Реферат: Тепловой расчет паровой турбины

--PAGE_BREAK--Рисунок 3 — Процесс расширения пара в регулирующей ступени


Задавшись предварительно степенью парциальности <img width=«14» height=«16» src=«ref-1_1388186874-86.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">, определяют высоту сопловой решетки, которая должна быть больше предельно допустимой величины
<img width=«151» height=«49» src=«ref-1_1388186960-389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062"> (8)
<img width=«292» height=«47» src=«ref-1_1388187349-625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">м

Длину лопатки можно увеличить уменьшая степень парциальности, угол <img width=«28» height=«26» src=«ref-1_1388187974-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> или диаметр ступени. По числу Маха <img width=«102» height=«52» src=«ref-1_1388188087-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">, углу <img width=«28» height=«26» src=«ref-1_1388187974-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> и табл.1 выбирали профиль сопловых решеток, хорду профиля <img width=«15» height=«24» src=«ref-1_1388188501-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">=50 мм, оптимальный относительный шаг <img width=«15» height=«28» src=«ref-1_1388188601-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">=0,80 и определены число сопловых лопаток равно 49.

<img width=«260» height=«50» src=«ref-1_1388188698-587.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">
<img width=«64» height=«49» src=«ref-1_1388189285-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">
По геометрическим характеристикам профелей лопаток выбираем профиль сопловой решётки по таблице 1.



Профиль

<img width=«87» height=«24» src=«ref-1_1388189522-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1388189729-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">

<img width=«37» height=«28» src=«ref-1_1388189923-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">

<img width=«84» height=«24» src=«ref-1_1388190039-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">

<img width=«39» height=«23» src=«ref-1_1388190243-135.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">

<img width=«60» height=«24» src=«ref-1_1388190378-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">



С – 90 – 15Б

13 – 17

70 – 120

0,70 – 0,85

0,85 – 1,15

5,2

0,413



<img width=«180» height=«50» src=«ref-1_1388190551-464.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077"> (9)
По формулам (4) и (7) уточняют значения коэффициентов <img width=«15» height=«23» src=«ref-1_1388191015-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">, <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1388181383-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079"> и угла
<img width=«136» height=«48» src=«ref-1_1388191212-323.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">.
При их небольшом расхождении с принятыми ранее значениями расчет можно не повторять.

Строят входной треугольник скоростей (рис.4), для чего определяют действительную скорость пара на выходе из сопловой решетки
<img width=«70» height=«26» src=«ref-1_1388191535-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030">                (10)




<img width=«192» height=«25» src=«ref-1_1388191691-754.coolpic» v:shapes="_x0000_s1031">


м/с

Из треугольника находят относительную скорость входа пара на рабочую решетку <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1388192445-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"> и угол ее направления <img width=«21» height=«25» src=«ref-1_1388192545-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">
<img width=«188» height=«31» src=«ref-1_1388192650-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083"><img width=«137» height=«49» src=«ref-1_1388193031-363.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084"> (11)
<img width=«246» height=«48» src=«ref-1_1388193394-560.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

<img width=«407» height=«34» src=«ref-1_1388193954-734.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">м/с

Теоретическая относительная скорость выхода пара из рабочей решетки и число Маха равны:
<img width=«170» height=«34» src=«ref-1_1388194688-389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"><img width=«106» height=«51» src=«ref-1_1388195077-323.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">(12)
<img width=«292» height=«34» src=«ref-1_1388195400-546.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">м/с
<img width=«435» height=«101» src=«ref-1_1388195946-5885.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">

Рисунок 4 — Треугольники скоростей турбинной ступени
<img width=«263» height=«50» src=«ref-1_1388201831-601.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">

Откладывая потери энергии в соплах <img width=«134» height=«45» src=«ref-1_1388202432-465.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> на i– s-диаграмме, строят действительный процесс расширения в них и определяют теоретический удельный объем пара <img width=«22» height=«26» src=«ref-1_1388202897-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> в конце адиабатного расширения на рабочих лопатках.

