Расчет первой ступени паровой турбины ПТУ К-500-65 (3000 (Курсовой)
Задание
на курсовой проект паровой турбины типа К-500-65/3000 слушателя ИПК МГОУ, специальность 1010 Локтионова С.А. шифр 08
Разработать проект паровой турбины ПОАТ ХТЗ К-500-65/3000 (ЦВД).
Исходные данные
1. Номинальная мощность ЦВД, МВт 48
2. Начальное давление пара, МПа 6,8
3. Начальная влажность пара, % 0,5
4. Противодавление за ЦВД, МПа 0,28
5. Парораспределение по выбору
6. Частота вращения, об/мин 3000
Графическая часть вычертить продольный разрез ЦВД
Руководитель проекта Томаров Г.В. Краткое описание конструкции турбины К-500-65-3000-2
Конденсационная паровая турбина ПОАТ ХТЗ типа К-500-65-3000-2 без регулируемых отборов пара, с однократным двухступенчатым пароперегревом, устанавливается на одноконтурной АЭС с ректором типа РБМК-1000. Она предназначена для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую энергию вращения роторов турбогенераторов типа ТВВ-500-2У3.
Турбина работает с частотой вращения n=50c-1 и представляет собой одновальный пятицилиндровый агрегат активного типа, состоящий из одного ЦВД и 4-х ЦНД. ЦНД расположены симметрично по обе стороны ЦВД. ЦНД имеют 8 выхлопов в 4 конденсатора.
Пароводяная смесь из реактора поступает в барабан-сепараторы, в которых насыщенный пар отделяется от воды по паровым трубопроводам направляется к 2-м сдвоенным блокам стопорно-регулирующих клапанов (СРК).
После СРК пар поступает непосредственно в ЦВД, в среднюю его часть через два противоположно расположенных горизонтальных патрубка.
Корпус ЦВД выполнен 2-х поточным, двухстенной конструкции. В каждом потоке имеется 5 ступеней давления, две ступени каждого потока расположены во внутреннем цилиндре, две ступени – в обойме и одна непосредственно во внешнем корпусе.
Проточная часть ЦВД снабжена развитой системой влагоудаления. Попадающая на рабочие лопатки влага отбрасывается центробежными силами в специальные ловушки, расположенные напротив срезанной части бандажа.
Турбина имеет четыре нерегулируемых отбора пара в ЦВД
— 1-й отбор за второй ступенью,
— 2-й отбор за третьей ступенью,
— 3-й отбор за четвертой ступенью,
— 4-й отбор совмещен с выхлопным патрубком ЦВД.
Для исключения выхода радиоактивного пара из турбины, в ней предусмотрены концевые уплотнения, питающиеся «чистым» паром от специальной испарительной установки.
I. Процесс расширения пара в турбине в h,s-диаграмме.
1. При построении процесса расширения в h,s-диаграмме принимаем потери давления в стопорных и регулирующщих клапанах равными 4 % от Р0
DP/P0 =0,04; DP = P0 * 0,04 = 6,8 * 0,04 = 0,272 МПа;
P0 = P0 — DP = 6,8 – 0,27 = 6,53 МПа
По h,s-диаграмме находим h0 = 2725 кДж/кг;
u0 = 0,032 м3/кг ; hк = 2252 кДж/кг; x0 = 0,995
2. Располагаемый теплоперепад в турбине
H0 = h0 – hк = 2725 – 2252 = 472 кДж/кг;
3. Задаемся значением внутреннего относительного КПД турбины hoi = 0,8.
Принимаем КПД генератора hг = 0,985, КПД механический hм = 0,99.
4.
Расход пара на ЦВД
Т.к. ЦВД выполнен двухпоточным, то расход пара на один поток G1 = 65,18 кг/с.
5. Из расчета тепловой схемы турбины – относительный расход пара в отборах ЦВД
a1 = 0,06; a2 = 0,02; a3 = 0,03;
6. Расход пара через последнюю ступень ЦВД
II. Предварительный расчет 1-й ступени.
1. Задаемся величиной располагаемого теплоперепада на сопловой решетке hос=80 КДж/кг.
По h,s-диаграмме , удельный объем пара на выходе из сопловой решетки u1t = 0,045 м3/кг.
2. Определим диаметр 1-й ступени
где m1= 0,96 – коэффициент расхода, принннят по [1];
r = 5 (15)% — степень реактивнности, принят по [1];
a1э = 11° — угол выхода пара из сопловой решетки
е =1– степень парциальности
Хф =0,5 – отношение скоростей, принимая согласно l1, где
l1 = 0,015 м –высота сопловой решетки , по [1].
3. Теплоперепад сопловой решетки
4. Проверка
III. Предварительный расчет последней ступени.
1. При предварительном расчете ЦВД с противодавлением, где объемы пара возрастают незначительно, диаметр у корня лопаток (корневой диаметр dк) принимают постоянным. В этом случае высота рабочих лопаток 1-й и последней ступеней связаны приближенной зависимостью
, где
l2= l1 + D = 0,015 + 0,003 = 0,018м – высота рабочей лопатки 1-й ступени;
uzt = 0,5 м3/кг – удельный объем пара за последней ступенью (по h,s-диаграмме).
u2t »u1t = 0,045 м3/кг
=0,178м
2. Диаметр последней ступени
dz = (d1 – lz) + lz = (1,05-0,018)+0,178= 1,21 м.(1,46)
IV. Выбор числа ступеней ЦВД и распределение теплоперепадов между ними.
Строим кривую изменения диаметров вдоль проточной части ЦВД. По оси абсцисс откладываем произвольные равные отрезки. На пересечении с кривой изменения диаметров, получаем примерные диаметры промежуточных ступеней (см. рис. 1).
(d1 = 1,05 м; d2 = 1,09 м; d3 = 1,13 м; d4 = 1,17 м; d5 = 1,21 м;)
d1 = 1,3 м; d2 = 1,34 м; d3 = 1,38 м; d4 = 1,42 м; d5 = 1,46 м;
Располагаемые теплоперепады для каждой ступени
hоz = 12,3 * (dz/Хф)2
hо1 =56,96 КДж/кг;(83,15) hо2 =59,12 КДж/кг;(88,34) hо3 =61,3 КДж/кг;(93,7)
hо4 =63,46 КДж/кг;(99,21) hо5 =65,63 КДж/кг.(104,87)
Средний теплоперепад ступени
hоср =94,9 КДж/кг;(61,3)
4.Коэффициент возврата теплоты
q = l*(1-hcoi)*Н0*(z’-1)/z’, где
hcoi =0,97 – ожидаемое КПД ступени;
l = 2,8*10-4 – коэффициент для турбин на насыщенном паре;
z’ = 5 – число ступеней (предварительно)
q = 2,8*10-4*(1-0,97)*472*(5-1)/5 = 3,17*10-3
5. Число ступеней ЦВД
q = l*(1-hcoi)*Н0*(z’-1)/z’, где
= 4,99»5
6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени
Расхождение
Распределим равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой ступени
h’оz = hоz + D/z
№ ступени
1
2
3
4
5
dст, м
1,3
1,34
1,38
1,42
1,46
hоz , КДж/кг
83,15
88,34
93,7
99,21
104,87
h’оz ,КДж/кг
82,35
87,54
92,9
98,41
104,07
V. Детальный расчет первой ступени ЦВД.
Степень реакции по среднему диаметру
rср1 =
Изоэнтропный теплоперепад в сопловой решетке
hос = (1 — r) * h0 = (1-0,024) *93,05 = 90,82 КДж/кг.
Энтальпия пара за сопловой решеткой
hc = h0 – hoc = 2725 – 90,82= 2634,18 КДж/кг.
По h,s-диаграмме определим параметры пара
u1t = 0,046 м3/кг, Р1 = 4,3 МПа.
Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки
Выходная площадь сопловой решетки
m1 = 0,97 – коэффициент расхода.
Высота сопловой решетки l1 =
Число Маха
M1t =
к = 1,35 – показатель адиабаты пара.
По значениям M1t и a1э из атласа профилей выбираем профиль сопловой решетки
С-90-09-А; t = 0,78; b1 = 6,06 см
Число лопаток
Z =
Коэффициент скорости сопловой решетки
j = 0,97 (рис. 2.29а [2]).
Построим входной треугольник скоростей (см. рис 2)
С1 = j * С1t =0,97*426,2=413,4 м/с
U = p * d *n =3,14*1,3*50=204,1 м/с
По треугольнику скоростей определяем относительную скорость входа в рабочую решетку и угол направления этой скорости
w1 = 213 м/с; b1 = 22°.
Потери энергии при обтекании сопловой решетки
Изоэнтропный теплоперепад в рабочей решетке
hор = r * hо1 = 0,024 * 93,05 = 2,23 кДж/кг
Энтальпия пара в конце изо энтропного расширения
hр = hс + Dhc — hор = 2634,18 + 5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг
Параметры пара за рабочей решеткой по h,s-диаграмме
u2t = 0,046 м3/кг, Р2 = 4,3 МПа.
Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки
w2t =
Площадь рабочей решетки
Высота рабочей лопатки
l2 = l1 + D = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м
Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки
; èb2э = 18,1°.
Число Маха
M2t =
По значениям M2t и b2э из атласа профилей выбираем профиль рабочей лопатки
Р-26-17-А; t = 0,65; b1 = 2,576 см
Число лопаток
Z2 =
Коэффициент скорости в рабочей решетке
y= 0,945 (рис. 2.29а [2]).
Построим выходной треугольник скоростей (см. рис 2).
По треугольнику скоростей определяем относительную скорость на выходе из рабочей решетки и угол направления этой скорости
w2 = y * w2t = 0,945 * 223,2 = 210,9 м/с;
sin b2 = sin b2э * (m2 / y) = sin18,1*(0,94/0,945)= 0,309,
b2 »18 °
Из выходного треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода пара из ступени и выход ее направления
С2 = 71 м/с, a2 = 94°.
Потери при обтекании рабочей решетки
Потери с выходной скоростью
Располагаемая энергия ступени
E0 = h – xв.с. * Dhв.с. = 93,05 – 2,52 = 90,53;
xв.с. =1 – с учетом полного использования С2.
Относительный лопаточный КПД
, и проверяем
Расхождение между КПД, подсчитанным по разным формулам, незначительно.
Относительные потери от утечек через диафрагменные уплотнения подсчитываются для последующих ступеней
, где
Кy – поправочный коэффициент ступенчатого уплотнения;
Мy – коэффициент расхода уплотнения (рис. 3.34 [1]);
Zy – число гребней диафрагменного уплотнения;
m1 – коэффициент расхода сопловой решетки;
F1 – выходная площадь сопловой решетки;
Fy = p * dy * dy – площадь проходного сечения;
dy – диаметр уплотнения;
dy – радиальный зазор.
Относительные потери утечек через бандажные уплотнения
xyd = ,где
dn = d1 + l2 = 1,3 + 0,018 =1,318 — диаметр по периферии;
dэ – эквивалентный зазор, dэ = ,где
dа = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;
dz = 1 мм – радиальный зазор;
zr = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.
dэ =
xyd =
Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени
Dhу =xуd * Е0=0,045*90,46= 4,034кДж/кг
Относительные потери на трение
xтр = ,где
Ктр = (0,45¸0,8)*10-3 – зависит от режима течения.
xтр =
Абсолютные потери на трение
Dhтр =xтр * Е0= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг
Относительные потери от влажности
xвл = , где
y0 = 0,5 % — степень влажности перед ступенью;
y2 = 7,5 % — степень влажности после ступени;
xвл =2*0,5[0,9*0,005+0,35((0,075-0,005)]=0,029
Абсолютные потери от влажности
Dhвл =xвл * Е0= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг
Используемый теплоперепад ступени
hi = E0 — Dhc — Dhp — Dhв.с. — Dhy — Dhтр — Dhвл =
= 90,46 – 5,4 – 2,66 – 2,52 – 4,034 – 0,98 – 2,623 = 72,24 кДж/кг
Внутренний относительный КПД ступени
hoi = hi / E0 = 72,24 / 90,46 = 0,8
Внутренняя мощность ступени
Ni = Gi * hi = 65,18 * 72,24 = 4708,6 КВт.
Список используемой литературы
1. «Тепловой расчет паровой турбины» Методические указания по курсовому проектированию. М. МГОУ, 1994г.
2. Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. «Паровые и газовые турбоустановки», 1988г.
3. Щегляев А.В. «Паровые турбины», 1976 г.
4. Теплофизические свойства воды и водяного пара п/р Ривкина, Александрова, 1980г.