Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

PTU_KR3 — копия

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
02.06.2017
Размер:
407.41 Кб
Скачать

Министерство общего и профессионального образования Российской федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения (ВТУЗ-ЛМЗ)

Кафедра “Турбиностроение и средства автоматики”

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ И ПАРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ

Методические указания к курсовой работе

Санкт-Петербург 1999

УДК 621.438

Паровые турбины и паротурбинные установки. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности “Турбостроение”.

В методических указаниях рассматриваются методы расчета сложных тепловых схем паротурбинных установок, порядок определения числа ступеней, основных геометрических характеристик проточной части паровых турбин, расчет проточной части по среднему диаметру.

Составители: доцент С.М.Вохмянин

Рецензенты: канд.техн.наук, старший научный сотрудник НПО ЦКТИ им.И.И.Ползунова В.Н.Амелюшкин

Методические указания утверждены на заседании кафедры.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Цель курсовой работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 4 Содержание курсовой работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 4

Контроль за выполнением курсовой работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Оформление и защита работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Часть 1.

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

 

 

ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.1.

Описание тепловой схемы паротурбинной

 

 

установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.2.

Исходные данные для выполнения расчета

 

 

тепловой схемы ПТУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.3.

Построение процесса расширения пара в

 

 

турбине в i-s диаграмме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.4.

Выбор давлений греющего пара. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.5.

Определение энтальпий греющего пара. . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.6.

Учет отсосов пара из уплотнений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.7.

Расчет мощности и расхода пара турбопривода

 

 

питательного насоса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.8.

Определение расходов греющего пара. . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

1.9.

Расчет мощности турбоустановки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

1.10.

Определение экономичности турбоустановки. . . . . . . . . . . .

18

Часть 2.

ПРИБЛИЖЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

 

 

ТУРБИНЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.1.

Определение высот сопловых лопаток

 

 

первой и последней ступеней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.2.

Определение числа ступеней турбины. . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.3.

Распределение теплоперепада по ступеням. . . . . . . . . . . . . .

23

2.4.

Корректировка давлений отборов пара. . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Часть 3.

РАСЧЕТ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИНЫ

 

 

ПО СРЕДНЕМУ ДИАМЕТРУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3

ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа выполняется студентами параллельно с курсом лекций “Паровые турбины и паротурбинные установки” и ее задачей является углубленное проработка соответствующих разделов курса, а также освоение методов расчета тепловых схем паротурбинных установок (ПТУ).

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из следующих трех частей:

Часть 1. Расчет тепловой схемы ПТУ.

Часть 2. Приближенный тепловой расчет турбины.

Часть 3. Расчет проточной части паровой турбины по среднему диаметру.

КОНТРОЛЬ ЗА ВЫПОЛНЕНИЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Контроль за выполнением курсовой работы осуществляется в одной из двух форм.

Первый способ предусматривает использование автоматизированной системы контроля расчета тепловой схемы ПТУ, разработанной С.М.Вохмяниным и А.А.Зверевым. Система контроля содержит электронную версию методических указаний (Часть 1), автоматизированную i-s диаграмму по определению с высокой точностью параметров пара и воды, систему просмотра исходных данных для каждого варианта, а также поэтапную систему контроля правильности расчета тепловой схемы ПТУ с фиксацией календарной даты выполнения каждого этапа в специальной базе данных. Файлы автоматизированной системы контроля расчета тепловой схемы ПТУ размещены в каталоге d:\PTU. Стартующим является

файл PTU.EXE .

При втором способе контроля правильность выполнения расчета тепловой схемы ПТУ проверяется преподавателем на основе предварительно сделанных компьютерных расчетов.

4

ОФОРМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА РАБОТЫ

Курсовая работа оформляется в виде расчетно-пояснительной записки, в которой излагаются результаты всех выполненных студентом расчетов с необходимым пояснительным текстом и графическим материалом.

На следующей после титульного листа странице приводятся исходные данные для выполнения курсовой работы. Далее следует тепловая схема рассчитываемой ПТУ с нанесенными на ней параметрами рабочего тела (давлениями, температурами, энтальпиями, расходами и т.д.). Последующее оформление курсовой работы производится в соответствии с содержанием. В конце пояснительной записки студентом пишется заключение по выполненной работе и список использованной литературы. Все материалы скрепляются и оформляются титульным листом

(см.прил.1).

