ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В. И. Беспалов

ТУРБИНЫ ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Проект многоступенчатой паровой турбины

Рекомендовано в качестве учебного пособия

Редакционно-издательским советом

Национального исследовательского

Томского политехнического университета

2-е издание

Издательство

Томского политехнического университета

2014

	УДК 621.165 ББК 53 Б
Б 53	Беспалов В. И. Турбины тепловых и атомных электростанций: Проект многоступенчатой паровой турбины: Учебное пособие. Томский политехнический университет. –2-е изд. переработ. и дополн. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – …… с.

В учебном пособии изложены методика теплового расчёта и определения показателей экономичности проточной части многоступенчатой паровой турбины, даны рекомендации по конструктивному оформлению турбины, приведены методики механических расчетов отдельных элементов турбины. Включен справочный и иллюстрационный материал по турбинам.

Пособие подготовлено на кафедре тепловых и атомных электрических станций, соответствует программе дисциплины и предназначено для студентов специальности 140101 «Тепловые электрические станции» Института дистанционного образования.

УДК 621.165

ББК 53

Рецензенты:

Кандидат технических наук, доцент ТПУ

Б. Ф. Калугин

зам. директора НП «Региональный Центр управления энергосбережением», кандидат технических наук.

С. А. Косяков

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ 3

1. Выбор общего конструктивного оформления турбины 11

2. Выбор дополнительных расчетных параметров турбины 16

2.1. Определение расчетной мощности 16

2.2. Выбор системы парораспределения турбины и типа регулирующей ступени 17

2.3. Определение предельной мощности турбины в однопоточном исполнении 19

3. Определение расхода пара на турбину 20

3.1. Составление расчетной схемы турбины 20

3.2. Построение приближенного процесса расширения пара в турбине в Н-S диаграмме и определение располагаемого теплоперепада турбины 21

3.3. Определение расхода пара на турбину и по отсекам 29

4. Тепловой расчет регулирующей ступени 31

4.1. Тепловой расчет проточной части одновенечной регулирующей ступени 32

4.2. Тепловой расчет проточной части двухвенечной регулирующей ступени давления 47

4.3. Определение дополнительных тепловых потерь, внутреннего относительного КПД и внутренней мощности регулирующей ступени 54

5. Определение числа нерегулируемых ступеней и их теплоперепадов 57

5.1. Общие положения 57

5.2. Определение располагаемого теплоперепада на нерегулируемые ступени 59

5.3. Предварительный расчет первой нерегулируемой ступени 60

5.4. Предварительный расчет последней ступени давления 61

5.5. Определение числа нерегулируемых ступеней и их теплоперепадов 63

6. Расчет нерегулируемых ступеней давления 68

6.1. Исходные данные для расчета промежуточных ступеней 68

6.2. Особенности расчета промежуточных ступеней 68

7. Проектирование нерегулируемых ступеней с использованием ПЭВМ 75

7.1. Подготовка исходных данных 76

7.2. Инструкция к расчету по программе 77

7.3. Анализ результатов расчета 77

8. Проверка расчета и показатели тепловой экономичности турбины 78

9. Расчет осевых усилий, действующих на ротор в пределах одной ступени 81

10. Механические расчеты элементов турбины 83

10.1. Механический расчет рабочей лопатки с постоянным по высоте профилем 83

10.2. Расчет диафрагмы на прогиб 88

10.3. Расчет ротора цилиндра (турбины) на критическое число оборотов 89

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 92

Литература обязательная 92

Литература дополнительная 92

Учебно-методические пособия 93

ПРИЛОЖЕНИЯ 94

Приложение I 94

Рис. 2. Характеристики профиля для рабочих лопаток Р-30-21А 103

Выполнение курсового проекта на тему «Проект многоступенчатой паровой турбины» является завершающим этапом в изучении дисциплины «Турбины тепловых и атомных электростанций» и позволяет студенту систематизировать приобретенные при изучении дисциплины знания и активно их закрепить, приобрести навыки по конструированию и расчету паровой турбины.

