
- •1. Исходные данные для расчета турбоагрегата (задание)
- •2. Расчет регенеративной схемы
- •2.1 Построение процесса расширения пара в турбине на h-s диаграмме Определим давление перед соплами первой ступени Pс. Потери в стопорном и регулирующих (сопловых) клапанах составляет 3–6% от p0:
- •Давление пара за последней ступенью
- •2.2 Расчет регенеративной схемы
- •В пвд при наличии охладителей конденсата:
- •2.3 Расчет подогревателей
- •3. Предварительный расчет паровой турбины
- •3.1 Общее число ступеней
- •4. Детальный тепловой расчет ступеней
- •5. Расчеты на прочность деталей корпуса турбины
- •5.1 Расчет на прочность пера рабочей лопатки №2 ступени
- •5.2 Расчет бандажной ленты, шипов лопатки и связной проволоки и продолжение расчета пера рабочей лопатки
- •5.3 Расчет хвоста рабочей лопатки
- •5.4 Расчет рабочих лопаток на вибрацию
- •Далее строится диаграмма резонансных чисел оборотов рис. 12 Далее производится проверка на отсутствие внутрипакетных резонансных колебаний
- •5.5 Расчет обода диска
- •5.6 Расчет на прочность корпуса
- •5.7 Расчет на прочность фланцевых соединений
Информация о турбоагрегате.
Паровая конденсационная турбина К-160-130 номинальной мощностью 160 МВт и частотой вращения ротора 50 с-1 предназначается для непосредственного привода генератора переменного тока. Турбина и генератор устанавливаются на железобетонном фундаменте.
Турбина не имеет регулируемых отборов пара, работает совместно с конденсационным устройством, снабжена регенеративной установкой для подогрева питательной воды и установкой сетевых подогревателей (бойлерами) для обеспечения нужд теплофикации.
Общая конструкция турбины.
Свежий пар после котла, пройдя стопорный клапан и четыре регулирующих клапана, расположенных на ЦВД, попадает в сопловые коробки внутреннего корпуса ЦВД, в котором находятся пять ступеней давления активного типа. За первой, регулирующей ступенью, имеющей парциальный подвод пара, расположена камера, в которой происходит выравнивание потока пара по окружности.
Направляющие лопатки во всех ступенях, кроме 1-й, расположены в диафрагмах. Диафрагмы 6-й и 7-й ступеней находятся в обойме. Первые семь ступеней представляют собой ЧВД, после которой пар отводится в промежуточный перегреватель котла, откуда он возвращается в камеру между разделительной диафрагмой и обоймой 8-й ступени. Диафрагмы ЧСД расположены в четырех обоймах, которые образуют отсеки в цилиндре для отборов пара из проточной части на регенеративные подогреватели. Пройдя с 8-й по 15-ю ступень ЦВД пар по ресиверу проходит в ЦНД. Проточная часть ЦНД расположена в одной общей обойме и состоит из двух параллельных и одинаковых потоков. В каждом из них находится шесть ступеней. Пройдя через последние ступени турбины пар попадает в конденсатор, который своим переходным патрубком приварен к нижней части ЦНД. Все пространство между наружным корпусом ЦНД и внутренней обоймой находится под разрежением конденсатора. Ротор ЦНД опирается на подшипники, расположенные в картерах, которые вварены снаружи в корпус. Цилиндр низкого давления опирается по всему наружному периметру при помощи балкона на фундаментные плиты. Цилиндр высокого давления лежит опорными лапами с одной стороны на передней опоре, с другой стороны — на корпусе ЦНД. В осевом направлении ЦВД жестко связан поперечными шпонками опорных лап с корпусом ЦНД и передней опорой.
Для уплотнения мест выхода вала из цилиндров служат концевые уплотнения. Для ликвидации больших расходов пара мимо направляющих и рабочих лопаток в проточной части имеются диафрагменные и надбандажные уплотнения.
Во избежание теплового прогиба роторов на остановленной турбине из-за неравномерного теплообмена внутри цилиндров турбина снабжается валоповоротным устройством с приводом от электродвигателя. Валоповоротное устройство расположено на крышке картера ЦНД со стороны генератора.
Конденсационное устройство состоит из конденсатора, воздухоудаляющего устройства, конденсатных насосов и водяных фильтров.
Конденсатор типа К-9115 однокорпусный поверхностный, двухходовой по охлаждающей воде спроектирован на давление пара 3,43 кПа при температуре охлаждающей воды 12°С. Поверхность охлаждения 9115м2.
