6. Детальный расчет нерегулируемых ступеней.

6.1.Определение расхода пара через нерегулируемые ступени

Расход пара на входе в нерегулируемые ступени будет меньше, чем расход через регулирующую ступень, на величину утечки через переднее концевое уплотнение т.е.:

Детальный расчет нерегулируемых ступеней

№ п/п	Наименование величины	Размер- ность	Порядок определения Расчетная формула.	Номер ступени
				1	2	3
1	Расход пара	кг/с	G’–из ориентиров. расчета с учетом утечки через переднее концевое уплотнение	169	169	169
2	Давление пара перед ступенью	МПа	Р0 – по i-s диаграмме	9.33	8.2	7.18
3	Температура пара перед ступенью	С	t0 – по i-s диаграмме	507	490	470
4	Энтальпия пара перед ступенью	кДж/кг	i0 – по i-s диаграмме	3387	3349.8	3311.6
5	Параметры заторможенного потока: а) энтальпия	кДж/кг		3387	3350.8	3313
	б) давление	МПа	Р0 – по i-s диаграмме	9.33	8.36	7.334
	в) температура	С	t0 – по i-s диаграмме	507	491	471
6	Изоэнтропийный теплоперепад	кДж/кг	h0 - из ориентировочного расчета	43.4	44	44.6
7	Теплоперепад ступени с учетом параметров заторможенного потока	кДж/кг		43.4	45	46
8	Фиктивная скорость	м/с		295	301	304
9	Давление за ступенью	МПа	Р2 – по i-s диаграмме	8.2	7.18	6.25
10	Средний диаметр ступени	м	d – из ориентировочного расчета	0.962	0.969	0.975
11	Окружная скорость	м/с		151	152	153
12	Отношение скоростей	—		0.52	0.52	0.52
13	Степень реакции	—	 - из ориентировочного расчета	0.1	0.1	0.1
14	Изоэнтропийный перепад сопловой решетки	кДж/кг		39.1	39.6	40.1
15	Давление за сопловой решеткой	МПа	Р1 – по i-s диаграмме	8.3	7.27	6.34
16	Теоретический удельный объем за сопловой решеткой	м3/кг	1t – по i-s диаграмме	0.038	0.0425	0.0474
17	Полный изоэнтропийный перепад сопловой решетки	кДж/кг		39.1	40	41.3
18	Отношение давлений	—		0.89	0.87	0.864
19	Абсолютная теоретическая скорость за сопловой решеткой	м/с		280	286	288
20	Скорость звука за сопловой решеткой	м/с		643	635	626
21	Число Маха	—		0.436	0.453	0.461
22	Выходное сечение сопл решетки (по полному расходу пара)	мм2		18807	20395	21796
23	Число гребешков диафрагменного уплотнения	—	z1y - принимаем	5	5	5
24	Диаметр вала под уплотнениями	мм	dy1 - принимаем	340	340	340
25	Радиальный зазор уплотнения	мм		0,34	0,34	0,34
26	Площадь кольцевого зазора в уплотнении	мм2		363,2	363,2	363,2
27	Величина утечки через диафрагменное уплотнение	кг/с		0.76	0.71	0.68
28	Расход пара через сопловую решетку	кг/с		198.2	198.3	198.3
29	Площадь выходного сечения сопловой решетки	мм2		18635	20134	21615
30	Эффективный угол выхода сопловой решетки		1э - задается	13	13	13
31	Степень парциальности ступени	—	е - задается	1	1	1
32	Высота сопловой решетки	мм		38	42	47
33	Профиль сопловой решетки	—	Атлас профилей	С9015А	С9015А	С9015А
34	Угол установки		у - атлас профилей	38	38	38
	Осевая ширина	мм	В1 - атлас профилей	51,5	51,5	51,5
	Хорда профиля	мм		83,6499	83,6499	83,6499
35	Шаг сопловой решетки	мм		62.91	62.91	62.91
36	Количество сопловых каналов	шт		45	46	47
37	Ширина соплового канала в выходном сечении (горло сопла)	мм		14.2	14.2	14.2
38	Коэффициент потерь энергии сопловой решетки	—	1 – по приложению 2	0,0542	0,0544	0,0544
39	Коэффициент скорости	—		0.97	0.973	0.973
40	Скорость потока за соплами	м/с		268	276	278
41	Отношение скоростей	—		0.55	0.536	0.539
42	Угол направления относительной скорости за сопловой решеткой			24.6	24.1	24.1
43	Относительная скорость	м/с		134	151	152
44	Потеря энергии сопловой решетки	кДж/кг		2.1	2.12	2.18
45	Изоэнтропийный теплоперепад рабочей решетки	кДж/кг		4.2	4.3	4.4
46	Располагаемая энергия рабочей решетки	кДж/кг		13.2	15.7	15.9
47	Теоретическая относительная скорость за рабочей решеткой	м/с		163	177	179
48	Давление за рабочей решеткой	МПа	Р2 – по i-s диаграмме	8.2	7.18	6.25
	Теоретический удельный объем за рабочей решеткой	м3/кг	2t – по i-s диаграмме	0.038	0.0429	0.048
49	Скорость звука за рабочей решеткой	м/с		642	633	626
50	Число Маха	—		0.254	0.279	0.286
51	Параметры заторможенного потока перед рабочей решеткой: а) давление	МПа	Р1 – по i-s диаграмме	8.56	7.55	6.59
	б) удельный объем	м3/кг	1 – по i-s диаграмме	0.0375	0.0413	0.0461
52	Отношение давлений	—		0.958	0.951	0.948
53	Угол потока за рабочей решеткой		2э = 1-4	20.6	20.1	20.1
54	Высота рабочей решетки по полному расходу	мм		42	46	51
55	Диаметр надбандажного уплотнения	мм		967	980	995
56	Веерность ступени	—		30.2	27	22.2
57	Реакция на периферии ступени	—		0,159	0,165	0,168
58	Утечки через верхний зазор рабочих лопаток	кг/с		1.7	1.8	2
59	Расход пара через рабочую решетку	кг/с		166.5	166.5	166.3
60	Площадь выходного сечения рабочей решетки	мм2		31559	32029	35213
61	Выходная высота рабочей решетки	мм		43	47	51.9
62	Профиль рабочей решетки	—	Атлас профилей	Р3021А	Р3021А	Р3021А
63	Шаг рабочей решетки	мм		14.6	14.6	14.6
64	Угол установки		у - атлас профилей	80	80	80
	Осевая ширина	мм	В2 - атлас профилей	25	25	25
	Хорда профиля	мм		25.38	25.38	25.38
65	Количество каналов рабочей решетки	шт		201	202	203
66	Ширина канала в выходном сечении	мм		5,1	5.1	5.1
67	Коэффициент скорости рабочей решетки	—		0.94	0.938	0.944
68	Коэффициент потерь в рабочей решетке	—	2 – приложение 2	0.12	0.114	0.108
69	Относительная скорость за рабочей решеткой	м/с		153	167	170.2
70	Угол направления абсолютной скорости за рабочей решеткой			85.2	82.3	80.6
71	Абсолютная скорость за рабочей решеткой	м/с		53	57.5	58.9
72	Потеря энергии рабочей решетки	кДж/кг		1.64	1.92	1.78
73	Потеря с выходной скоростью	кДж/кг		1.4	1.7	1.73
74	Располагаемая энергия ступени	кДж/кг		42.3	43.6	44.6
75	Относительный лопаточный КПД	—		0.898	0.895	0.902
76	Относительная потеря энергии от утечек через диафрагму	—		0.0042	0.0041	0.004
77	Относительная потеря энергии от утечки поверх раб. лопатки	—		0.0086	0.0085	0.0084
78	Потеря энергии от утечек	кДж/кг		0.53	0.54	0.53
79	Мощность трения и вентиляции	кВт		66.4	62.8	59.5
80	Тепловая потеря от трения и вентиляции	кДж/кг		0.51	0.478	0.445
81	Относительная потеря от выколачивания	—		0	0	0
82	Относительная потеря от трения и вентиляции	—		0.013	0.0116	0.011
83	Тепловая потеря от выколачивания	кДж/кг		0	0	0
84	Относительная потеря от влажности			0	0	0
85	Тепловая потеря от влажности	кДж/кг		0	0	0
86	Внутренний теплоперепад ступени	кДж/кг		37.2	38.2	38.3
87	Внутренний относительный КПД ступени	—		0.879	0.876	0.859
88	Внутренняя мощность ступени	кВт		7403	7602	7622