Предварительно задавшись коэффициентом расхода <img width=«68» height=«24» src=«ref-1_1388203002-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094"> находим выходную площадь рабочей решетки определяем по формуле:

<img width=«216» height=«45» src=«ref-1_1388203172-618.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
<img width=«91» height=«49» src=«ref-1_1388203790-280.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> (13)
<img width=«176» height=«45» src=«ref-1_1388204070-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">

Выбрав суммарную перекрышу <img width=«73» height=«24» src=«ref-1_1388204508-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> определяем высоту рабочей решетки
<img width=«119» height=«24» src=«ref-1_1388204800-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">
<img width=«155» height=«24» src=«ref-1_1388205041-271.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">м

Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки находят из выражения
<img width=«145» height=«49» src=«ref-1_1388205312-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> (14)
<img width=«327» height=«45» src=«ref-1_1388205663-621.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">

<img width=«73» height=«27» src=«ref-1_1388206284-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">

<img width=«32» height=«26» src=«ref-1_1388206474-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">=0,38




По геометрическим характеристикам профелей лопаток выбираем профиль рабочей решётки таблице 1.



Профиль

<img width=«87» height=«24» src=«ref-1_1388189522-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">

<img width=«77» height=«24» src=«ref-1_1388189729-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">

<img width=«37» height=«28» src=«ref-1_1388189923-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">

<img width=«84» height=«24» src=«ref-1_1388190039-204.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">

<img width=«39» height=«23» src=«ref-1_1388190243-135.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">

<img width=«60» height=«24» src=«ref-1_1388190378-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">



Р – 35 – 25А

22 – 28

30 – 50

0,55 – 0,65

до 0,85

2,54

0,168



По углам <img width=«52» height=«26» src=«ref-1_1388207630-158.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111"> и числу <img width=«32» height=«26» src=«ref-1_1388206474-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> выбираем профиль рабочей решетки ее основные геометрические характеристики <img width=«37» height=«27» src=«ref-1_1388207915-139.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> и определяют число лопаток
<img width=«72» height=«49» src=«ref-1_1388208054-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">(15)
<img width=«200» height=«55» src=«ref-1_1388208291-459.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">

Уточняем коэффициент расхода <img width=«22» height=«25» src=«ref-1_1388208750-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> и находим скоростной коэффициент <img width=«18» height=«19» src=«ref-1_1388208852-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> рабочей решетки:
<img width=«157» height=«49» src=«ref-1_1388208949-380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"><img width=«144» height=«49» src=«ref-1_1388209329-363.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> (16)
<img width=«268» height=«48» src=«ref-1_1388209692-602.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_1388210294-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121"><img width=«250» height=«47» src=«ref-1_1388210367-566.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">

Производим построение выходного треугольника скоростей по <img width=«84» height=«26» src=«ref-1_1388210933-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123"> и углу <img width=«22» height=«24» src=«ref-1_1388211116-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">, найденному по формуле


<img width=«225» height=«25» src=«ref-1_1388211224-815.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">

<img width=«148» height=«47» src=«ref-1_1388212039-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">
<img width=«271» height=«45» src=«ref-1_1388212413-578.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">

<img width=«65» height=«26» src=«ref-1_1388212991-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">

Из выходного треугольника находят абсолютную скорость выхода пара из ступени <img width=«19» height=«25» src=«ref-1_1388213163-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">, угол ее направления α2, выбирают профили рабочих лопаток, по формуле:
<img width=«198» height=«32» src=«ref-1_1388213257-413.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130"><img width=«148» height=«49» src=«ref-1_1388213670-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131"> (17)
<img width=«448» height=«34» src=«ref-1_1388214047-764.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">

<img width=«230» height=«45» src=«ref-1_1388214811-521.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">0

Потери энергии в рабочей решетке и с выходной скоростью равны:
<img width=«137» height=«47» src=«ref-1_1388215332-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">;<img width=«93» height=«47» src=«ref-1_1388215832-279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">(18)
<img width=«241» height=«50» src=«ref-1_1388216111-668.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">

<img width=«171» height=«50» src=«ref-1_1388216779-426.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">

Откладывая значение <img width=«30» height=«27» src=«ref-1_1388217205-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138"> в i-s— диаграмме, строят действительный процесс расширения пара в рабочих лопатках.

Относительный лопаточный КПД <img width=«26» height=«27» src=«ref-1_1388217335-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139"> определим двумя способами:


<img width=«370» height=«49» src=«ref-1_1388217444-977.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140"> (19)
<img width=«397» height=«44» src=«ref-1_1388218421-777.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">%
<img width=«13» height=«24» src=«ref-1_1388219198-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"><img width=«243» height=«52» src=«ref-1_1388219271-690.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> (20)
<img width=«504» height=«47» src=«ref-1_1388219961-1076.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">

где : Е0 – располагаемая энергия ступени, кДж/кг;
<img width=«137» height=«47» src=«ref-1_1388221037-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">

<img width=«131» height=«26» src=«ref-1_1388221388-268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">
χвс – коэффициент использования кинетической энергии выходной скорости в последующей ступени, для регулирующей ступени <img width=«26» height=«26» src=«ref-1_1388221656-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147"> = 0.

