2. Расчет параметров пара в узловых точках тепловой схемы ту в режиме частичной нагрузки

Для тех, кто умеет работать с электронными таблицами EXCEL расчеты Тепловой схемы могут быть выполнены наиболее качественным образом и в более короткий срок.

Перед расчетом тепловой схемы ТУ на частичной нагрузке (после раздела 1) в электронных таблицах Excel в расчетном листе необходимо оставить примерно 12–15 строк для размещения в них данных для окончательной коррекции расчетов.

Эти строки при первом круге расчетов заполняют таким текстом:

«Первое приближение для отношений D₀/D₀₀= «сюда вставляете значение (N/N_ном) из задания. В дальнейшем все ссылки на заданную нагрузку ТУ в процессе расчетов адресуйте на эту ячейку (это важно!)».

Сопоставляя полученный результат с заданием, расхождение в мощностях составляет «в этой ячейке будет ссылка на результат, полученный в конце расчетов, в %».

Если расхождение в мощностях более 0,1 % по сравнению с заданием, то необходимо изменить значение D₀/D₀₀ таким образом, чтобы получилась заданная точность определения конечной мощности блока (заданной загрузки).»

В этих же оставленных строчках листа Excel пишется такой текст:

«Общий расход пара на ТУ (D) равен сумме расхода пара на турбину (D₀) и пароперегреватель (ПП для двухступенчатых СПП и ПП2 – для трехступенчатых СПП) – D_пп.

Расход пара на пароперегреватель нам будет известен после расчета СПП. Поэтому на предварительном этапе, при определении G_пв можно увеличить D₀ на 5–10 % с последующим уточнением после расчета СПП. Первое приближение D_пп2= 0,1*D₀. После решения системы уравнений и определения всех расходов пара и ПВ в узловых точках схемы эти коэффициенты изменятся, и станут такими, какими они должны быть для данной конкретной Тепловой схемы с конкретными значениями гидравлических потерь в схеме и температурных напоров в теплообменниках.

Сопоставляя первоначальное значение D_пп2 со значением, полученным из расчета расходов при частичной нагрузке, расхождение составляет, – (здесь будет значение расхождения в %%, рассчитанное в конце расчетов)»

2.1. Расчет параметров пара в камерах отборов цвд

Давление пара перед первой ступенью турбины, с учетом потерь давления в паровпускных устройствах турбины определяются по соотношению:

, (1)

где Р_СК, Р_ПВУ – давление пара после регулирующего клапана (РК), либо перед стопорным клапаном (СК) турбины, потери давления в подводящих паропроводах и паровпускных устройствах, соответственно, в относительных единицах (2  4 %).

Давление пара перед первой ступенью ЦВД при частичной нагрузке определяется по формуле [ 1 ]:

(2)

Здесь Р₀ – давление пара перед первой ступенью турбины при частичной нагрузке; D₀/D₀₀  N₀/N₀₀ – отношение расходов пара на входе в турбину, это первое приближение, которое будет уточнено в конце расчета; х₀₀ и х₀ – влажность пара перед первой ступенью турбины (Т) при номинальной и частичной нагрузках, соответственно.

Параметры пара Р₀₀ определяются по (1), если известно давление перед СК, в противном случае – по давлению пара на выходе из ПГ с учетом потерь давления на тракте от ПГ до Т (см. Табл.1).

Недостающие для расчетов параметры пара здесь и далее определяются по Таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара или с помощью калькулятора Water Steam Pro по паре известных параметров (аргументов). Для сходимости результатов расчетов, выполненных Вами, с расчетами на других ПК, рекомендуем использовать Water Steam Pro 6.0.

В исходной точке (перед первой ступенью Т) при номинальной нагрузке аргументами являются Р₀₀ и х₀₀. По ним определяют S₀₀, v₀₀, h₀₀. При этом следует иметь ввиду, что h₀₀= h₀ (процесс дросселирования). Параметры с индексом «0», входящие в (2) нам пока не известны.

По формуле (2) определяем первое приближение Р₀ (P₀ P₀₀D₀/D₀₀). По Р₀ и h₀ – определяются недостающие параметры х₀, S₀, и v₀. С их помощью по (2) определяем второе приближение Р₀.

На втором шаге определяются параметры х₀, S₀, и v₀ по h₀ и Р₀ второго приюдижения

После этого проверяют, насколько первое приближение совпадает с расчетом по более точному выражению (2).

Степень расхождения второго и первого приближения (двух рассматриваемых приближений) определяют по формуле (3).

(3)

Если  ≤ 0,001, то пересчет можно не проводить, а в дальнейших расчетах принимать Р₀=Р_{0 ут} (уточненное значение). Если  > 0,001, то расчет следует повторить с более точными значениями параметров х₀, S₀, и v₀ по формуле (2), до тех пор, пока не будет выполняться требование  ≤ 0,001. В некоторых случаях для достижения требуемой точности следует выполнить от 3 до 5 итераций.

