МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ЭАЭС

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

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

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

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

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

d – заданная точность итерационных расчетов (d≤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)

Так как Sz0 = Sz (адиабатный процесс расширения пара в Т), то по Pz и Sz определяем остальные недостающие параметры пара за последней ступенью ЦВД – hz, vz, xz.

По формуле (2) уточняем значение Pz при найденных параметрах пара. Аналогично расчетной схеме, использованной нами при определении Р0. По формуле (3) определяем степень расхождения первого приближения и уточненного значения Pz0. Если d < 0,001, то в дальнейших расчетах используем уточненное значение Pz. В противном случае – проводим еще один (серию) цикл (ов) расчетов Pz, пока не будет выполняться условие d ≤ 0,001.

Во всех последующих расчетных циклах используются уточненные значения.

Макрос для расчета Pz в Excel при ЧН имеет вид:

Pz – давление пара за последней ступенью турбины при ЧН, МПа; Pz0 – давление пара за последней ступенью турбины при НН, МПа;

11

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

муле (8). Если расхождение в значениях P0i в первом приближении и в уточненном расчете не превышает 0,001 (см. формулу (3), то пересчет не требуется. И для дальнейших расчетов принимаем уточненное значениеP0i. В противном случае следует повторить цикл расчетов по(8), определив v² по последнему циклу расчетов P0i,

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

Рi0 – давление в камерах отборов в режиме ЧН, МПа;

Р00отб – давление пара перед группой ступеней Т при НН, МПа;

Рz0 – давление пара за последней ступенью цилиндра при НН, МПа;

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

N/Nном – заданная нагрузка ТУ в о.е.;

d – точность определения Pi0 в итерационном процессе, d≤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 равныS00. Т.о., по таблицам водяного пара или с помощью калькулятора Water Steam Pro определяют все недостающие параметры пара.

Пересчет КПД ЦВД для частичной нагрузки (hoi 0ЦВД)

КПД ЦВД при частичной нагрузке определяется из выражения [ 1 ]:

Здесь , и – КПД ЦВД при частичной и номинальной нагрузках и среднее значение изменения внутреннего относительного КПД ступени от изменения отношения скоростей `хф = (u/cф) / (u/cф)опт;

– соотношение, учитывающее изменение коэффициентов влагоудаления в проточной части ЦВД при переходе на частичную нагрузку.

13

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

по параболической зависимости, полученной Б.М. Трояновским и сотрудниками [ 1 ] в результате статистической обработки экспериментальных данных. Верхние индексы (п.п.) в относительных КПД указывают на то, что в формуле не учтены потери от влажности. Они учитываются отдельно

Здесь`Хф – изменение среднего отношения скоростей для всего ЦВД, рассчитывается по формуле

Влияние на КПД ЦВД(ЦНД) изменения влажности пара при частичной нагрузке учитывается с помощью коэффициентов влагоудаления.

Здесь квл – поправочный коэффициент к hoi, учитывающий наличие влаги в проточной части ЦВД(ЦНД); gву – коэффициент, учитывающий влагоудаление в проточной части ЦВД(ЦНД). Принимаем его равным 0,1÷0,2 для всех нагрузок при удалении влаги из камер отбора пара и использованием ее в системе регенерации, при внутри канальной сепарации параgву =0,15; y0 = 1–х0 и yz = 1–хz – влажность пара в начале и в конце процесса расширения в области влажного пара.

По формуле (13) рассчитываем значения коэффициентов влагоудаления для номинальной и частичной нагрузок. В формулу (10) подставляют их от-

вл

ношение. Для ЦВД турбин АЭС с ВВЭР отношение Н0/Н0=1 (процесс расширения пара в ЦВД протекает полностью в области влажного пара).

Полученное по формуле (10) значение КПД ЦВД применимо для расчетов процесса расширения пара на частичной нагрузке как для ЦВД в целом, так и для любой его части.

14

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

При расчетах в Excel расчетный макрос для определения КПД ЦВД при ЧН имеет вид:

etaoicvd – внутренний относительный КПД ЦВД при ЧН;

ηoiНН – внутренний относительный КПД ЦВД при НН;

h00, hz0, hz, – энтальпия пара на входе в ЦВД при НН, энтальпия пара на выходе из ЦВД при НН, энтальпия пара на выходе из ЦВД при ЧН, соответственно, кДж/кг;

γву – коэффициент влагоудаления в проточной части ЦВД;

x00, xz0, x0, xz – степень сухости пара на входе в ЦВД при НН, на выходе из ЦВД при НН, на входе в ЦВД при ЧН, на выходе из ЦВД при ЧН, соответственно.

