Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ивановский государственный энергетический

университет имени Ленина

Расчёт паровой турбины

К-300-25,5

Выполнила:

студентка III-8^х

Александрова О. В.

Проверил:

к.т.н. доц.

Панков С. А.

Иваново 2010

Тепловой расчет паровой турбины

Тепловой расчет турбины выполняется в два этапа:

1-й этап — предварительный (ориентировочный) расчет

2-й этап — подробный расчет

Задачей ориентировочного расчета является определение числа ступеней, их диаметров и распределения тепловых перепадов по ступеням.

В подробном расчете рассчитываются треугольники скоростей, потери, КПД ступеней, размеры проточной части, выбираются профили облопачивания, подсчитываются мощность и КПД турбины в целом.

1. Предварительный расчет

1. Определение номинального расхода пара на турбину

Точка АР₀=23,5 МПа,t₀=545⁰C→v₀=0,01357 м³/кг,h₀=3340,75 кДж/кг,s₀=6,20745 кДж/кг∙К

Точка ВР_kt=3,6МПа,s_kt=s₀₌6,20745кДж/кг∙К→v_kt=0,05866 м³/кг,h_kt=2851,711 кДж/кг,t_kt=258,176⁰C

H₀=h₀-h_kt=3340,75 -2851,711 =489,039 кДж/кг

Произведение КПД принимается

МВт

1.2 Построение рабочего ориентировочного процесса турбины с противодавлением

1.2.1 Определяем давление перед соплами первой ступени

Потери давления на впуске оцениваются в 34%. Следовательно, давление перед соплами первой ступени

МПа

2. Давление за последней ступенью турбины с противодавлением с учетом потери давления в выходном патрубке

МПа

с_в— скорость потока в выходном патрубке, с_в=50 м/с

 — коэффициент местного сопротивления патрубка, =0,03

Точка А’₀Р’₀=22,795 МПа,h’₀=h₀=3340,75 кДж/кг →v’₀=0,013987 м³/кг,t’₀=542,36⁰C,s’₀=6,2193 кДж/кг∙К

Точка В’Р’_k=3,627 МПа,s’_k=s’₀₌6,2193кДж/кг∙К→v’_k=0,0587м³/кг,h’_k=2859,51 кДж/кг,t’_k=2260,98⁰C

H’₀=h’₀-h’_k=3340,75-2859,51=481,24 кДж/кг

2. Так как тепловой перепад регулирующей ступени кДж/кг, то применяется одновенечная регулирующая ступень

2. Оценка экономичности регулирующей ступени

Внутренний относительный КПД для одновенечной регулирующей ступени

2. Построение ориентировочного процесса регулирующей ступени в i-sдиаграмме.

Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени

кДж/кг

Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени

кДж/кг

2. Оценка экономичности нерегулируемых ступеней турбины с противодавлением

Точка bh_b=h₀-h₀^pc=3340,75-90=3250,75 кДж/кг,s_b=s’₀=6,2193 кДж/кг∙К →v_b=0,01749 м³/кг, Р_b=17,06 МПа,t_b=489,62⁰C

Точка aР₂^pc= Р_b=17,06 МПа,h₂^pc=i₂^pc=3269,56 кДж/кг →v₂^pc=0,017743 м³/кг,s₂^pc= 6,2431 кДж/кг∙К ,t₂^pc=495,71

Точка cs_2t^z=s₂^pc=6,2431 кДж/кг∙К, Р_2t^z=P’_k=3,627 МПа→v_2t^z=v₂=0,0595 м³/кг,t_2t^z=264,94⁰C,h_2t^z=2872,3304 кДж/кг

Располагаемый тепловой перепад, приходящийся на нерегулируемые ступени

кДж/кг

₁=0,017743 м³/кг;₂=0,0595 м³/кг

кДж/кг

2. Определение состояния пара за турбиной

Точка C Р_2z= Р’_k=3,627 МПа, h_k =i_k =2933,78 кДж/кг →v_2z =0,06344 м³/кг, s_2z = 6,35549 кДж/кг∙К , t_2z =285,5⁰C

1.2.9. Использованный тепловой перепад всей турбины с противодавлением кДж/кг

Внутренний относительный КПД турбины с противодавлением

2. Ориентировочный расчет регулирующей ступени

Для одновенечных ступеней задаемся:

• Степенью реакции регулирующей ступени, =0,08

• Углом направления потока пара соплами, _1Э=13

• Отношением скоростей, u/c₀=0,4

Условная теоретическая скорость по всему располагаемому тепловому перепаду

м/с

Располагаемый тепловой перепад в соплах

кДж/кг

Теоретическая скорость истечения из сопл

м/с

Окружная скорость на среднем диаметре регулирующей ступени

м/с

Средний диаметр ступени

м

Произведение степени парциальности на высоту сопловой решетки

м

μ₁=0,97

Точка b’h_1t=h’₀-h₀₁^pc=3340,75-82,8=3257,95 кДж/кг,s_1t=s’₀=6,20745 кДж/кг∙К →v_1t=0,0167 м³/кг, Р_1t= Р^рс₁=18,007МПа,t_1t=496,3⁰C

Оптимальная степень парциальности

Высота сопловой решетки

мм

2. Определение размеров первой нерегулируемой ступени

Для активных турбин задаемся:

• Следующими значениями теплоперепадов, h₀^I=35;40;45;50;55;60 кДж/кг

• Степенью реакции ступени, _I=0,12

• Величиной

• Углом потока за сопловой решеткой, _1Э=13

Таблица 1.1

Величина	Размер-ность	1	2	3	4	5	6
	кДж/кг	35	40	45	50	55	60
	—	0,52	0,52	0,52	0,52	0,52	0,52
	м/с	264,575	282,843	300,000	316,228	331,662	346,410
	м/с	137,566	147,078	156,000	164,438	172,464	180,133
	М	0,876	0,937	0,994	1,047	1,098	1,147
	—	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12	0,12
	кДж/кг	30,8	35,2	39,6	44	48,4	52,8
	м/с	248,193	265,33	281,425	296,648	311,127	324,961
	м3/кг	0,01858	0,01877	0,01899	0,01922	0,01945	0,01966
	Мм	35,954	31,791	28,581	26,035	23,956	22,192
	—	9,983	8,735	7,764	6,988	6,353	5,823

Для v_1t: s=6,2274 кДж/кг∙К, h=i₂^pc-h₀₁¹

k=1,2, α=0,032

d^I=d^pc-100=1081-100=981 мм→интервал h₀^I=(35-40) кДж/кг →Z=9шт.

Выбираем диаметр первой нерегулируемой ступени, число ступеней и высоту сопла:

Средний диаметр — d^I = 0,923м

Число ступеней — z= 9 шт

Высота сопла — мм

Теплоперепад — H₀¹=38,7 кДж/кг

2. Определение размеров и теплового перепада последней ступени турбины с противодавлением

Для проектирования проточной части с постоянным внутренним диаметром достаточно спроектировать последнюю ступень турбины с таким расчетом, чтобы внутренний диаметр ее был равен внутреннему диаметру первой ступени, т.е. из условия d_k^I=d_k^Z. Для этого нужно выбрать соответствующий тепловой перепад на последнюю ступень. Эту задачу решают графическим способом. Задаются рядом значенийd_Z(отd^Iдо 1,3d^I), и для каждого варианта находится внутренний диаметр. Последовательность расчета приводится в таблице 1.2. По данным таблицы строится график по которому находятся искомые тепловой перепад и диаметр последней ступени.

Таблица 1.2

Величина	Размер-ность	1	2	3	4
	м	0,923	1,0153	1,1076	1,1999
	м/с	144,911	159,4021	173,8932	188,3843
	—	0,52	0,52	0,52	0,52
	кДж/кг	38,83	46,98	55,92	65,62
	—	0,12	0,12	0,12	0,12
	кДж/кг	34,17	41,35	49,21	57,75
	м/с	261,42	287,56	313,7	339,85
		13	13	13	13
	м3/кг	0,062	0,062	0,062	0,062
	м	0,0522	0,0431	0,0363	0,0309
	м	0,871	0,972	1,071	1,169

По данным таблицы строим график. По нему находим:

Средний диаметр последней ступени — d_Z = 0,94м

Корневой диаметр последней ступени — d_k^Z = 0,889 м

Высота сопл последней ступени — l₁^Z = 50,332 мм

Тепловой перепад последней ступени — h₀^Z = 40,2 кДж/кг

2. Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада

Для определения числа, размеров ступеней и их тепловых перепадов производится следующее графическое построение. Берется в качестве базы отрезок прямой 200300 мм. На концах этого отрезка в определенном масштабе откладываются диаметры первой и последней нерегулируемых ступеней. Соединяя концы этих отрезков проводим линию предполагаемого изменения диаметров. Для турбин с противодавлением значения х₀, , _1Э выдерживаются постоянными, а линия диаметров может изображаться прямой линией. По графикам изменения диаметров и х₀ можно построить кривую изменения тепловых перепадов.

d_Z в м, h₀ в кДж/кг

M	1	2	3	4	5	6	7	8	9
dz, м	0,923	0,925	0,927	0,929	0,932	0,934	0,936	0,938	0,94
h0z, кДж/кг	38,7	38,9	39,1	39,3	39,5	39,65	39,8	40	40,2

На основании этих зависимостей определяется средний тепловой перепад на одну ступень

Где m— число отрезков

Число нерегулируемых ступеней

, где

 — коэффициент возврата теплоты;

Т.к. весь процесс в области перегретого пара, то k=4,810^-4

α=0,0281, h_0ср=39,46 кДж/кг,z=10,58≈11 шт.

Таблица 1.3

№ ступени	Диаметр	h0по графику	h- поправка	Коррект. величина	Степень реакции, 	Угол. 1э
1	0,923	38,7	1,4269	37,2731	0,12	13
2	0,9247	38,85	1,4324	37,4176	0,12	13
3	0,9264	39	1,438	37,562	0,12	13
4	0,9281	39,15	1,4435	37,7065	0,12	13
5	0,9298	39,3	1,449	37,851	0,12	13
6	0,9315	39,45	1,4545	37,9955	0,12	13
7	0,9332	39,6	1,4601	38,1399	0,12	13
8	0,9349	39,75	1,4656	38,2844	0,12	13
9	0,9366	39,9	1,4711	38,4289	0,12	13
10	0,9383	40,05	1,4766678	38,5733	0,12	13
11	0,94	40,2	1,4821984	40,2	0,12	13

кДж/кг

кДж/кг

Уточняем α с учетом нового z: