- •Министерство образования и науки россии
- •Аннотация.
- •Введение.
- •Предварительный расчет.
- •1. Определение номинальной мощности цвд
- •2. Построение ориентировочного процесса расширения пара в h,s- диаграмме.
- •3. Ориентировочный расчет регулирующей ступени.
- •4. Определение размеров первой нерегулируемой ступени.
- •5. Определение размеров последней ступени.
- •6. Определение числа нерегулируемых ступеней и распределение теплового перепада.
- •Подробный расчет ступеней цвд.
- •1. Расчет регулирующей ступени
- •1.1.Расчет сопл регулирующей ступени
- •2. Выбор профиля сопловой лопатки
- •3. Определение потерь сопловой решетки
- •4. Рабочая решетка.
- •5. Определение внутреннего относительного кпд
- •6. Детальный расчет нерегулируемых ступеней.
- •6.1.Определение расхода пара через нерегулируемые ступени
- •Список используемой литературы.
Предварительный расчет.
1. Определение номинальной мощности цвд
Мощность определяется по формуле
МВт, формула (I.1) [1],
где G – расход пара на ЦВД проектируемой турбины (170 кг/с),
H0 – располагаемый тепловой перепад ЦВД проектируемой турбины, КДж/кг,
ηоi – внутренний относительный КПД ЦВД проектируемой турбины по рис.I-2 [1],
ηM – механический КПД агрегата, по рис.I-3 [1],
ηГ – КПД электрического генератора, по рис. I-4 [1].
На пересечении изобары Ро=12.8 МПа и изотермы to=550 °С (по [1] стр.278) находится начальная точка О процесса и энтальпия ho. Располагаемый теплоперепад Но турбины измеряется по изоэнтропе S0 между изобарами Ро и Рк
По начальным параметрам Ро = 12.8 МПа; to = 540 °С → S0=6.618 кДж/кг,
ho =3473,5 кДж/кг и конечному давлению Рк =2.25 МПа (по [1] стр.278) и S0=6.618 кДж/кг → hК =2968,2 кДж/кг. Тогда
H0= ho - hК = 3473,5-2968,2=505,3 кДж/кг.
Произведение можно принять равным 0.8.
Тогда
МВт
2. Построение ориентировочного процесса расширения пара в h,s- диаграмме.
Потери давления на впуске от дросселирования в клапанах турбины смещает начальную точку состояния пара вправо. Т.о., изобара Р0':
Р0' =0,95*P0 =0.95·12.8=12.16 МПа (формула I.2 [1]),
где Ро - давление перед стопорным клапаном, МПа.
Располагаемый теплоперепад уменьшается до Но': H0' = h0-hK'
Давление за последней ступенью турбины с учетом потери давления в выхлопном патрубке:
Рк' =Рк(1+*),(формула I.3 [1]), где
λ=0.075 – конструктивный коэффициент (коэффициент местного сопротивления патрубка);
С2z=50 м/с – скорость за последней ступенью противодавленческой турбины (ЦВД турбины). См. пояснения к формуле I.3 [1].
Рк'=2.25·(1+0.075·(50/100)2)=2.29 МПа
Находим параметры в т.О' (см. рис.1): по Р0'=12.16 МПа и h0=3473,5 кДж/кг → S0'=6.64 кДж/кг, по S0' и Рк' → hK'=2984,6 кДж/кг.
Тогда
H0' = h0-hK'=3473,5-2984,6=489 кДж/кг
Выбор типа и располагаемого теплоперепада регулирующей ступени.
Принимаем регулирующую ступень одновенечной по величине теплового перепада на регулирующую ступень 70-100кДж/кг и по прототипу. Выбираем тепловой перепад регулирующей ступени Hрег=90 кДж/кг (см. задание).
Внутренний относительный КПД регулирующей ступени по формуле I.4 [1]:
, где
Р0' – давление пара перед регулирующей ступенью, МПа;
v0' – уд. объем пара перед регулирующей ступенью, °С;
G – расход пара, кг/с.