Если в Справочниках не приведены значенияhoi при НН, то его можно определить по формуле:

Здесь Dср и vср – усредненные значения расхода пара и удельного объема пара в турбине (на один поток) при номинальном режиме, соответственно;

квл – коэффициент влажности при номинальном режиме, определяется по

(13).

В формуле (15) Dср и vср определяются по формулам

Dср = D1 × D2 , vср = v1 × v2

D1 и v1, D2 и v2 – массовые расходы и удельные объемы пара перед ЦВД, ЦСД, группой ступеней и за ними.

Для турбин с частотой вращения ротора25 с-1 значения hoi рассчи-

танные для ЦВД и ЦСД по приведенной формуле(15), следует умень-

шить на 0,2 % [1].

15

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

Определив значения параметров во всех отборах при идеальном расширении пара, можно определить точки и параметры пара в них при расшире-

нии с учетом ранее полученного значения для частичной нагрузки.

где h0, his – энтальпии пара на входе в Т и в отборе при S = const

Пересчитанные таким образом все точки отборов в ЦВД с учетом ранее определенных давлений в отборах можно нанести наh-s диаграмму и получить реальную линию расширения пара в ЦВД.

3.2. Расчет параметров пара в СПП при частичной нагрузке

Сепаратор-пароперегреватель обязательный элемент всех влажнопаровых турбин (турбин АЭС). Он состоит из сепаратора и пароперегревателя(одноступенчатого/двухступенчатого).

Влажный пар после ЦВД подается на сепаратор. На нем отделяется до 99 % влаги пара, подаваемого на вход в сепаратор. Т.о. на выходе из сепаратора влажность пара составляет не более1 %. Эта влага удаляется путем испарения в пароперегревателях.

Пароперегреватели бывают одноступенчатые (нпр. К-750-65/3000,

К-1000-60/3000) и двухступенчатые (нпр. К-220-44, К-1000-60/1500-1).

При двухступенчатых пароперегревателях в качестве греющего пара первой ступени (ПП1) используется пар, частично отработавший на первых ступенях турбины (чаще, пар первого отбора Т). Во вторую ступень пароперегревателя (ПП2) подается острый пар, отбираемый перед стопорным клапаном турбины.

При одноступенчатом пароперегревателе в качестве греющего пара -ис пользуется только острый пар.

При номинальной нагрузке регулирующий клапан на входе в ПП2 открыт полностью. Параметры греющего пара ПП2 соответствуют параметрам острого пара (до СРК) с поправкой на сопротивление парового тракта от СРК до ПП2 с учетом установленной арматуры. При частичной нагрузке греющий пар редуцируется регулирующими клапанами, установленными перед входом в ПП2. Степень редуцирования зависит от нагрузки, и определяется не-

16

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

обходимым температурным напором между греющим паром(конденсатом греющего пара) и нагреваемым паром на выходе из ПП2. Степень прикрытия регулирующего клапана определяется поддержанием оптимального температурного напора между конденсатом греющего пара и нагреваемым паром ПП2. Этот напор и расход греющего пара в каждом конкретном случае(при заданной нагрузке Т) определяется на основе оптимизационных расчетов, результаты которых обобщаются и записываются в Таблицу режимов эксплуатации ПТУ.

В данном КП мы будем считать, что на выходе из ПП2 (ПП) пар имеет температуру такую же, как и в номинальном режиме.

Давление пара на входе в сепаратор(СПП) при ЧН определяется из следующих соображений:

Разделительное давление при частичной нагрузке было определено ранее (п. 3.1.). Сопротивление парового тракта от ЦВД до СПП(DРтр1) можно оце-

нить величиной в 1¸2 % по отношению к Рразд. Т.о. давление пара на входе в СПП равно

Сопротивление собственно СПП (сепаратора и пароперегревателей) оценивается величиной 6 % по отношению к Рвхода независимо от числа ПП.

Сопротивление парового тракта от СПП до ЦСД(ЦНД) с учетом сопротивления отсечных клапанов (DРтр2) и другой арматуры также оцениваются величиной в 1¸2 % от давления после СПП.