Защита курсовой работы производится в конце семестра в следующей последовательности: студент делает краткое сообщение о выполненной работе, а затем отвечает на вопросы преподавателя.

5

Часть 1 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

1.1. Описание тепловой схемы паротурбинной установки

Типовая тепловая схема рассчитываемой паротурбинной установки (ПТУ) изображена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Типовая тепловая схема ПТУ

Установка с одноступенчатым промежуточным перегревом состоит из парогенератора (ПГ), трехцилиндровой турбины (ЦВД, ЦСД, ЦНД), конденсатора (К), конденсатного насоса (КН), системы регенеративных подогревателей, деаэратора смешивающего типа (Д), питательного насоса (ПН), турбопривода питательного насоса (ТП) и смесителя (СМ).

ПТУ имеет 6-7 (в зависимости от варианта) регенеративных подогревателей. Конденсат подогревается в 3-4 подогревателях низкого давления (ПНД) и поступает в деаэратор. После деаэратора вода питательным насосом прокачивается через три подогревателя высокого давления (ПВД) с

6

выносными пароохладителями (ПО), подключенными по схеме Никольне- го-Рикара. Все ПВД и последний по ходу питательной воды ПНД снабжены встроенными охладителями дренажа.

Если в исходных данных для расчета тепловой схемы ПТУ задан деаэратор на скользящем давлении, то он имеет самостоятельный отбор пара. Деаэратор постоянного давления подключают по греющему пару параллельно с ПВД - первым после деаэратора по ходу питательной воды [1].

Питательный насос имеет конденсационный турбопривод, питаемый паром из третьего отбора турбины.

Дренажи ПВД сливаются каскадно в деаэратор, а дренажи ПНД - в конденсатор.

Для изменения мощности турбины предусмотрено использование соплового парораспределения с одновенечной регулирующей ступенью.

1.2. Исходные данные для выполнения расчета тепловой схемы ПТУ

Исходными данными для расчета тепловой схемы ПТУ являются:

-количество ПНД (три или четыре);

-тип деаэратора (постоянного или скользящего давления);

-проектируемый цилиндр (высокого или среднего давления);

-G0 , кг/с - расход свежего пара;

-P0 , бар - давление свежего пара;

-T 0 ,o C - температура свежего пара;

-T пп, o С - температура промежуточного перегрева пара; (T пп = T 0 );

-Рвд2 , бар - давление пара за ЦВД;

-Р2сд, бар - давление пара за ЦСД;

-Рк, бар - давление в конденсаторе;

-T пв, o С - температура питательной воды на входе в

- Рд, бар

парогенератор;

- давление пара в деаэраторе;

- hc2 , кДж/кг - абсолютная величина потери с выходной скоростью для ЦНД;

- Dвдк , м - корневой диаметр основной группы ступеней ЦВД;

7

- Dк, м

- корневой диаметр проточной части ЦСД.

Частота вращения ротора турбины для всех вариантов составляет

50 об/с.

Исходные данные для каждого варианта приведены в таблице прил.2 .

1.3. Построение процесса расширения пара в турбине в i-s диаграмме

Состояние пара перед автоматическим стопорным клапаном определяется заданными начальными параметрами: давлением P0 и температу-

рой T 0 .

Параметры пара перед соплами регулирующей ступени ЦВД определяют с учетом потери давления в автоматическом стопорном клапане, перепускных трубах и регулирующих клапанах. Эта потеря составляет 3- 5% (при расчете примем 4%). Процесс расширения пара в ЦВД будет слагаться из двух частей: процесса в регулирующей ступени и процесса в основной группе ступеней.

Изоэнтропический теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени можно в первом приближении определить исходя из требований оптимальности отношения Ucp/Cs, если в формуле для (Ucp/Cs)опт [3]

U ср

=

ϕ cos α

1

 

 

2

 

Сs

опт

1−ρср

принять: коэффициент скорости

ϕ

= 0.98;

угол выхода потока из сопло-

вых лопаток в абсолютном движении α 1 =10о ; степень реактивности на среднем диаметре ρ =0.05, а также корневой диаметр регулирующей сту-

пени Dрск 12. Dвдк и длину лопаток регулирующей ступени l 0.04

м.

