Построение процесса расширения пара в турбине в is-диаграмме

При построении необходимо обратить внимание на размерность параметров в имеющейся is-диаграмме. Предпочтительней использовать следующие размерности: для давления - МПа, для энтальпии - кДж/кг. В случае необходимости перехода от одних размерностей к другим можно воспользоваться известными соотношениями: 1 кг/см² = 0,0981 МПа, 1 ккал = 4,1868 кДж.

Построение осуществляется следующим образом:

1. По начальным параметрам Ро и tо находим точку О в is-диаграмме (рис. 2) и энтальпию iо в этой точке, iо = 3406 кДж/кг.

2. Определяем давление перед проточной частью турбины , приняв потери давления в паровпускных органах Р = 0,03 Ро из рекомендуемого диапазона Р = (0,03…0,05) Ро:

3. Считая процесс дросселирования в паровпускных органах - изоэнтальпийным, строим его в is-диатрамме отрезком горизонтали до пересечения в точке О' с изобарой Ро =23,765 МПа. Затем определяем = 568°С.

4. Принимаем, что турбина имеет сопловое распределение, характерное для современных конденсационных турбин мощностью ниже 1000 МВт.

Регулирующую ступень выполняем одновенечной: располагаемый теплоперепад на ней принимаем равным = 100 кДж/кг из рекомендуемого для расчета диапазона =80…120 кДж/кг;

относительный внутренний КПД ступени принимаем равным = 0,72 из рекомендуемого диапазона =0,68…0,74.

Действительный теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени,

Для построения процесса расширения пара в регулирующей ступени из точки 0' is-диаграммы по вертикали откладываем отрезок, равный = 100 кДж/кг. Точка вертикали 1_ИД, в которой

=3406—100=3306 кДж/кг, определяет изобару давления за регулирующей ступенью: P_р.с. = 17,3 МПа.

Откладывая из точки О' на этой же вертикали отрезок, равный = 72 кДж/кг и проводя через конец его изрэнтальпу i₁= ==3406—72=3334 кДж/кг до пересечения с изобарой P_р.с = 17,3 МПа, получаем точку 1, соответствующую окончанию действительного (с учетом потерь) процесса расширения пара в регулирующей ступени. В точке 1

Р₁= P_р.с = 17,3 МПа, i₁ =3334 кДж/кг, t₁ = 515°С.

Действительный процесс расширения пара в регулирующей ступени изображается отрезком прямой, соединяющей точки О΄ и 1.

5. Давление за ЦВД определяется в результате решения вариационной технико-экономической задачи. В расчете принимаем

4,08МПа.

или по прототипу

6. Строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД. Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой = 4,08 МПа в точке 2ид, находим i_2ИД = 2942 кДж/кг и располагаемый теплоперепад в ЦВД:

3334—2942 =392 кДж/кг.

7. Задаемся величиной относительного внутреннего КПД ЦВД =0,81 из рекомендуемого диапазона = 0,80…0,83 и оп­ределяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:

= 317,5 кДж/кг.

8. В is-диаграмме находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы =3334— 317,5=3016,5 КДж/кг с изобарой давления за ЦВД = 4,08 МПа.

Действительный процесс расширения пара в ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.

9. Определяем давление на входе в ЦСД, приняв потери давления в системе промежуточного перегрева равными 10%:

= 3,67 МПа.

10. По давлению = 3,67 МПа и заданной температуре промперегрева tпп=570°С определяем на is-диаграмме точку 3, соответствующую состоянию пара перед ЦСД. В точке 3, i₃ = 3608 кДж/кг.

11. Давление на входе в проточную часть ЦСД определяется как разность давления на входе в ЦСД и потерь давления в дроссельно-отсечных клапанах перед ЦСД, которые принимаются равными = 0,025 из рекомендуемого диапазона =(0,02…0,03).

12. Точка 3', соответствующая состоянию пара на входе в проточную часть ЦСД, определяется пересечением изоэнтальпы i₃ = 3608 кДж/кг с изобарой = 3,58 МПа, t₃ = 569°С.