Т.о. давление перед первой ступенью ЦСД или ЦНД можно посчитать по формуле

Зная Рпп и tпп можно определить hпп. На тракте СПП – ЦСД (ЦНД) имеет место небольшое дросселирование пара, т.е. энтальпия пара на этом участке неизменна, если не учитывать потерю теплоты в окружающую среду.

17

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

3.3.Расчет параметров пара в камерах отборов ЦСД в режиме ЧН

Врезультате расчета СПП известны параметры пара на выходе из СПП. При наличии в схеме ЦСД (К-500-60/1500, К-1000-60/1500-1) параметры пара на входе в ЦСД можно определить следующим образом:

1. Выполнить расчет Р по формуле (18). Энтальпия пара на

0

входе в ЦСД равна энтальпии пара на выходе из СПП(потеря давления при дросселировании пара в перепускных паропроводах. Все остальные параметры пара на входе в ЦСД определяются на основе известных Р0 и t0.

2.При отсутствии расчетов СПП в режиме ЧН параметры пара на входе в ЦСД можно определить по аналогии с ЦВД, по формулам (1) ÷ (4). Температура пара на входе в СПП принимается нами такой же, как и в номинальном режиме.

3.Параметры пара на выходе из ЦСД определяются также

аналогично тому, как это сделано в ЦВД, по формулам (5) ÷ (6).

4.Параметры пара в камерах отборов ЦСД определяются по формулам (7) ÷ (9).

5.Пересчет КПД проточной части ЦСД и определение действительных параметров пара в камерах отборов ЦСД выполняют по формулам, которые приведены в п.3.4., (26) ÷ (29).

Для пересчета hoiцсд_чн потребуются расходы пара на входе и на выходе из ЦСД при ЧН, и геометрические параметры выхлопной части ЦСД.

Расходы пара на входе и на выходе из ЦСД при режиме НН можно подсчитать по данным П1 и П2 [4, с. 175÷179], использовав формулу (*).

(*)

Здесь расходы пара на входе в ЦВД, расход сепарата из СПП, расход пара на ТПН, расходы пара в отборах ЦВД при номинальной нагрузке, кг/с. Пересчет расходов для режима частичной нагрузки в первом приближении оцениваем, как расход на НН умноженный на Nотн=N/Nном.

Относительно геометрических параметров выхлопной части ЦСД немного сложнее, т.к. в справочных данных эти характеристики не приведены. Их можно оценить с помощью уравнения сплошности.

Сечение выхлопа ЦСД подсчитаем по формуле:

18

Методические указания к выполнению расчетной части КП по ЭАЭС (редакция 2013)

(**)

Здесь Gк×vк– объемный расход пара на выходе из ЦСД, м3/с; с2 – абсолютная скорость на выходе из ЦВД; a2 – угол между вектором скорости с2 и вектором окружной скорости u. Угол a2 на выходе из ЦСД можно приближенно оценить величиной 90°.

Скорость с2 оценим по величине потерь с выходной скоростью в ЦСД примерно 20 ¸ 40 кДж/кг. Оценим для расчетов эту потерю величиной 30 кДж/кг. Из соотношения DНвс = с22/2 = 30, получим, что с2 » 245 м/с.

Определив сечение выхлопа из ЦСД и зная расход пара в ЦСД, на ЧН можно легко пересчитать DНвс_чн.

3.4. Расчет параметров пара в камерах отборов ЦНД в режиме ЧН

Давление в проточной части ЦНД изменяется не только от нагрузки турбины, но и от давления на выхлопе из турбины (температуры воды на входе в конденсатор). Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор по заданию у всех разная, и она отличается от заводских значений. Это обсто-

ятельство требует пересчета параметров пара в проточной части и h как при номинальной нагрузке, так и при частичной нагрузке.

3.4.1. Расчет давления в конденсаторе при заданной температуре охлаждающей воды

Надо, прежде всего, провести расчет температуры (давления) в конденсаторе при заданной температуре охлаждающей воды.

При этом, в соответствии с заданным типом ТУ, по [2 табл.3.9,с. 242, 3, 4 табл.9, с.186] выбирают тип конденсатора.

Для выбранного типа конденсатора из справочных данных определяем:

-кратность охлаждения, m кг/кг;

-число ходов охлаждающей воды, Z;

-число охлаждающих трубок, n, шт.;

19