Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Институт энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Курсовая работа

по дисциплине «Турбины ТЭС и АЭС»

«Расчет ступени паровой турбины в одномерной постановке (прямая задача)»

Выполнил студент ________________ А.С. Школьников

гр. 3231401/20101

Принял преподаватель ________________ В.Д. Гаев

Санкт-Петербург

2025

Содержание

Y

1. Введение

Паровая турбина – тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого тепловая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора. При проектировании важно точно определять параметры рабочего тела в турбине, так как от этого зависит не только работоспособность устройства, но и его эффективность.

Для определения параметров рабочего тела использована одномерная постановка задачи и ее прямое решение. Это наиболее простой и быстрый способ, позволяющий определить все неизвестные параметры на начальных этапах с достаточной точностью.

2. Исходные данные

Номер варианта – 23. В таблице 1 приведены заданные величины.

Таблица 1 – Исходные данные

Величина	Значение
	36,77
	0,164
	113,1
	10,683
φ	0,9539
	0,0815
	19,0
ψ	0,9338
	1,3382
	1,35
	0,1902
	0,205
	0,933
	0,97
	3000

3. Расчеты ступени турбины

Процесс расширения пара в i-s диаграмме и принятые обозначения представлены ниже.

/

0-*-P0Z,T0Z,Y0Z,I0Z,S0Z

/│*

│ *

│ *

│ *

│ * *__PW2Z,TW2Z,IW2Z___

│ * /│ │-(U2*U2-U1*U1)/2

│ * │/ │

│ * *__________________________

│ */│* │

│ *│ * │-(W1*W1)/2

│ 1_*__*__P1,T1,I1,V1,Y1,S1____

│ /│ *

│ / │ * *-I(CT),S2S

│ / │ * │

│ / │ * │-(С2*С2)/2

│ / │ * │

│ / │ * *

│ / │ * /

│ / │ * /

│ / │ 2_*_Р2,Т2,I2,V2,Y2,S2

│/ │ /

1Т_*_I1Т │ /

/│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │ /

│ │/

│ 2Т_*_I2Т

│ /

│ /

│ /

│ /

│ /

│ /

│ /

│ /

│ /

│/

2TT_*_I2TT

Расчет направляющего аппарата

Исходя из графика процесса расширения пара в проточной части турбины на i-s диаграмме можно видеть, что для расчетов потребуется определение параметров пара во всех точках. Для удобства используем программу WaterSteamPro.

Найдем параметры пара в точке 0, как функции от давления и температуры :

Энтальпия:

Энтропия:

Удельный объем:

Площадь проходного сечения определяется по формуле:

Окружная скорость:

Для определения параметров в точке 1 в первом приближении зададим значение давления как среднее между давлениями в точках 0 и 2:

Определяем теоретические параметры пара в точке 1, как функции от давления и энтропии :

Перепад энтальпий теоретический определяется по формуле:

Теоретическая скорость потока:

Тогда расход будет определяться по формуле:

где – коэффициент расхода направляющей лопатки.

Введем допущение о постоянстве расхода. Это позволит уточнить значение параметров в точке 1. Найдем отклонение полученного расхода от начального:

Так как полученная величина не входит в допустимое отклонение 1%, уточним значение давления. Для уменьшения отклонения требуется увеличить расход , следовательно уменьшить давление . Примем давление МПа и произведем расчеты по вышеуказанным формулам.

Определим степень точности полученной величины:

Величина входит в допустимое значение отклонения, равное 1%.

Действительное значение скорости равно:

Действительный перепад энтальпий:

Действительное значение энтальпии в точке 1:

Определим действительные параметры пара в точке 1, как функции от давления и энтальпии :

Проекция скорости на направление вращения u:

Проекции скоростей и на направление вращения z:

Проекция скорости на направление u:

Значение скорости определяется по формуле:

Скорость , тогда угол потока вычисляется по формуле:

Расчет рабочего колеса

Проходная площадь сечения:

Значение окружной скорости:

Энтальпия торможения определяется по формуле:

При давлении МПа определяем теоретические параметры в точке 2 как функцию от давления и энтропии :

Так как полученная величина не может быть возможна, изменим давление. Примем давление МПа и произведем расчеты по вышеуказанным формулам.

Определим степень точности полученной величины:

Величина входит в допустимое значение отклонения, равное 1%.

Действительное значение скорости :

Проекция скорости на направление u:

Проекция скорости на направление z:

Проекция скорости на направление u:

Действительное значение скорости за рабочим колесом:

Так как , воспользуемся формулой:

Действительный перепад энтальпий:

Удельная работа турбинной ступени равна:

Действительное значение энтальпии:

Энтальпия торможения за рабочим колесом:

Энтальпия в точке 2tt определяется как функция от давления и энтропии :

Суммарный перепад энтальпий:

Кинематическая степень реактивности ступени равна:

Коэффициент полезного действия ступени:

Мощность ступени:

Для простоты восприятия результаты всех расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчетов

№	Параметр (формула)	Размерность	Значение
Расчет направляющего аппарата
1	– задано	кг/с	36,77
2	– задано	МПа	0,164
3	– задано	°С	113,1
4		кДж/кг	474,5
5			0,001054
6		кДж/кг·К	1,4528
7	– задано	м	0,1902
8	– задано	м	1,3382
9	– задано	град	10,683
10			0,148
11	– задано	об/мин	3000
12		м/с	210,097
13	φ – задано	-	0,9539
14	– задано	-	0,97
15	– задаем	МПа	0,019
16		кДж/кг	457,58
17			0,71769
18		кДж/кг	16,92
19		м/с	183,96
20		кг/с	36,83
21	Сравниваем и	%	0,18
22		м/с	175,48
23		кДж/кг	15,4
24		кДж/кг	459,1
25		°С	58,95
26			0,723
27		кДж/кг·К	1,4574
28		м/с	172,43
29		м/с	32,53
30		м/с	-37,66
31		м/с	49,77
32		град	139,18
Расчет рабочего колеса
34	– задано	м	1,35
35	– задано	м	0,205
36	– задано	град	19
37			0,283
38	– задано	об/мин	3000
39		м/с	211,95
40	ψ – задано	-	0,9338
41	– задано	-	0,933
42		кДж/кг	460,74
43	– задаем	МПа	0,0149
44		кДж/кг	451,45
45			0,9896
46		кДж/кг	9,28
47		м/с	136,26
48		кг/с	36,4
49	Сравниваем и	%	1
50		м/с	127,24
51		м/с	120,31
52		м/с	41,42
53		м/с	91,64
54		м/с	100,57
55		град	α2 = 155,68
56		кДж/кг	8,09
57		кДж/кг	16,8
58		кДж/кг	452,64
59		кДж/кг	457,7
60		кДж/кг	454,16
61		кДж/кг	20,34
62		-	0,4
63		-	0,83
64		кВт	617,9