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, МВт48
2. Начальное давление пара, МПа6,8
3. Начальная влажность пара, %0,5
4. Противодавление за ЦВД,МПа0,28
5. Парораспределение по выбору
6. Частота вращения,об/мин3000
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.
При построении процесса расширения в h,s-диаграмме принимаем потери давления в стопорных и регулирующщих клапанах равными 4 % от Р0:
P/P0 =0,04;P = P0 * 0,04 = 6,8 * 0,04 = 0,272 МПа;
P0 = P0 - P = 6,8 – 0,27 = 6,53 МПа
По h,s-диаграмме находим: h0 = 2725 кДж/кг;
0 = 0,032 м3/кг ; hк = 2252 кДж/кг;x0 = 0,995
Располагаемый теплоперепад в турбине:
H0 = h0 – hк =2725 – 2252 = 472 кДж/кг;
Задаемся значением внутреннего относительного КПД турбины: oi = 0,8.
Принимаем КПД генератора г = 0,985, КПД механический м = 0,99.
Расход пара на ЦВД:
Т.к. ЦВД выполнен двухпоточным, то расход пара на один поток G1 = 65,18 кг/с.
Из расчета тепловой схемы турбины – относительный расход пара в отборах ЦВД:
1 = 0,06;2 = 0,02;3 = 0,03;
Расход пара через последнюю ступень ЦВД:

II. Предварительный расчет 1-й ступени.
Задаемся величиной располагаемого теплоперепада на сопловой решетке hос=80 КДж/кг.
По h,s-диаграмме , удельный объем пара на выходе из сопловой решетки 1t = 0,045 м3/кг.
Определим диаметр 1-й ступени:

где 1= 0,96 – коэффициент расхода, принннят по [1];
= 5 (15)% - степень реактивнности, принят по [1];
1э = 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].

Теплоперепад сопловой решетки:

Проверка

III. Предварительный расчет последней ступени.
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 + = 0,015 + 0,003 = 0,018м – высота рабочей лопатки 1-й ступени;
zt = 0,5 м3/кг – удельный объем пара за последней ступенью (по h,s-диаграмме).
2t 1t = 0,045 м3/кг
=0,178м
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 = *(1-coi)*Н0*(z’-1)/z’, где
coi =0,97 – ожидаемое КПД ступени;
= 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 = *(1-coi)*Н0*(z’-1)/z’, где
= 4,995
6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени:

Расхождение :
Распределим равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой ступени:
h’оz = hоz + /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:
ср1 =
Изоэнтропный теплоперепад в сопловой решетке:
hос = (1 - ) * 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:
1t = 0,046 м3/кг, Р1 = 4,3 МПа.
Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки:

Выходная площадь сопловой решетки:

1 = 0,97 – коэффициент расхода.
Высота сопловой решетки:l1 =
Число Маха:
M1t =
к = 1,35 – показатель адиабаты пара.
По значениям M1t и 1э 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:
= 0,97 (рис. 2.29а [2]).
Построим входной треугольник скоростей (см. рис 2):
С1 = * С1t =0,97*426,2=413,4 м/с
U = * 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:
1 = 213 м/с;1 = 22.
Потери энергии при обтекании сопловой решетки:

Изоэнтропный теплоперепад в рабочей решетке:
hор = * hо1 = 0,024 * 93,05 = 2,23 кДж/кг
Энтальпия пара в конце изо энтропного расширения:
hр = hс + hc - hор = 2634,18 + 5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг
Параметры пара за рабочей решеткой по h,s-диаграмме:
2t = 0,046 м3/кг, Р2 = 4,3 МПа.
Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:
2t =

Площадь рабочей решетки:

Высота рабочей лопатки:
l2 = l1 + = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м
Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки:
; 2э = 18,1.


Число Маха:
M2t =
По значениям M2t и 2э 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:
= 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:
2 = * 2t = 0,945 * 223,2 = 210,9 м/с;
sin 2 = sin 2э * (2 / ) = sin18,1*(0,94/0,945)= 0,309,
2 18
Из выходного треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода пара из ступени и выход ее направления:
С2 = 71 м/с,2 = 94.
Потери при обтекании рабочей решетки:

Потери с выходной скоростью:

Располагаемая энергия ступени:
E0 = h – xв.с. * hв.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;
1 – коэффициент расхода сопловой решетки;
F1 – выходная площадь сопловой решетки;
Fy = * dy * y – площадь проходного сечения;
dy – диаметр уплотнения;
y – радиальный зазор.
Относительные потери утечек через бандажные уплотнения:
y =,где
dn = d1 + l2 = 1,3 + 0,018=1,318- диаметр по периферии;
э – эквивалентный зазор, э =,где
а = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;
z = 1 мм – радиальный зазор;
zr = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.
э =
y =
Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени:
hу =у * Е0=0,045*90,46= 4,034кДж/кг
Относительные потери на трение:
тр =,где
Ктр = (0,450,8)*10-3 – зависит от режима течения.
тр =
Абсолютные потери на трение:
hтр =тр * Е0= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг
Относительные потери от влажности:
вл = , где
y0 = 0,5 % - степень влажности перед ступенью;
y2 = 7,5 % - степень влажности после ступени;
вл =2*0,5[0,9*0,005+0,35((0,075-0,005)]=0,029
Абсолютные потери от влажности:
hвл =вл * Е0= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг
Используемый теплоперепад ступени:
hi = E0 - hc - hp - hв.с. - hy - hтр - hвл =
= 90,46 – 5,4 – 2,66 – 2,52 – 4,034 – 0,98 – 2,623 = 72,24 кДж/кг
Внутренний относительный КПД ступени:
oi = hi / E0 = 72,24 / 90,46 = 0,8
Внутренняя мощность ступени:
Ni = Gi * hi =65,18 * 72,24 = 4708,6 КВт.



Список используемой литературы:
«Тепловой расчет паровой турбины» Методические указания по курсовому проектированию. М.:МГОУ, 1994г.
Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. «Паровые и газовые турбоустановки», 1988г.
Щегляев А.В. «Паровые турбины», 1976 г.
Теплофизические свойства воды и водяного пара п/р Ривкина, Александрова, 1980г.

Приложенные файлы


Добавить комментарий