Для оценки прочностных характеристик рабочих лопаток находим изгибающие напряжения и сравнивают их с допустимыми значениями. Поскольку степень реактивности в регулирующей ступени не велика, можно ограничиться окружным усилием:
<img width=«208» height=«26» src=«ref-1_1388221764-512.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148"> (21)
<img width=«364» height=«26» src=«ref-1_1388222276-735.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">

В этом случае:




<img width=«150» height=«49» src=«ref-1_1388223011-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150"> (22)
<img width=«331» height=«51» src=«ref-1_1388223431-1612.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">

где: <img width=«34» height=«24» src=«ref-1_1388225043-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> – минимальный момент сопротивления, определяемый по характеристике профиля. В ступенях с парциальным подводом <img width=«34» height=«28» src=«ref-1_1388225173-139.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153">=25 МПа.

<img width=«102» height=«26» src=«ref-1_1388225312-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154">

<img width=«13» height=«25» src=«ref-1_1388225527-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">Значения КПД, найденные по формулам (19) и (20) должны совпадать в пределах точности расчетов.

Мощность на лопатках ступени равна:
<img width=«257» height=«27» src=«ref-1_1388225600-573.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156"> (23)
<img width=«397» height=«29» src=«ref-1_1388226173-858.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">МВт

Определяют потери энергии от утечек пара, парциальности и на трение. Относительная величина потерь энергии от утечек пара через диафрагменные и бандажные уплотнения определяем по формуле:
<img width=«153» height=«53» src=«ref-1_1388227031-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> (24)
<img width=«285» height=«47» src=«ref-1_1388227466-682.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">

где :μу– коэффициент расхода уплотнения, μ у = 0,9;

dу– диаметр диафрагменного уплотнения, принимаемый по аналогу турбины, dу = <metricconverter productid=«0,5 м» w:st=«on»>0,5 м;

δ – радиальный зазор в уплотнении, δ ≈ 0,001dу;

z– число гребней уплотнения, в области низкогодавлений будет z= 4;


<img width=«76» height=«26» src=«ref-1_1388228148-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">
<img width=«187» height=«26» src=«ref-1_1388228328-336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161"> м

dб– диаметр бандажного уплотнения,

δэкв – эквивалентный зазор уплотнения
<img width=«141» height=«78» src=«ref-1_1388228664-480.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">
<img width=«258» height=«77» src=«ref-1_1388229144-717.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">

<img width=«44» height=«28» src=«ref-1_1388229861-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">  — осевой и радиальный зазоры бандажного уплотнения;

<img width=«18» height=«25» src=«ref-1_1388230067-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">  — число гребней в надбандажном уплотнении.

При проектировании ступени можно принять <img width=«20» height=«26» src=«ref-1_1388230167-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> = 0,005м;

<img width=«178» height=«27» src=«ref-1_1388230270-466.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> м, <img width=«19» height=«26» src=«ref-1_1388230736-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> = 2.

Относительные потери энергии, вызванные парциальным подводом пара:
<img width=«300» height=«61» src=«ref-1_1388230836-851.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">(25)
<img width=«569» height=«49» src=«ref-1_1388231687-1245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

где: <img width=«22» height=«25» src=«ref-1_1388232932-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">  — ширина рабочей решётки, <img width=«45» height=«25» src=«ref-1_1388233038-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">;

j— число пар концов сопловых сегментов, чаще всего j= 2.

Потери энергии от трения диска о пар определяем по формуле:


<img width=«147» height=«62» src=«ref-1_1388233190-480.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">(26)
<img width=«424» height=«53» src=«ref-1_1388233670-927.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">

где: <img width=«26» height=«27» src=«ref-1_1388234597-117.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">  — коэффициент трения, равный (0,8)10-3.

Относительный внутренний КПД ступени определяем по формуле:
<img width=«183» height=«27» src=«ref-1_1388234714-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176"> (27)
<img width=«88» height=«27» src=«ref-1_1388235012-188.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">=81,5%

<img width=«213» height=«27» src=«ref-1_1388235200-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">=1,7%

<img width=«95» height=«27» src=«ref-1_1388235568-218.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">=0,54%

<img width=«330» height=«26» src=«ref-1_1388235786-484.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">%

Использованный теплоперепад ступени определяем по формуле:
<img width=«77» height=«29» src=«ref-1_1388236270-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181"> (28)

<img width=«127» height=«26» src=«ref-1_1388236470-264.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">
Внутренняя мощность ступени определим по формуле:
<img width=«73» height=«26» src=«ref-1_1388236734-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">(29)
<img width=«223» height=«26» src=«ref-1_1388236913-412.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">

Откладывая последовательно потери энергии <img width=«103» height=«27» src=«ref-1_1388237325-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">, <img width=«120» height=«27» src=«ref-1_1388237552-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">, <img width=«103» height=«27» src=«ref-1_1388237809-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187"> в i-s-диаграмме находят состояние пара за регулирующей ступенью.

<img width=«240» height=«27» src=«ref-1_1388238039-430.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">

<img width=«247» height=«27» src=«ref-1_1388238469-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">

<img width=«258» height=«27» src=«ref-1_1388238917-470.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">
1.3          
Предварительный расчёт нерегулируемых ступеней
Расчёты нерегулируемых ступеней проводят в два этапа. На первом этапе проектирования определяют число ступеней, основные их размеры, теплоперепады и другие характеристики, по которым в целом оценивается будущая конструкция турбины. Она удовлетворяет поставленным требованиям, то выполняют детальный расчёт ступеней, в результате которого определяем окончательные характеристики турбины.

Прежде всего, оценивают размеры первой и последней нерегулируемых ступеней для каждого цилиндра турбины. Диаметр первой ступени ЦНД и ЦСД принимают с учётом конструктивных и технологических соображений, используя размеры изготовленных турбин. Высоту сопловых лопаток находим по формуле:
<img width=«185» height=«49» src=«ref-1_1388239387-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">(30)
где: <img width=«20» height=«25» src=«ref-1_1388179627-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">  — удельный объём в конце адиабатного расширения в сопловой решётке;

u/сф = 0,432; ρ = 0,03; ε =1; <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1388239920-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> = 14.

Высота лопаток не должна быть меньше 15…20 мм. Диаметр последней ступени турбины находят из уравнения неразрывности для выходного сечения рабочей решётки определим по формуле:




<img width=«130» height=«58» src=«ref-1_1388240019-456.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194"> (31)
где: <img width=«131» height=«53» src=«ref-1_1388240475-455.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">  — расход пара через последнюю ступень турбины с количеством выхлопов в конденсатор zвыхлбудет равна 1.

<img width=«55» height=«49» src=«ref-1_1388240930-199.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">  — отношение среднего диаметра к высоте рабочих лопаток, для турбин малой мощности, который равен Θ = 7;

vz— удельный объём пара на выходе из последней ступени;

hвс — потери энергии с выходной скоростью, принимаемые для конденсационных турбин равен 20 кДж/кг.

В цилиндрах высокого, а иногда и среднего давления, часто принимают постоянным корневой диаметр dк. Это позволяет обеспечить унификацию хвостовых креплений лопаток, постоянство диаметров обточки дисков, а также размеров канавок в дисках, протачиваемых для крепления лопаток. Эти ступени имеют приблизительно одинаковые профили, u/сф, ρ, что удешевляет их изготовление. В этом случае диаметр ступени равен d1= dк+ l1, а последней dz= dк+ lz. Высота лопаток последней ступени определим по формуле:

d1=0,85м

lz= dz-dк=1,4-0,816=0,584м

dz = dк + lz=0,816+0,584=1,4м

dк = d1 — l1=0,85-0,034=0,816м

Размеры первой и последней ступеней характеризует степень раскрытия проточной части турбины, то есть изменение её диаметров. Нужно стремиться обеспечить плавность изменения диаметров вдоль проточной части, что особенно трудно выполнить при проектировании ЦНД конденсационных турбин. Определение числа ступеней турбины и разбивку теплоперепадов по ступеням производят графоаналитическим методом. В ЧНД это отношение увеличиваем от ступени к ступени, достигая в последних ступенях хф = 0,7.
<img width=«261» height=«189» src=«ref-1_1388241129-5048.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">

Рисунок 5 — Диаграмма для определения числа ступеней
Располагаемый теплоперепад ступени по параметрам торможения определяем по формуле
<img width=«114» height=«62» src=«ref-1_1388246177-405.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">(32)
<img width=«170» height=«53» src=«ref-1_1388246582-473.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199"> кДж/кг

Поэтому:
<img width=«94» height=«29» src=«ref-1_1388247055-343.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">. (33)
<img width=«161» height=«26» src=«ref-1_1388247398-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201"> кДж/кг

Далее отрезок     продолжение
--PAGE_BREAK--