Основные расчеты при проектировании паровой турбины
Лекция 11
Построение процесса расширения водяного пара в проточной части турбины и оценки его расхода
Исходными для расчетов являются:
-электрическая мощность ПТУ NЭ,
-параметры водяного пара (р0, t0, рпп, tпп),
-параметры питательной воды {рпв=(1,25-1,35)р0, tпв 230 0C при р0=13 МПа и tпв 265 0C при р0=24 МПа},
-давление в конденсаторе рк,
-число регенеративных подогревателей.
При построении процесса расширения учитываются потери давления:
-в стопорных и регулирующих клапанах ЦВД р0=(0,03…0,05)р0; -в промежуточном пароперегревателе рпп=0,1рпп;
-в стопорных и регулирующих клапанах ЦСД р=0,02рпп.
H |
i ip{(h0 hпв ) (hпп h1)} (1) |
где h1=h0-(h0-h1t) oi1 |
в первом приближении oi1= oi11=0,85
Абсолютный внутренний КПД турбоустановки с промперегревом
|
(h h |
) |
1 |
(h h ) |
11 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ip |
0 |
1t |
|
oi |
|
пп |
кt oi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
|
|
|
|
|
|
|||
(h0 |
|
|
|
1 |
(hпп |
1 |
|
(1 |
p |
пп |
) |
|
|
|
=0,99…0,995 |
||||||||||||
|
h1t ) oi |
hк ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
мех |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
расход водяного пара |
G |
|
|
|
|
|
NЭ |
|
|
|
(3) |
|
|
=0,98…0,99 |
Рис. Процесс расширения в турбине |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эг |
|
с промежуточным перегревом водяного пара |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H i мех эг |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Н01 – располагаемый теплоперепад ЦВД турбины (до промперегрева); |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NЭ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н02 – располагаемый теплоперепад ЦСД и ЦНД (после промперегрева) |
||||||
расход пара в конденсатор |
Gк |
|
|
|
|
|
( |
|
|
1) (4) |
|
||||||||||||||||
(h |
|
h 1) |
|
|
ip |
2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
к |
|
|
мех |
эг |
|
|
|
|
|||
Рис. Процесс расширения водяного пара для паровой турбины К-800-23,5 ЛМЗ |
3 |
Расчет числа ступеней и распределение теплоперепадов по ступеням турбины
Для современных мощных турбин ТЭС теплоперепад регулирующей ступени назначается из диапазона Н0рс=80…95 кДж/кг, а для турбин средней мощности и активно работающих в графике переменных нагрузок - Н0рс=130…150 кДж/кг.
Оптимальные отношения u/cф для одновенечных ступеней выбирают в пределах 0,43…0,395 (большие значения для меньших Н0рс), а для двухвенечных - 0,29…0,275. При заданном значении среднего диаметра регулирующей ступени ее располагаемый теплоперепад Н0рс=12,325(dрс/(u/ сф))2. Степень реактивности принимается в пределах =0,05…0,10, а угол 1э=10…140.
КПД этих ступеней предварительно можно оценивать по следующим формулам (для области оптимальных значений u/cф):
|
|
|
1 0,83 |
2 10 4 |
|
|
/ G0 |
|
|
11 |
0,8 2 10 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
oi |
|
p0 / v0 |
(5) |
oi |
|
p0 / v0 |
/ G0 |
|
|
|
(6) |
|
|
|||||||||||||||
Для группы ступеней, работающих в области перегретого пара |
|
КПД группы ступеней низкого давления для области перегретого пара |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
пп |
|
(0,925 |
0,5 |
)(1 |
|
|
H0гр 600 |
)(1 вс ) |
|
|
|
пп |
|
H0гр 400 |
|
|
Hвс |
|
|
|
|||||||
oi |
|
|
|
|
|
(7) |
|
oi |
|
0,87(1 |
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
|
(8) |
|
|||||||
Gсрvср |
20000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
10000 |
|
|
H0гр |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
средний расход пара через группу |
|
|
|
|
|
|
|
Gкvк |
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|||||||||
Gср G1G2 |
|
|
Hвс 0,5 10 |
3 ( |
)2 (1 |
|
). |
(9) |
|||||||||||||||||||||
ступеней (отсек турбины) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
(d2 / l2 )z 1 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
vср |
v1v2 |
|
средний удельный объем пара |
|
КПД определяется с учетом поправки на влажность водяного пара на входе и |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выходе из группы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Н0гр - располагаемый теплоперепад группы ступеней |
|
|
oi гр oiпп{1 0,4(y1 y2 )} |
(10) |
|
||||||||||||||||||||||||
вс sin 2 1э / zст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
zст- число ступеней в группе (отсеке)
4
Обычно при проектировании проточной части высокого давления турбины принимается закон постоянства корневого диаметра всех ступеней: dкор=const.
Приняв для первой ступени |
=0,03…0,07, |
1э |
=10…140 |
(для турбин большой мощности |
1э |
=13…160), =0,93…0,96 при степени парциальности е=1 |
||||||||||||||||
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вычисляют высоту ее сопловой решетки l1 и далее с учетом перекрыши находят высоту рабочей решетки l2. Тогда корневой диаметр dкор=d1-l2. |
||||||||||||||||||||||
v |
|
G |
|
|
|
|
|
H0н (1 qвт ) |
|
|
(d |
|
l ) |
2 |
l |
|
|
Gv1t xфк |
|
|
||
2z |
z |
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
(13) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
l2z (l2 z d2к ) (d2l2 )1 v |
21 |
G |
(11) |
H0ср |
(12) |
|
|
кор |
1 |
|
1 |
2 1n |
1 r |
sin 1Э |
||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. Распределение теплоперепадов, средних диаметров и параметра u/cф |
|
по ступеням отсека турбины |
5 |
Рис. Проточная часть отсеков ЦВД (а), ЦСД (б) и ЦНД (в) паровой турбины |
6 |
Выбор частоты вращения валопровода турбоагрегата и числа его ЦНД
Рис. Зависимости для определения числа ЦНД паровой турбины К-1500-6,9/50
МС2эф – число Маха за последней ступенью, определяемое эффективной работой выходного патрубка ЦНД турбины; МС2эк – предельно допустимое значение числа Маха за последней ступенью
7
8