабатываемом теплоперепаде

кДж/кг (2.65)

Энтальпия пара за сопловой решеткой

кДж/кг (2.66)

Чему соответствует p₁=9.5 МПа, v₁=0,043 м³/кг

Приняв предварительно =0,85 , находим выходную площадь сопловой решетки:

м² (2.67)

При е=1 длина сопловой лопатки:

м (2.68)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Определим число Маха

(2.69)

По и выбираем по ([17], табл. 3.1, стр. 86) сопловую решетку с профилем С-9012А с размерами =49,6 мм и, следовательно, /=49,6/32=1,55, угол установки α_ус=34⁰. Найдем число лопаток:

(2.70)

Округляем до числа 40.

Относительная толщина выходной кромки профиля:

(2.71)

относительная длина лопатки:

м (2.72)

По / и по ([3], рис. 2.26, стр. 42) определяем коэфф. расхода =0,98.

Уточняем

м² (2.73)

длина сопловой лопатки:

м (2.74)

по обобщенным кривым ([3], рис. 2.29б, стр. 44) находим коэффициент скорости ψ=0,934 и определяем коэффициент потерь:

м (2.75)

абсолютная скорость выхода парав из сопловой решетки:

м (2.76)

относительная скорость на входе в раб решетку:

(2.77)

и ее входной угол:

(2.78)

Определяем потери энергии в сопловой решетке, кДж/кг

кДж/кг (2.79)

Располагаемый теплоперепад рабочей решетки:

кДж/кг (2.80)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

состояние пара перед рабочей решеткой h_0нр=3403 кДж/кг; Р₁=9,1 МПа; v₁=0.043

состояние пара в конце изоэнтропного расширения h_0нр2=3396 кДж/кг; Р₂=8.94 МПа; v₂=0.0448

Теоретическая относительная скорость выхода пара из рабочей решетки:

м/с (2.81)

Определим число Маха:

(2.82)

Задавшись =0,9 определим выходную площадь решетки:

м² (2.83)

Приняв перекрышу 3мм, длина рабочей лопатки l₂=l₁+0,03=0,033+0,03=0,035 м, найдем эффективный угол выхода рабочей решетки:

(2.84)

=19,75⁰.

Выбираем рабочую решетку с профилем Р-2617А, принимаем хорду =29,9, относительный шаг =0,43, /=29,9/35=0,854.

Найдем число лопаток:

(2.85)

Округляем до числа 124.

Относительная толщина выходной кромки профиля:

(2.86)

по отношению /=29,9/35=0,854 и углу поворота потока

(2.87)

определяем коэфф. расхода =0,942.

Уточняем

м² (2.88)

по обобщенным кривым ([3], рис. 2.29б, стр. 44) находим коэффициент скорости ψ=0,86 и определяем коэффициент потерь:

(2.89)

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

18

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

относительная скорость :

м/с (2.90)

абсолютная скорость :

м/с (2.91)

угол ее направления:

(2.92)

Окружное и осевое усилие и их равнодействующая

Потери при обтекании рабочей решетки

кДж/кг (2.93)

Потеря энергии с выходной скоростью

кДж/кг (2.94)

После определения потерь в решетках и потери энергии с выходной скоростью можно подсчитать относительный лопаточный КПД ступени:

(2.95)

Этот КПД можно вычислить также непосредственно из треугольников скорости

(2.96)

Расхождение в определении КПД по двум различным формулам лежит в пределах точности расчета.

Для определения относительного внутреннего КПД и мощности ступени необходимо найти потери на трение диска. Потери на трение диска о пар определим по формуле:

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

19

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

(2.98)

где - коэфф. трения, =0,6·10^-3 по рекомендациям ([3], стр. 65);

- площадь сопловой решетки, м²

м² (2.99)

Относительный внутренний КПД ступени находим

(2.100)

Потери на трение диска

кДж/кг (2.101)

Находим использованный теплоперепад ступени

кДж/кг (2.102)

Внутренняя мощность ступени

кВт. (2.103)

Последующие нерегулируемые ступени рассчитываются в такой же последовательности как и первая нерегулируемая ступень. Расчет ЦВД ведем для двух случаев, при максимальной мощности при расходе пара G_т=396 т/ч (110 кг/с), и при номинальной мощности расход пара G_т=358т/ч (99,44 кг/с). Результаты расчета сведем в таблицу.

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

20

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Сводка данных по тепловому расчету ЦВД после модернизации.

Таблица №1

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

21

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Продолжение таблицы №1

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

22

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Продолжение таблицы №1

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

23

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Продолжение таблицы №1

ДП 1-43 01 05.08.61.06

Лист

24

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата