Содержание

Введение
1. Краткое описание турбины К–300–240–ХТГЗ
2. Тепловой расчет паровой турбины
2.1. Определение термодинамических параметров
2.2. Тепловой расчет регулирующей ступени
2.3. Распределение теплоперепадов между ступенями
2.4. Детальный расчет ступеней давления
3. Расчет критической частоты вращения вала
Заключение
Список литературы

Введение

Целью курсового проекта является проектирование цилиндра высокого давления (ЦВД) турбины К – 300 – 240 – ХТГЗ.

Объем тепловых расчетов состоит: расчета и построения предполагаемого процесса в тепловой диаграмме; выбор типа регулирующей ступени и детальный расчет ее проточной части; выбор числа нерегулируемых ступеней, распределение теплоперепада между ними.

Объем прочностных расчетов включает в себя оценку критической частоты вращения ротора.

1. Краткое описание турбины К-300-240 ХТГЗ

Турбина К-300-240 ХТГЗ мощ­ностью 300 МВт, рассчитанная на параметры пара 23,5 МПа и 560 °С с промежуточным перегревом пара до 565 ⁰С, с давлением в конденса­торе 3,43 кПа и частотой вращения 50 c^-1, впервые изготовлена в I960 г.

Турбина устанавливается в блоке с прямоточным котлом производи­тельностью 950 кг/с.

Тепловая схема турбоустановки с турбиной К-300-240 ХТГЗ не имеет принципиальных отличий от схемы с турбиной К-300-240 ЛМЗ.

Схема главных паропроводов турбины. По четырем трубам диаметром 175 мм пар поступает от котла к двум блокам клапанов ЦВД, установленным по его сторонам, состоящим из стопор­ного клапана диаметром 250 мм и трех регулирующих клапанов, распо­ложенных вокруг стопорного кла­пана и имеющих с ним общий корпус. Два клапана имеют диаметр 112 мм, а третий — 75 мм. Все клапаны — неразгруженные. Подъем всех клапанов в нужной после­довательности осуществляется дву­сторонним сервомотором и распре­делительным механизмом. Таким образом, турбина имеет шесть регу­лирующих клапанов, соединенных десятью перепускными трубами с четырьмя паровпускными патруб­ками, подающими пар во внутренний корпус ЦВД.

Турбина выполнена с сопловым парораспределением: одновременное полное открытие клапанов, обслужи­вающих левый верхний и правый нижний паровпускные патрубки, обе­спечивает 75 %-ную нагрузку тур­бины; открытие клапанов, обслужи­вающих левый нижний патрубок, поднимает нагрузку до 85 %. Пол­ная мощность достигается при откры­тии всех клапанов.

Свежий пар поступает во внут­ренний корпус ЦВД и протекает через одновенечную ре­гулирующую ступень и десять нерегулируемых. Далее пар покидает ЦВД и направляется по двум трубам на промежуточ­ный перегрев, откуда по двум трубам подводится к двум комбинированным клапанам ЦСД, установленным в не­посредственной близости к ЦСД. В конструкции комбинированного клапана совмещены регулирующий и стопорный клапаны. Клапаны ЦСД открываются одновременно. Схема потоков пара в ЦСД такая же, как и у турбины К-300-240 ЛМЗ: пар проходит 12 ступеней ЧСД ЦСД и разделяется на два потока; первый поток, составляющий 1/3 всего расхода пара, направляется в ЧНД ЦСД, а 2/3 пара направ_г ляется в ЦНД.

Отработавший в турбине пар тремя потоками направляется в кон­денсатор типа К-15240

ЦВД развивает мощность при­мерно 100 МВт, ЦСД —125 МВт, ЦНД — 75 МВт.

Валопровод турбоагрегата со­стоит из роторов ЦВД, ЦСД и ЦНД и ротора генератора. Он опирается на пять опорных под­шипников со сферическими вклады­шам. Подшипники ЦВД — сегментные.

Упорный подшипник с выравни­вающим устройством установлен между ЦВД и ЦСД, потоки пара в которых направлены в противоположные стороны.

Передний и средний подшипники турбины — выносные, опирающиеся на фундамент; задний подшипник ЦСД и подшипники ЦНД встроены в выходные патрубки. Крышки кор­пусов выносных подшипников содер­жат аварийные масляные емкости. Аварийные емкости для встроенных подшипников размещены на крыш­ках выходных патрубков.

Роторы ЦВД и ЦСД соединены жесткой муфтой, полумуфты которой откованы заодно с каждым из валов. Остальные муфты — полугибкие.

Валоповоротное устройство уста­новлено на крышке заднего под­шипника ЦНД и обеспечивает перед пуском и после остановки частоту вращения ротора 3,4 1/мин.

Ротор ЦВД — цельнокованый, выполнен из стали ЭИ-415.

Ротор ЦСД — комбинированный: диски ЧСД откованы заодно с ва­лом, а диски ЧНД насажены на вал с натягом. Лопатки последних сту­пеней ЧСД не имеют ленточных бандажей. Лопатки посажены на диски с помощью грибовидных хвостовиков.

Ротор ЦНД — сборный: облопаченные диски посажены на вал с натягом. Для передачи крутящего момента при возможном временном ослаблении посадки использованы торцевые шпонки. Лопатки всех ступеней, кроме последних, имеют грибовидные хвостовики; лопатки последних ступеней имеют елочные хвостовики с торцевой заводкой и проволочные свя­зи. Противоэрозионная защита обес­печивается электроискровой обра­боткой входных кромок.