Внутренний тепловой перепад регулирующей ступени:
hiРС= h0РС· η0iРС=90·0.805=72.45 кДж/кг
Энтальпия пара на выходе из регулирующей ступени (в т.2' на рис.1):
h2РС= h0- hiРС=3473.5-72.45=3401.05 кДж/кг
Сначала находим параметры пара в точке 2 (см. рис.1): по S0'=6.64 кДж/кг и h02РС= h0- Н0РС=3473.5-90=3383.5 кДж/кг → Р2РС=9.33 МПа; по Р2РС=9.33 МПа и h2РС=3401.5 кДж/кг → S2'=6.66 кДж/кг.
Проведя из точки 2' изоэнтропу до пересечения с изобарой PК', находим точку 3 и теплоперепад на нерегулируемые ступени:
по S2'=6.66 кДж/кг и PК'=2.29 МПа → h3=2997.7 кДж/кг. Тогда
Н0НС= h2РС – h3=3401.5-2997.7=403.8 кДж/кг
Внутренний относительный КПД нерегулируемых ступеней по формуле I.11 [1]:
, где
, где G1, G2 - расход на входе и выходе из ЦВД, G1=G2= Gср=170 кг/с;
, где v1, v2 – удельный объем на входе и выходе из ЦВД в т.2I и 3 соответственно.
v1=0.036 м3/кг, v2=0.11 м3/кг, тогда м3/кг.
Тогда внутренний относительный КПД нерегулируемых ступеней:
Внутренний теплоперепад нерегулируемых ступеней:
=403.80.87=351.3 кДж/кг
Откладывая НiНС´ в точке 2´, находим энтальпию пара за последней ступенью (точка 4):
=-=3401.5-351.3=3050.2 кДж/кг
Потеря с выходной скоростью последней ступени
=(50)2=2 кДж/кг
Откладывая потерю с выходной скоростью вверх от точки 4, находим энтальпию пара за турбиной (точка 5):
=+=3050.2+2=3052.2 кДж/кг
Точку 7 можно построить, отложив от точки 5 вниз потерю с выходной скоростью патрубка:
∆hВП=ζВП·С2Z2/2=0.5∙10-3·502/2=2 кДж/кг.
Использованный теплоперепад всей турбины
= h0-=3473.5-3052.2=421.3кДж/кг
Внутренний относительный КПД турбины по формуле I.14 [1]:
=/Н0=421.3/505.3=0.834
Процесс расширения пара в h, s-диаграмме показан на рис.1.
Точка 0:
Ро=12.8 МПа; ho = 3473.5 кДж/кг; S0=6.618 кДж/кг
V0 = 0.027 м3/кг; to =550 °С;
Точка 0′:
P0РС = 12.16 МПа; h = 3473.5 кДж/кг; S=6.64 кДж/кг; V = 0.028 м3/кг; to =547.5 °С
Точка 1:
Ро1=9.59 МПа; ho1 = 3392.5 кДж/кг; S01=6.64 кДж/кг; V01 = 0.035м3/кг; to1 =505°С;
Точка 2:
Р2РС =9.33 МПа; h = 3383.5 кДж/кг; S =6.64 кДж/кг;V = 0.0354 м3/кг; t =500°С;
Точка 2′:
Р2РС =9.33 МПа; h = 3401.5 кДж/кг; S =6.66 кДж/кг; V = 0.036 м3/кг; t =507.2°С
Точка 3
Р2t =2.29 МПа; h2t = 2997.7 кДж/кг; S2t =6.66 кДж/кг; V2t = 0.107 м3/кг; t2t =292.4°С;
Точка 4 (параметры за последней ступенью):
Р2Z =2.29 МПа; h2Z = 3050.2 кДж/кг; S2Z =6.75 кДж/кг; V2Z = 0.112 м3/кг; t2Z =315.5 °С;
Точка 5 (параметры за турбиной):
Рк =2.25 МПа; h к = 3052.2 кДж/кг; S к =6.76 кДж/кг; V к = 0.114 м3/кг; t к =315°С;
Точка 7:
Р7 =2.25 МПа; h к = 3050.2 кДж/кг; S к =6.76 кДж/кг; V к =0.114 м3/кг; t к =314°С
Процесс расширения пара в h, s-диаграмме показан на рис.1.
Рис. 1. Процесс расширения пара.