2.3 Построение процесса расширения пара в турбине в is – диаграмме

Построения в is-диаграмме производятся мягким каранда­шом, тонкими линиями. В дальнейшем с этих построений делают­ся копии на кальке, которые и прикладываются к расчетно-пояснительной записке.

При построении необходимо обратить внимание на размерность параметров в имеющейся is-диаграмме. Предпочтительней использовать следующие размерности: для давления — МПа, для энталь­пии — кДж/кг. В случае необходимости перехода от одних размерностей к другим можно воспользоваться известными соотношениями: 1 кг/см² = 0,0981 МПа, 1 ккал = 4,1868 кДж.

Построение осуществляется следующим образом:

1. По начальным параметрам Р_о и t_o находим точку О в is-диаграмме (рис. 2) и энтальпию i_о в этой точке, i_о = 3355 кДж/кг.

2. Определяем давление перед проточной частью турбины Р_о', приняв потери давления в паровпускных органах ∆Р=0,05Р_о из рекомендуемого диапазона ∆Р =(0,03–0,05)Р_о :

∆Р = 0,05 · 24 = 1,2 МПа;

Р_о' = Р_о – ∆Р = 24 – 1,2 = 22,8 МПа.

3. Считая процесс дросселирования в паровпускных органах изоэнтальпийным, строим его в is-диаграмме отрезком горизонта­ли до пересечения в точке О' с изобарой Р_о' = 22,8 МПа. За­тем определяем t_o' = 544°С.

4. Принимаем, что турбина имеет сопловое распределение, характерное для современных конденсационных турбин мощностью ниже 1000 МВт.

Регулирующую ступень выполняем одновенечной: располагаемый теплоперепад на ней принимаем равным h_o^р.с=100 кДж/кг из рекомендуемого для расчета диапазона h_o^р.с=80–120 кДж/кг; относительный внутренний КПД ступени принимаем равным η_оi^р.с=0,72 из рекомендуемого для расчета диапазона η_оi^р.с = 0,68 – 0,74.

Действительный теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени,

h_i^р.с = h_o^р.с · η_оi^р.с = 100 · 0,72 = 72 кДж/кг.

Для построения процесса расширения пара в регулирующей ступени из точки 0' is-диаграммы по вертикали откладываем отрезок, равный h_o^р.с = 100 кДж/кг.

Точка вертикали 1_ид, в которой

i_1ид = i_о – h_o^р.с =3355–100 = 3255 кДж/кг,

определяет изобару давления за регулирующей ступенью: P_р.с = 16,4 МПа.

Откладывая из точки 0' на этой же вертикали отрезок, равный h_i^р.с = 72 кДж/кг и проводя через конец его изоэнтальпу i₁= i_о – h_i^р.с = =3355–72=3283 кДж/кг до пересечения с изоба­рой P_р.с = 16,4 МПа, получаем точку 1, соответствующую оконча­нию действительного (с учетом потерь) процесса расширения па­ра в регулирующей ступени. В точке 1

P₁ = P_р.с = 16,4 МПа, i = 3283 кДж/кг, t₁ = 544 °С

Действительный процесс расширения пара b регулирующей сту­пени изображается отрезком прямой, соединяющей точки 0' и 1.

5. Давление за ЦВД определяется в результате решения вариационной технико-экономической задачи. В расчете принимаем

P'_пп = Р_о = · 24 = 4МПа.

6. Строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД. Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой P'_пп = 4,08 МПа в точке 2_ид, находим i_2ид = 2912,5 кДж/кг и располагаемый теплоперепад в ЦВД:

h_o^ЦВД = i₁ - i_2ид = 3283 – 2912 = 370,5 кДж/кг.

Рис.2 Процесс расширения пара в турбине и трубоприводе в is-диаграмме

7. Задаемся величиной относительного внутреннего КПД ЦВД η_оi^ЦВД = 0,81 из рекомендуемого диапазона η_оi^ЦВД=0,80–0,83 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:

h_i^ЦВД = h_o^ЦВД η_оi^ЦВД = 370,5 · 0,83 = 307,5 кДж/кг.