При расчетах в Excel для ускорения расчетов по длинным и сложным зависимостям, а также по формулам, которые требуют итеративные расчеты, кафедра подготовила набор макросов, заметно облегчающих эти расчеты. Но ими могут продуктивно пользоваться только студенты, владеющие расчетами с помощью ЭТ Excel. Для остальных студентов остается только путь последовательных приближений к заданной точности по формуле (3).

Так, например, для уточнения давления перед первой ступенью ЦВД (Р₀) можно воспользоваться таким макросом, построенном на основе (2):

p₀(p₀₀, N/N_ном, h₀₀,δ) (4)

Здесь:

Р₀ – давление перед первой ступенью Т при частичной нагрузке (ЧН), МПа;

Р₀₀ – давление перед первой ступенью Т при номинальной нагрузке (НН), МПа;

N/N_ном – заданная нагрузка ТУ в относительных единицах (о.е.), не в процентах;

h₀₀ – энтальпия пара перед первой ступенью Т в режиме НН, кДж/кг;

 –заданная точность итерационных расчетов (≤0,001).

Давление пара за последней ступенью ЦВД определяется по аналогичной схеме.

Изначально принимаем давление за последней ступенью ЦВД в первом приближении по формуле (2)

P_z = P_z0(D₀/D₀₀) (5)

Так как S_z0 = S_z (адиабатный процесс расширения пара в Т), то по P_z и S_z определяем остальные недостающие параметры пара за последней ступенью ЦВД – h_z, v_z, x_z.

По формуле (2) уточняем значение P_z при найденных параметрах пара. Аналогично расчетной схеме, использованной нами при определении Р₀. По формуле (3) определяем степень расхождения первого приближения и уточненного значения P_z0. Если  < 0,001, то в дальнейших расчетах используем уточненное значение P_z. В противном случае – проводим еще один (серию) цикл (ов) расчетов P_z, пока не будет выполняться условие  ≤ 0,001.

Во всех последующих расчетных циклах используются уточненные значения.

Макрос для расчета P_z в Excel при ЧН имеет вид:

p_z(p_z0, N/N_ном, h_z0, δ) (6)

P_z – давление пара за последней ступенью турбины при ЧН, МПа;

P_z0 – давление пара за последней ступенью турбины при НН, МПа;

N/N_ном – заданная нагрузка ТУ в о.е.;

h_z0 – энтальпия пара на выходе из ЦВД при НН, кДж/кг;

 – заданная точность итерационных расчетов (≤0,001).

Давления в камерах отборов в ЦВД в режиме частичной нагрузки также подлежат пересчету.

При докритическом режиме течения пара в решетках для группы ступеней пересчет можно выполнить по приближенной формуле Стодолы-Флюгеля [1]:

(7)

Отсюда

(8)

По формуле (8) можно определить давление в любом отборе, но начинать расчет предпочтительно с предпоследнего (для ЦВД и ЦСД) отбора.

При этом следует иметь ввиду, что Р_00i и Р_0i – это давления перед рассматриваемой группой ступеней в номинальном и частичном режимах;

P_zo и P_zi это давления за группой ступеней в номинальном и частичном режимах, соответственно;

(Рv)_00i и (Рv)_0i – произведения параметров перед группой ступеней в номинальном и частичном режимах, соответственно.

Для первого приближения v определяют по P_00i и s₀₀, а P_0i при этом принимают равным P_0i=P_00iD_i/D₀. После получения значения P_0i по формуле (8), уточняют значение v. По уточненному значению вновь считают P_0i по формуле (8). Если расхождение в значениях P_0i в первом приближении и в уточненном расчете не превышает 0,001 (см. формулу (3), то пересчет не требуется. И для дальнейших расчетов принимаем уточненное значение P_0i. В противном случае следует повторить цикл расчетов по (8), определив v по последнему циклу расчетов P_0i,

Макрос Excel для определения давления в камерах отборов Т имеет вид:

p_i0(p_00отб, p_z0, p_zi, N/N_ном, δ) (9)

Р_i0 – давление в камерах отборов в режиме ЧН, МПа;

Р_00отб – давление пара перед группой ступеней Т при НН, МПа;

Р_z0 – давление пара за последней ступенью цилиндра при НН, МПа;

P_zi – давление пара за последней ступенью цилиндра при ЧН, МПа;

N/N_ном – заданная нагрузка ТУ в о.е.;

 – точность определения P_i0 в итерационном процессе, ≤0,001.

Давления в отборах на номинальном режиме известны из заводских данных (см. Табл. 2). При идеальном расширении пара значения энтропии во всех отборах будут одинаковы и равны S₀₀. Т.о., по таблицам водяного пара или с помощью калькулятора Water Steam Pro определяют все недостающие параметры пара.