Внутренний относительный КПД одновенечной регулирующей ступени ηoiрс можно оценить по следующей зависимости [3]:

 

ηoiрс = Kuc

 

0.83210

4

рс

 

 

 

 

P1рс

 

,

где K u

 

 

G

 

υ1

 

 

- поправочный коэффициент, учитывающий реальное отклоне-

 

c

 

 

 

 

 

 

ние отношения Ucp/Cs от оптимального значения; примем

K uc 0.97;

8

G - расход пара через ступень, кг/с; пренебрегая протечками пара через штоки клапанов и переднее уплотнение примем G= G0 ;

P1рс, υ1рс - давление и удельный объем пара перед регулирующей ступе-

нью, выраженные соответственно в Па и м3/ кг .

Состояние пара за основной группой ступеней ЦВД находят по заданному давлению Рвд2 и внутреннему относительному КПД ηoiвд , который определяют согласно работе [3], из следующего соотношения:

вд

 

 

 

0.5

 

 

Hs600

 

(1 −ξc2

) ,

 

ηoi

 

0.925

 

 

 

 

 

(1)

 

 

=

 

 

1 +

20000

 

 

 

 

 

Gсрυср

 

 

 

 

 

где Gср - средний расход пара в отсеке основной группы ступеней ;

Gср= G1G2 , кг/с;

G1 и G2 - расход пара на входе и выходе из отсека соответственно; G1 =G0 ; величину G2 из-за промежуточного отбора пара примем рав-

ной 0.9G0 ;

υср - средний удельный объем пара в отсеке основной группы ступе-

ней ;

 

 

 

=

 

, м3/ кг;

 

 

 

υ

υ υ

 

 

 

ср

1 2

 

υ и

υ

2

- удельные объемы пара на входе и выходе из отсека; если υ

1

 

 

 

 

1

легко находится по i-s диаграмме, то

величина υ2 , как правило, неизвест-

на и может быть определена только методом последовательных приближений;

H s - изоэнтропический теплоперепад, срабатываемый в отсеке основной группы ступеней, кДж/кг;

ξc2 - относительная величина потери с выходной скоростью для

ЦВД , которую ориентировочно можно принять равной 0.01 . Параметры рабочего тела перед соплами первой ступени ЦСД рас-

считывают исходя из заданных давления Рвд2 и температуры T пп с уче-

том потери давления в промежуточном перегревателе, в отсечных, регулирующих клапанах и перепускных трубах ЦСД, которую принимают в

размере примерно 6% от Рвд2 . Состояние пара за ЦСД находят по из-

9

hc2
H влs

вестному давлению Р2сд и внутреннему относительному КПД, который

определяется по формуле (1), полагая G1 0.85 G0 и G2 0.8 G0 .

Течение пара в перепускных трубах между ЦСД и ЦНД происходит при постоянной энтальпии и сопровождается потерей давления, которая

составляет примерно 2%

отP2сд. Давление P2нд за ЦНД

можно при-

нять равным давлению в конденсаторе Pк.

 

 

 

Действительный процесс расширения пара в ЦНД можно

построить

предварительно оценив

внутренний

относительный КПД цилиндра ηн д

по следующей полуэмпирической формуле [3] :

 

 

oi

 

 

 

η

н д

 

*

 

 

 

)

Hвлs

hc2

,

 

 

= η

1(

 

 

Hs

 

oi

 

oi

1 kвл

 

Hs

 

 

где:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

0.870

 

 

Hs400

 

 

 

ηoi =

1 +

10000

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k вл - поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности

на внутренний относительный КПД цилиндра;

 

 

 

 

 

 

 

k вл =1aвл

y1+y2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

y2 - степень влажности в конце действительного процесса расширения (см.рис.1.2); как правило, величина y2 неизвестна и может быть опре-

делена только методом последовательных приближений;

aвл - коэффициент, учитывающий эффективность влагоудаления в проточной части; при отсутствии данных о системе влагоудаления ориентировочно можно принять aвл= 0.8;

H s - весь изоэнтропический теплоперепад, срабатываемый в ЦНД; - изоэнтропический теплоперепад ЦНД, приходящийся на

область влажного пара; - абсолютная величина потери с выходной скоростью

(задается в числе исходных данных).

При оформлении расчета тепловой схемы ПТУ в характерных точках линии процесса расширения пара в турбине в i-s диаграмме, схематично

10