Корпус ЦВД выполнен двойным с паровпуском, представленным на рис. 6.38. Внутренний корпус не имеет отдельных сопловых коробок, а разделение дуги подвода пара на сегменты организуется специаль­ными камерами при отливке поло­вин внутреннего корпуса. Как указы­валось выше, при нагрузке до 75 % пар подается в патрубки 4 и 8, а из них, обтекая внутренний корпус вдоль полуокружности,— к сопловым камерам 3 и 6, 2 и 7 соответственно.

Такой способ подачи пара обеспе­чивает равномерный прогрев корпуса по окружности без короблений и температурных напряжений. Даль­нейшее повышение мощности произ­водится подачей пара последова­тельно по паровпускным патрубкам / и 5 к средним сопловым каме­рам, расположенным в нижней и верхней половинах внутреннего кор­пуса. Другим важным достоинством такой конструкции паровпуска явля­ется высокая степень парциальное™, доходящая до 90 % (вместо обыч­ных 60—70 % при вставных сопло­вых коробках), что увеличивает КПД регулирующей ступени и тур­бины в целом. Вместе с тем отказ от тонких, легко прогревающихся вставных сопловых коробок услож­нил условия работы внутреннего корпуса ЦВД. Внутренний корпус, объединяющий регулирующую и че­тыре нерегулируемые ступени, вы­полнен из жаропрочной стали 15ХМФКР.

Внутренний и наружный кор­пуса имеют горизонтальные флан­цевые разъемы, стягиваемые с по­мощью шпилек с колпачковыми гай­ками, навинчиваемыми с двух кон­цов. Такая конструкция фланцевого соединения облегчает замену по­врежденных болтов, так как извле­чение нарезанной части шпильки из нижней половины корпуса при ее обрыве по последнему витку резьбы — очень трудоемкая опера ция, и способствует одинаковому нагреву верхнего и нижнего флан­цев (при неравномерном нагреве фланцев корпус коробится).

Диафрагмы первых четырех нере­гулируемых ступеней ЦВД установ­лены во внутреннем корпусе, осталь­ных — в двух обоймах, подвешенных во внешнем корпусе. Все диафраг­мы ЦВД выполнены с несущими стойками и узкими сопловыми сег­ментами, вваренными в тело диа­фрагмы (в исходном варианте тур­бины) .

Корпус ЦСД в исходном варианте турбины выполнен одностенным с двумя паровпускными патрубками, расположенными в нижней половине ЦСД. Сопловой аппарат первой сту­пени установлен в расточках паро­вой коробки ЦСД. Корпус имеет горизонтальный и вертикальный (технологический) разъемы. Перед­няя часть корпуса ЦСД, подвер­женная действию высоких темпе­ратур, отлита из стали 15Х1М1ФЛ, задняя часть сварена из листов углеродистой стали.

Диафрагмы ЦСД — сварные, установлены в четырех обоймах, между которыми находятся патрубки для отборов пара. Диафрагмы ЧНД отлиты из чугуна и установлены непосредственно в корпус выходной части ЦСД.

Корпус ЦНД выполнен сварным, двойным. Литые чугунные диа­фрагмы установлены во внутреннем корпусе ЦНД.

Корпус ЦВД и передняя часть корпуса ЦСД опираются лапами крышек корпусов на приливы корпусов выносных подшипников строго в горизонталь­ной плоскости турбины. Совмещение вертикальных плоскостей подшипни­ков и корпусов турбины обеспе­чивается вертикальными шпонками.

Нижние половины выходных час­тей ЦСД и ЦНД жестко связаны фланцевым болтовым соединением и с помощью опорного пояса уста новлены на фундаментные рамы.

Корпуса ЦВД и ЦСД снабжены устройствами для обо­грева фланцев и шпилек.

Масса турбины без конденсатора составляет 625 т, длина без генера­тора 39,5 м, с генератором 59,5 м.

С 1970 г. ХТЗ выпускает модер­низированную турбину К-300-240-2, при проектировании которой учтен опыт эксплуатации турбины первой модификации.

Серьезному совершенствованию подверглась проточная часть. Диа­фрагмы ЦВД с несущими стойками были заменены на сварные диа­фрагмы с сопловыми решетками, имеющими профили с удлиненной входной частью. Во всех цилиндрах проведена корректировка радиаль­ных и осевых зазоров. В проточной части ЦНД улучшен меридиональ­ный обвод и применены более совер­шенные профили. Сопловые лопатки последних ступеней выполнены по­лыми; полученные полости соединены прорезями с поверхностью лопаток для отсоса влаги, поступающей с пре­дыдущей ступени. Заменена рабочая лопатка послед­ней ступени.

Приняты меры для повышения надежности турбины: заменен ряд хвостовиков на более мощные, уве­личена хорда лопаток первой сту­пени ЦНД с 30 до 40 мм и т. д. Коренной модернизации подвергся корпус ЦСД. Одностенная конструк­ция заменена на двухстенную обладающую лучшими маневренными характеристиками. При этом резко снизились темпе­ратурные напряжения в корпусе и, главное, уменьшилась возможность его короблений, вызывающих задевания вращающихся и неподвижных деталей.

Системы смазки и автомати­ческого регулирования турбины К-300-240 ХТЗ разобщены: для смазки используется турбинное масло, а для системы регулирования — конденсат.

Масло к подшипникам подается двумя электронасосами переменного тока (один из насосов — резервный), создающими на уровне оси тур­бины давление 0,16 МПа. Два ава­рийных насоса с приводом от элек­тродвигателя постоянного тока обе­спечивают давление 80 кПа. Система содержит три фильтра и четыре маслоохладителя, один из которых может быть отключен для ремонта. Вместимость масляного бака 56 м³.

Турбина имеет электрогидравли­ческую систему регулирования. Ее основное принципиальное отличие от систем регулирования всех рассмотренных ранее турбин состоит в использо­вании воды в качестве рабочего тела.