13. Выбираем давление на выходе из ЦСД P₄ равное давлению Р_пер.тр на входе в перепускные трубы из ЦСД в ЦНД: P₄ = Р_{пер тр} = 0,23 МПа из рекомендуемого диапазона Р_{пер тр} = 0,20…0,25 МПа.

14. Строим из точки 3 изоэнтропный процесс расширения пара в ЦСД и находим конечную точку 4ид этого процесса как точку пересечения вертикали из точки 3 с изобарой Р₄ == 0,23 МПа. В точке 4ид i_4ИД=2824 кДж/кг.

15. Определяем располагаемый теплоперепад в ЦСД

3608—2824 = 784 кДж/кг.

16. Задавшись относительным внутренним КПД ЦСД =0,91 из рекомендованного диапазона = 0,9…0,92, определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦСД:

=713 кДж/кг.

17. Находим в is-диаграмме точку 4, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦСД, как точку пересечения изоэнтальпы =3608—713=2895 кДж/кг с изобарой Р₄ = 0,23 МПа.

18. Строим действительный процесс расширения пара в ЦСД, соединяя отрезком прямой линии точки 3' и 4.

19. Процесс расширения пара в ЦНД определяем исходя из того, что давление на входе в ЦНД равно давлению на выходе из ЦСД: P₄ = 0,23 МПа, а- давление на выходе из ЦНД равно давлению в конденсаторе Рк = 0,004 МПа.

Определяем в is-диаграмме точку 5ИД, соответствующую окончанию идеального процесса расширения пара в ЦНД, как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 4, с изобарой Рк=0,004 МПа. В этой точке =2260 кДж/кг.

20. Располагаемый теплоперепад в ЦНД:

=635 кДж/кг.

21. Задаемся относительным внутренним КПД ЦНД = 0,78 из рекомендуемого диапазона = 0,75…0,80 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦНД;

= 495 кДж/кг.

22. Находим в is-диаграмме точку 5, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦНД, как точку пересечения изоэнтальпы =2895—495= 2400 кДж/кг с изобарой Рк= 0,004 МПа. Степень сухости в этой точке х₅=0,936.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ В РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ОТБОРАХ, ПОДОГРЕВАТЕЛЕ И ТУРБОПРИВОДЕ

23. Определяем давление в первом отборе ЦВД на подогреватель П8.

Температура за ПВД П8 (t_П8) равна заданной конечной температуре питательной воды =275 °С. Недогрев до температуры насыщения в подогревателе П8, имеющем пароохладитель, принимается равным =2 °С из рекомендуемого диапазона =1…3 °С.

Температура насыщения отборного пара в П8 равна

Из таблиц теплофизических свойств воды и водяного пара по температуре насыщения =277 °C находим давление пара в подогревателе МПа. Потерю давления в паропроводе отбора здесь и в дальнейшем принимаем равной 9% давления в подогревателе (из рекомендуемого для расчета диапазона 8…10%).

Тогда давление пара в отборе на П8 равно

24. Давление отбора на ПВД П7 равно давлению за ЦВД, перед промперегревом: =4,08 МПа,

Давление в подогревателе П7 с учетом потерь в паропроводе отбора равно

= 0,91•Р_П7 = 0,91•4,08 = 3,71 МПа.

Температура насыщения в П7 определяется из таблиц по давлению = 3,71 МПа и равна t_{П7 Н} = 246°С. Температура питательной воды на выходе из П7 с учетом недогрева  t_П7 = 2 °С:

=244 °С.

25. Подогрев питательной воды в П8:

°С.

26. Температура насыщения в деаэраторе t_Д.Н определяется из таблиц по заданному давлению в деаэраторе = 0,685 МПа: t_Д.Н= 164,2 °С.

Принимаем падение давления в паропроводе отбора на деаэратор равным 0,2 МПа. С учетом того, что давление в деаэраторе поддерживается постоянным независимо от нагрузки турбины, а давление в отборах изменяется пропорционально расходу пара через турбину, принимаем запас по давлению в отборе на деаэратор равным 20%, поэтому давление в отборе на деаэратор равно

27. Определяем повышение энтальпии воды в питательном насосе

,

Здесь V — удельный объем воды при температуре t_Д.Н — определяется из таблиц по t_Д.Н = 164,2 °С, V =0,0011 м³/кг; Рп.н — повышение давления в питательном насосе, Н/м² (Па), равное разности давления за насосом –Р_{за н} и давления перед насосом P_{перед н}.

Давление за насосом должно быть на 25…30% выше давления перед турбиной, чтобы можно было преодолеть сопротивление ПВД и парогенератора. Принимаем

Р_{за н} == 30,6 МПа.

Давление перед насосом принимаем равным давлению в деаэраторе

= 0,685 МПа,

так что

=29,915 МПа =29,915• Па.

Внутренний КПД насоса в принимаем равным =0,8 из рекомендуемого диапазона = 0,75…0,82, тогда

28. Определяем нагрев воды в насосе:

Здесь впереди — температура воды перед насосом, принимается равной температуре насыщения в деаэраторе, 164,2 °С. Этой температуре соответствует энтальпия, определенная из таблиц [17] и [21], = 692,9 кДж/кг. Энтальпии за насосом, вычисляемой по формуле

по таблицам [17] и [21] соответствует t_{ЗА Н} =173,5°С, так что подогрев воды в насосе равен

С,

29. Суммарный нагрев в П7 и П6:

С.

30. Приняв из условия повышения экономичности, что подогрев в П7, питающейся от холодной нитки промперегрева, в 1,5 раза больше (из рекомендованного диапазона 1,5…1,8), чем подогрев в П6, т. е. , из предыдущего уравнения получаем

°С;

=42,3°С.

31. Температура за П6

=173,5+28,2= 201,7°С.

32. Приняв подогрев в П6  t_П6 =2,3°С, определяем температуру насыщения в П6:

=201,7+2,3=204°С.

По этой температуре из таблице [17] и [21] найдем давление в П6:

= 1,69 МПа

и давление в отборе на П6:

= 1,84 МПа.

33. Давление за ЦСД принято ранее (п. 13) равным 0,23 МПа, поэтому давление в отборе на ПЗ будет равно

Р_П3 = 0,23 МПа,

давление в подогревателе ПЗ

= 0,209 МПа,

34. Температура насыщения в ПЗ определяется из таблиц [17] и [21] по = 0,209 МПа и равна t_{П3 Н} = 121,6°С.

Принимая недогрев в ПЗ, не имеющем охладителя пара, равным , определяем температуру на выходе из ПНД ПЗ:

= 121,6 - 5 =116,6°С.

35. Из условия обеспечения надежной работы деаэратора и его регулятора давления принимаем подогрев основного конденсата в деаэраторе равным = 20,2°С из рекомендуемого диапазона = 19…21°С.

Тогда температура за подогревателем П4:

36. Температура насыщения в П4, имеющем охладитель пара, равна

=144+2= 146°С.

Из таблиц [17] и [21] по = 146°С находим = 0,427 МПа. Давление в отборе на П4:

=0,466 МПа.

37. Заданному давлению в конденсаторе Рк = 0,004 МПа соответствует температура насыщения t_КН= 29°С.

Принимаем равномерное распределение подогрева между подогревателями ПЗ, П2 и П1, т. е.

,

а нагрев конденсата в сальниковом подогревателе равным = 5°С.

38. Температура конденсата на выходе из подогревателя ПЗ:

.

Отсюда подогрев в каждом из подогревателей равен

39. Температура основного конденсата за подогревателем П2:

Подогреватели П2 и П1, так же, как и ПЗ, не имеют охладителей пара, для них принимаем недогрев

.

Температура насыщения в П2:

.

Давление в П2 определим из таблиц [17] и [21] по = 94,1°С:

Давление в отборе на П2:

= 0,0894 МПа.

40. Температура основного конденсата за подогревателем П1:

=61,6°С.

Температура насыщения П1:

=66,6°С.

Из таблиц [17] и [21] по находим: =0,0268 МПа.

Давление в отборе на П1:

41. Строим точки отборов на is-диаграмме (рис. 2) как точки пересечения действительных процессов расширения с соответствующими изобарами и определяем температуры и энтальпии в этих точках:

точка П8, как точка пересечения процесса 1—2 с изобарой =6,68 МПа; в этой точке

;

точка П7, совпадает с точкой 2 и лежит на изобаре = 4,08 МПа; в этой точке

;

точка П6, как точка пересечения процесса 3'—4 с изобарой Р_П6 = 1,84 МПа; в этой точке

;

точка д, соответствующая отбору на деаэратор и лежащая на пересечении процесса 3'—4 с изобарой = 1,06 МПа; в этой точке

,

и так далее по рис. 2 (точка ПЗ совпадает с точкой 4, а точка К, с точкой 5).

42. Параметры, полученные в результате расчетов, для удобства последующего использования сводим в табл. 2. Указанные в табл. 2 температуры дренажа за подогревателями определяются из следующих предположении. Для подогревателей, имеющих охладители дренажа (в рассматриваемой схеме П8, П6 и П4), температура дренажа на выходе из подогревателя на 14°С меньше температуры насыщения в данном подогревателе (из рекомендуемого для расчёта диапазона 13…15°С). Для подогревателя П7, также имеющего охладитель дренажа, но питаемого паром из холодной нитки промежуточного перегрева, с целью меньшего вытеснения отбора на П6, питаемый паром высокой температуры после промперегрева, снижение температуры в охладителе дренажа П7 принимаем равным 40° (из рекомендованного диапазона 35…40°С), т; е.

= 206°С.

Температура дренажа на выходе из подогревателя, не имеющего охладителя дренажа (ПЗ, П2 и П1), равна температуре насыщения в данном подогревателе, т. е.

.

Энтальпия конденсата и дренажа определяется с помощью таблиц для воды и пара [17] и [21] по температурам.

Таблица 1

Точка процесса	В отборе			В подогревателе			Питательная вода и осн. конденсат		Дренаж
	Р	t	i	P´			tп	iп	tдр	iдр
	МПа	оС	кДж/кг	МПа	оС	кДж/кг	оС	кДж/кг	оС	кДж/кг
О	24,5	570	3406	-	-	-	-	-	-	-
О´	23,765	568	3406	-	-	-	-	-	-	-
РС	16,3	515	3334	-	-	-	-	-	-	-
П8	6,68	380	3114	6,134	277	1221,4	275	1211	263	1150
П7	4,08	321	3016,5	3,71	246	1066,5	244	1056,8	206	879,5
3´	3,67	570	3608	-	-	-	-	-	-	-
3	3,58	569	3608	-	-	-	-	-	-	-
П6	1,84	471	3408	1,69	204	870,5	201,7	859	190	807,5
Д	1,06	391	3246	0,685	164,2	694	164,2	694	-	-
П4	0,466	290	3048	0,427	146	614,9	144	606,3	132	554,8
П3	0,23	213	2895	0,209	121,6	510	116,6	488	121,6	510
П2	0,0894	140	2760	0,082	94,1	394	89,1	373	94,1	394
П1	0,0292	68	2618	0,0268	66,6	278	61,6	257,5	66,6	278,4
К	0,004	29	2400	-	-	121,4	29	-	-	-
			Х=0,936

43. Для построения процесса расширения пара в приводной турбине питательного насоса в is-диаграмме определяем давление на входе в эту турбину (см. схему на рис. 1):

= 1,655 МПа,

и противодавление на выходе

В is-диаграмме точка на входе в турбину определяется пересечением изотермы = 471°С с изобарой Р_ТПО = 1,655 МПа; в этой точке (ТПО) iтпо = 3410 кДж/кг. Из этой точки проводим изоэнтропный процесс до .пересечения с изобарой Р_ТП2 = 0,23 МПа и находим в точке ТП2 ИД величину энтальпии =2870 кДж/кг. Располагаемый теплоперепад в турбоприводе

=540 кДж/кг. Принимаем относительный внутренний КПД турбопривода =0,8 из рекомендуемого для расчета диапазона = 0,78…0,83. (При конденсационном турбоприводе =0,80…0,85). Действительный теплоперепад, срабатываемый в турбоприводе:

= 432 кДж/кг.

Энтальпия пара за трубоприводом

= 2978 кДж/кг.

Точка ТП2 окончания действительного процесса расширения в турбоприводе определится пересечением изоэнтальпы = 2978 кДж/кг с изобарой Р_ТП2 = 0,23 МПа. Действительный про­цесс расширения изобразится отрезком прямой, соединяющей точки ТПО и ТП2.