8. В is-диаграмме находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы i₂= i₁ – h_i^ЦВД = 3283 – 307,5 = 32975,5 КДж/кг с изобарой давления за ЦВД P'_пп = 4 МПа.

Действительный процесс расширения пара в ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.

9. Определяем давление P''_пп на входе в ЦСД, приняв потери давления в системе промежуточного перегрева равными 10%:

P''_пп = 0,9P'_пп = 0,9 · 4 = 3,6 МПа.

10. По давлению P''_пп = 3,6 МПа и заданной температуре промперегрева t_п.п = 550°С определяём на is-диаграмме точку 3, соответствующую состоянию пара перед ЦСД. В точке 3 i₃ = 3566 кДж/кг.

11. Давление на входе в проточную часть ЦСД Р_вх^ЦСД определя­ется как разность давления P''_пп на входе в ЦСД и потерь давления ∆Р_вх^ЦСД в дроссельно-отсечных клапанах перед ЦСД, которые принимаются равными ∆Р_вх^ЦСД =0,025P''_пп из рекомендуемого диапазона ∆Р_вх^ЦСД = (0,02–0,03)P''_пп

12. Точка 3', соответствующая состоянию пара на входе в про­точную часть ЦСД, определяется пересечением изоэнтальпы i₃ = 3566 кДж/кг с изобарой Р_вх^ЦСД = 3,51 МПа, t₃ = 549°С.

13. Выбираем давление на выходе из ЦСД Р₄, равное давле­нию Р_пер.тр на входе в перепускные трубы из ЦСД в ЦНД: Р₄ = Р_пер.тр = 0,23 МПа из рекомендуемого диапазона Р_пер.тр = 0,20 - 0,25 МПа.

14. Строим из точки 3' изоэнтропный процесс расширения пара в ЦСД и находим конечную точку 4_ид этого процесса как точку пересечения вертикали из точки 3' с изобарой Р₄ =0,25 МПа. В точке 4_ид i_4ид = 2818,8 кДж/кг.

15. Определяем располагаемый теплоперепад в ЦСД

h₀^ЦСД = i₃ – i_4ид = 3566 – 2818,8 = 747,2 кДж/кг.

16. Задавшись относительным внутренним КПД ЦСД η_оi^ЦСД = 0,92 из рекомендованного диапазона η_оi^ЦСД = 0,9 – 0,92, определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦСД:

h_i^ЦСД = h₀^ЦСД η_оi^ЦСД = 747 · 0.91 = 7687,4 кДж/кг.

17. Находим в is-диаграмме точку 4, соответствующую оконча­нию действительного процесса расширения в ЦСД, как точку пересечения изоэнтальпы i₄ = i₃ – h_i^ЦСД = 3566 – 687,4 = 2878,6 кДж/кг с изобарой P₄ = 0,25 МПа.

18. Строим действительный процесс расширения пара в ЦСД, соединяя отрезком прямой линии точки 3' и 4.

19. Процесс расширения пара в ЦНД определяем исходя из того, что давление на входе в ЦНД равно давлению на выходе из ЦСД: P₄ = 0,25 МПа, а давление на выходе из ЦНД равно давле­нию в конденсаторе P_к = 0,00355 МПа.

Определяем в is-диаграмме точку 5_ид, соответствующую окон­чанию идеального процесса расширения пара в ЦНД, как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 4, с изобарой P_к = 0,00355 МПа. В этой точке i_5ид = 2259 кДж/кг.

20. Располагаемый теплоперепад в ЦНД:

h₀^ЦНД = i₄ – i_5ид = 2878,6 – 2259 = 619,4 кДж/кг.

20. Задаемся относительным внутренним КПД ЦНД η_оi^ЦНД= 0,80 из рекомендуемого диапазона η_оi^ЦНД = 0,75–0,80 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦНД:

h_i^ЦНД = h₀^ЦНД η_оi^ЦНД = 619,4 0,80 = 495,7 кДж/кг.

22. Находим в is-диаграмме точку 5, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦНД, как точку пересечения изоэнтальпы i₅ = i₄ – h_i^ЦНД = 2878,6 – 495,7 = 2382,9 кДж/кг с изобарой P_к = 0,00355 МПа. Степень сухости в этой точке х₅ = 0,936.