Курсовому проектированию как творческому виду обучения придается большое значение. Выполнение проекта является самостоятельной работой студента, приобщающей его к практической инженерной деятельности.

Задачей выполнения курсового проекта является проведение теплового расчета паровой турбины с целью определения основных геометрических характеристик проточной части и конструктивного оформления турбины. Поэтому все выполняемые студентом тепловые и механические расчеты можно отнести к конструктивным.

В состав расчетной части проекта входит:

– расчет тепловой схемы турбоустановки с целью определения расхода пара на неё и по отсекам турбины;

– тепловой расчет регулирующей ступени при сопловом парораспределении или же первой ступени турбины – при дроссельном парораспределении;

– распределение располагаемого теплоперепада проточной части турбины или отдельного цилиндра по ступеням давления.

– тепловой расчет ступеней давления, расположенных за регулирующей или первой ступенью турбины (цилиндра);

– определение показателей тепловой экономичности турбоустановки;

– механический расчет, который включает в себя ряд упрощенных расчетов отдельных деталей турбины. Перечень деталей указывается руководителем проекта в задании на проект.

Курсовой проект выполняется по исходным данным, ориентированным на уже известный в энергетике тип турбин. Однако исходные данные, хотя и незначительно, но отличаются от паспортных данных типовой турбины. Это незначительное различие может привести к изменению типа первой ступени и числа нерегулируемых ступеней, места расположения регенеративных отборов, длины ротора. Возможно изменение компоновки обойм турбины, то есть числа диафрагм в обойме.

При выполнении курсового проекта студент обязан детально разобраться с конструктивным устройством турбины. Он должен научиться проводить анализ степени влияния измененных параметров как по турбине в целом, так и по отдельной ее ступени на изменение конструкции и прочности деталей ступени турбины. С этой целью в пособие включена глава 7, в которой приведено описание программы расчета на ЭВМ группы ступеней паровой турбины. Программа написана сотрудниками кафедры АТЭС НИ ТПУ Беляевым Л.А., Матвеевым А.С.

В каждом проекте предусмотрено индивидуальное задание по изучению отдельного узла или схемы турбины. В расчетно-пояснительной записке необходимо привести описание конструкции этого узла, принцип действия, назначение.

В расчетно-пояснительной записке, которая выполняется в электронном варианте с использованием приложения Microsoft Word (формат А4), приводятся подробные расчеты со ссылкой на литературные источники, из которых заимствованы все рекомендательные указания по выполнению тех или иных расчетов.

Графическая часть проекта предназначена для детального изучения студентом конструктивного устройства турбины и естественно для связи выполненных тепловых расчетов с компоновочными решениями по ее проточной части. Графическая часть выполняется в электронном виде на двух листах формата А1 и включает в себя:

– подробный чертеж проточной части турбины с выносом четырех-пяти узлов;

– элементы проточной части (диафрагма первой нерегулируемой ступени и ее уплотнения) и чертежи узла индивидуального задания.

Настоящее учебное пособие содержит систематизированное изложение всех разделов курсового проекта. Приведены методики тепловых и механических расчетов, необходимые графики, таблицы, поясняющие рисунки, даны ссылки на используемую литературу.

В приложении на рис. П.1–П.13 приведены продольные и поперечные разрезы паровых турбин, на конструкции которых можно ориентироваться при проектировании.

Учебное пособие предназначено в основном для студентов специальности 140101 Института дистанционного образования. Следует отметить, что в данном пособии не рассматриваются особенности проектирования влажно-паровых турбин атомных электростанций, что ограничивает использование пособия студентами специальности 140104 «Атомные электрические станции и установки». Оно будет полезно студентам технических специальностей, в учебных планах которых предусматривается изучение курса «Тепловые двигатели». Второе издание пособия значительно переработано и дополнено.

При подготовке первого издания пособия большая работа была проделана старшим преподавателем кафедры АТЭС Беспаловой С.У., которая являлась соавтором пособия.

Автор благодарят сотрудников кафедры Атомных и тепловых электростанций НИ ТПУ за участие в обсуждении и подготовке 2-го издания данного пособия.