В турбине К-160-130 паровоздушная смесь отсасывается из конденсатора двумя параллельно включенными основными эжекторами. Установлены также два эжектора пусковой и циркуляционной смеси. Один из них предназначен для быстрого набора вакуума, другой служит для отсоса воздуха из циркуляционной системы при заполнении ее водой.
Водяные фильтры служат для очистки воды, поступающей в сервомоторы обратных клапанов.
Регенеративная установка предназначается для подогрева питательной воды, поступающей в котел, паром из промежуточных нерегулируемых отборов турбины. Основными элементами регенеративной установки являются: деаэратор, четыре подогревателя низкого давления (ПНД1—ПНД5), работающие под напором конденсатного насоса, и три подогревателя высокого давления (ПВД6—ПВД7-1,2), включенные по воде за питательным насосом после деаэратора.
1. Исходные данные для расчета турбоагрегата (задание)
Мощность на клеммах электрогенератора Nэ=160 Мвт
Начальные параметры пара перед стопорным клапаном:
P0=14 МПа
t0=560 0C
Давление пара за турбоагрегатом
Pк=3,5 КПа
За прототип принят турбоагрегат К – 160 – 130 УТЗ
Технические данные турбины К – 160 – 130 УТЗ
Завод изготовитель |
УТЗ |
Номинальная мощность |
160 МВт |
Давление пара перед турбиной |
13 МПа |
Температура свежего пара |
565 0C |
Температура питательной воды |
228 0C |
Давление пара в конденсаторе |
3,5 КПа |
Расход пара при номинальной мощности |
436 т/ч |
Число цилиндров |
2 |
Полная длина турбины |
14,44 м |
Полная длина турбоагрегата |
27,805 м |
Общая масса турбины |
365 т |
Характеристика регенеративных отборов пара при номинальных параметрах пара и мощности турбины К – 160 – 130
|
Отбор за ступенью № |
Давление, МПа |
Температура, 0C |
1-й отбор ПВД №7 |
7 |
3,25 |
375 |
2-й отбор ПВД №6 и деаэратор |
11 |
1,25/6 |
451 |
3-й отбор ПНД №5 |
13 |
0,6 |
354 |
4-й отбор ПНД №4 |
15 |
0,35 |
292 |
5-й отбор ПНД №3 |
17 |
0,145 |
200 |
6-й отбор ПНД №2 |
18 |
0,073 |
138 |
7-й отбор ПНД №1 |
19 |
0,0343 |
80 |
2. Расчет регенеративной схемы
2.1 Построение процесса расширения пара в турбине на h-s диаграмме Определим давление перед соплами первой ступени Pс. Потери в стопорном и регулирующих (сопловых) клапанах составляет 3–6% от p0:
Pc=0,95 · P0
Pc = 0,95 · 14 = 13,3 МПа
Давление промежуточного перегрева
Pпп =P1
Pпп =3,25 МПа
Давление пара после промперегревателя
Pпп1=0,9 PПП
Pпп1=0,9*3,25=2,925 МПа
Давление перед соплами первой ступени после промперегрева
PC1=0,98 Pпп1
PC1=0,98*2,925=2,8665 МПа
Давление пара за последней ступенью
Pz = 1,1 ·Pk
Pz=1,1 · 3,5 = 3,85 кПа
Для
построение процесса расширения в области
влажного пара производим дополнительные
расчеты. От последней точки, соответствующей
последнему отбору в моей турбине,
проводится вертикальная линия до Pz.
Получившийся теплоперепад характеризует
располагаемый теплоперепад Δоставшегося
участка турбины.
H Вoi = 0,7 312 = 218,4 кДж/кг
После построения диаграммы расширения пара в турбине снимаются энтальпии и теплоперепады по отсекам в дальнейшем, которые понадобятся в расчете.
2.2 Расчет регенеративной схемы
Все поверхностные подогреватели питательной воды делятся на две группы: низкого давления, включенные до питательного насоса. (по ходу конденсата), и высокого давления – после питательного насоса.
Для определения температуры питательного воды перед первым регенеративным подогревателем низкого давления находим температуру конденсата, уходящего из конденсатора с учетом переохлаждения конденсата:
0С
где
tн-температура
насыщения пара при давлении в конденсаторе.
Она находится по таблицам свойств воды
и водяного пара – tн=
f(Pk).
Первой ступенью подогрева питательной воды конденсационных турбоагрегатах является подогреватель эжектора (ПЭ).
Повышение температуры питательной воды в нем обычно составляет:
0С
Кроме ПЭ в схему включен охладитель пара из уплотнений турбины (ОУ)
Повышение температуры в охладителе пара из уплотнений составляет около 2 0С
Таким образом, температура питательной воды после вспомогательных теплообменником при входе в первый регенеративный подогреватель составит.
tПВ1ВХ = 26,673 – 0,7 + 2 + 2 = 29,973 0С
Температура питательной воды после каждого поверхностного подогревателя как ПНД, так и ПВД определяется следующим образом:
По принятому прототипу давления пара в каждом отборе находятся давление греющего пара на соответствующем подогревателе
Pотб=0,95
Pотб1 = 0,95 3,25= 3,0875 МПа
Pотб2 = 0,95 1,25= 1,1875 МПа
Pотб3 = 0,95 0,6= 0,57 МПа
Pотб4 = 0,95 0,35= 0,3325 МПа
Pотб5 = 0,95 0,145= 0,1378 МПа
Pотб6 = 0,95 0,073 = 0,0694 МПа
Pотб7 = 0,95 0,0343= 0,0326МПа
По термодинамическим таблицам находятся температуры насыщения греющего пара на подогревателях:
tн1 = 235,46 0C
tн2 = 187,49 0C
tн3 = 156,84 0C
tн4 = 137,07 0C
tн5 = 108,82 0C
tн6 = 89,705 0C
tн7 = 71,018 0C
а затем и температуру питательной воды на выходе из подогревателя:
tпв вых = tн отб - 5
tпв вых7 = 235,46 – 5 = 230,460C
tпв вых 6 = 187,49 – 5 = 182,49 0C
tпв деаэр = 158,830C
tпв вых 5 = 156,84 – 5 = 151,84 0C
tпв вых 4 = 137,07 – 5 = 132,07 0C
tпв вых 3 = 108,82 – 5 = 103,82 0C
tпв вых2 = 89,705 – 5 = 84,705 0C
tпв вых1 = 71,018 – 5 = 66,018 0C
температура питательной воды на выходе из деаэратора определяется в зависимости от давления в деаэраторе
tПВД = tнд
tнд = f(Рд)
Рд = 0,6МПа
Определяется давление питательной воды в подогревателях.
В ПНД после конденсатного насоса
Рпв ПНД = Ркн = 1,65 Рд
Рпв ПНД = 1,65 0,6= 0,99 МПа
В ПВД после питательного насоса для установок с барабанным парогенератором
Рпв ПВД = Рпн = 1,35 Р0
Рпв ПВД = 1,35 14 = 18,9 МПа
Далее по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара находятся энтальпия питательной воды перед и после каждого подогревателя
hпв = f(tпв; Рпв) кДж/кг
hпв7 =996,16 кДж/кг
hпв6 = 783,36 кДж/кг
hпвд = 670,49 кДж/кг
hпв5 = 640,5 кДж/кг
hпв4 = 555,7 кДж/кг
hпв3 = 435,88 кДж/кг
hпв2 = 355,44 кДж/кг
hпв1 = 277,14 кДж/кг
Энтальпия питательной воды после деаэратора и, соответственно, перед питательным насосом определяется по таблицам в зависимости от принятого давления в деаэраторе
hпвд=f(Рд)
Энтальпия питательной воды на входе в ПВД, находящийся после питательного насоса, определяется с учетом ее возрастания в результате повышения, давления в насосе, т.е. энтальпия воды после питательного насоса:
hпн=hпвд+кДж/кг
где
-повышение
энтальпии воды в питательном насосе,
v
=-удельный
объем воды в питательном насосе, м3/кг.
-
0,95 – гидравлический КПД насоса.
hпн = (18,9 – (0,6+0,1))0,0011000/0,95 = 19,16 кДж/кг
v = f (18,9; 230,46) = 0,001 м3/кг.
Далее определяется значение энтальпии греющего пара и уходящего конденсата на каждом подогревателе.
Энтальпия греющего пара hотб для каждого подогревателя определяется в диаграмме h-s на линии процесса расширения пара в соответствующей точке отбора.
hотб1 = 3168,0 кДж/кг
hотб2 = 3368,0 кДж/кг
hотб3 = 3172,0 кДж/кг
hотб4 = 3056,0 кДж/кг
hотб5 = 2872,0 кДж/кг
hотб6 = 2756,0 кДж/кг
hотб7 = 2676,0 кДж/кг
Для уходящего конденсата предварительно оценивают его температуру, а затем и энтальпию.
В ПНД, где охладители конденсата не ставятся и конденсат уходит без переохлаждения при температуре конденсации:
tк отб = tн отб = f(Pотб)
tк отб3 = 156,84 0C
tк отб4 = 137,07 0C
tк отб5 = 108,82 0C
tк отб6 = 89,705 0C
tк отб7 = 71,018 0C