Турбина в целом:

На основе машинного расчета:

электрическая мощность

внутренний относительный КПД турбины

.

Рис. 7. Процесс расширения пара в 1-ой нерегулируемой ступени.

Рис. 8. Процесс расширения пара во 2-ой неругулируемой ступени.

Рис. 9. Процесс расширения пара в 3-ей нерегулируемой ступени.

Треугольники скоростей:

1-ой ступени

2-ой ступени

3-ей ступени

Схема регулирования турбины.

1— бак подпитки импеллера; 2 — импеллер; 3 — регулятор частоты вращения; 4 — МУТ; 5 —ограничитель мощности; 6 — расхаживающее устройство; 7, 15 — отсечные золотники; 8 — линия обратной связи; 9, 10—главные сервомоторы с клапанами; 11—линия первого усиления; 12 — линия пониженного давления; 13—линия силовой воды; 14—сервомоторы регулирующих клапанов промежуточного перегрева; 16—дополнительный механизм управления (регулятор давления); 17— фильтры; 18—ЭГП; 19—напорный коллектор; 20—дренаж.

Основные особенности системы регулирования турбины К-200-130 связаны с использованием промежу­точного перегрева пара. Для турбин с промежуточным перегревом пара импульсы по частоте вращения и ее изменению (ускорению) должны использоваться одновременно для работы регулирующих клапанов ЦВД и ЦСД. С этой целью в систему регулирования введен промежуточ­ный проточный золотник, положе­нием которого при медленном изме­нении нагрузки управляет золотник регулятора частоты, а при бы­стром — и дифференциатор, обеспе­чивающий регулирование по ускоре­нию.

Дифференциатор со­стоит из золотника 6 и подвижной буксы 5, установленных в общем корпусе 8. Букса и золотник образуют так называемую следящую си­стем у. При неподвижном золотнике 6 букса будет неподвижной только тогда, когда кромки золотника отсекают полость А. Действительно, при более низком положении буксы в полость Б через нижнее сверление в золотнике и полость А будет посту­пать силовое масло, давление кото­рого будет переметать буксу вверх до тех пор, пока окна буксы не пере кроются кромками золотника. Наобо­рот, при более высоком положении буксы полость Б через верхнее сверление в золотнике будет соеди­нена со сливом и букса будет пере­мещаться вниз под действием давле­ния в полости В. При медленном изменении давления под золотником дифференциатора он будет медленно перемещаться и букса будет следо­вать за ним. Однако это никак не будет сказываться на положении исполнительного золотника 2.

Иное положение возникает при быстром смещении золотника 6 вниз из-за падения давления масла в линии 7. В этом случае букса 5 в первые моменты времени не успе­вает следовать за золотником 6. В результате из полости С над поршнем исполнительного золотни­ка 2, куда поступает масло от насоса по линии 4 через шайбу 3, открыва­ется слив, и поршень перемешается вверх, открывая слив из импульсной линии / главного золотника. Спустя некоторое время положение восста­новится, однако важно, что при рез­ком увеличении частоты вращения, когда следящий сервомотор 9 быстро перемешается впра­во и уменьшает давление под золот­ником дифференциатора 13, на промежуточный золотник подается сиг­нал не только по скорости (следя­щим сервомотором 9), но и по уско­рению (исполнительным золотником дифференциатора).

Изменение положения промежу­точного золотника вызывает изме­нение давления, как под главным золотником, так и под золотником отсечных клапанов. Главный золот­ник управляет главным сервомото­ром, перемещающим регулирующие клапаны ЦВД и ЦСД.

Механизм управления турбиной выполнен в виде винтовой пары, привод кото­рой можно осуществлять либо ди­станционно электродвигателем, либо вручную. При смещении верхнего конца рычага регулятора частоты вращения, например, вправо уменьшается слив и увеличивается давле­ние под золотником 12. Это приводит к открытию регулирующих клапанов, т. е. к увеличению частоты вращения или нагрузки турбины.

В систему регулирования включен ограничитель мощности 25, пред­ставляющий собой по существу ограничитель хода промежуточного золотника. Ограничитель устанавли­вает некоторое предельное закрытие окон в буксе проточного золотника 12 и, следовательно, некоторое пре­дельное положение золотника обрат­ной связи 17 и сервомотора 16 (золотники 12 и 17 должны обеспе­чить неизменное давление под отсеч­ным золотником). Ограничитель мощности включают при временных неполадках в турбине, при которых недопустима работа при полной нагрузке. Например, возрастание осевого усилия на упорный подшип­ник из-за отложений солей в проточ­ной части можно компенсировать уменьшением расхода пара через турбину, т. е. снижением ее мощ­ности.

Система защиты турбины от раз­гона состоит из сдвоенного авто­мата безопасности 19, блока золот­ников 20, предохранительных выклю­чателей и сервомоторов 23 стопорных клапанов ЦВД и сервомоторов 18 стопорных клапанов ЦСД с соответ­ствующими золотниками.

Характерной особенностью си­стемы регулирования турбины К-200-130 является использование стопорных клапанов ЦСД для удер­жания частоты вращения холостого хода при сбросах нагрузки. Необхо­димость этого связана с тем, что при быстром перемещении главного сервомотора на закрытие клапанов при сбросе нагрузки регулирующие клапаны ЦСД начнут ограничивать пропуск в ЦСД только после про­хождения 70 % своего хода; за это время турбина может достичь недо­пустимо большой частоты вращения. Поэтому в рассматриваемой системе сброс нагрузки вызывает срабатыва­ние дифференциатора, который резко снижает давление масла как под главным золотником главного серво­мотора, так и под золотником сер­вомотора стопорных клапанов ЦСД. Вместе с тем при такой работе защитных клапанов ЦСД они могут (в отличие от случая перемещения золотников автомата безопасности) вернуться в начальное положение (к этому времени регулирующие клапаны ЦСД займут положение, соответствующее частоте вращения холостого хода).

В импульсную линию главного золотника включен регулятор за­щиты по давлению свежего пара, автоматически разгружающий тур­бину (закрывающий регулирующие клапаны и тем самым поднимающий давление перед турбиной) при паде­нии давления пара за котлом.

В импульсную линию промежу­точного золотника включен не пока­занный на схеме электрогидравлический преобразователь, с помощью которого в систему регулирования можно вводить электрические сигналы.

Схема концевых уплотнений.

Схема концевых уплотнений.