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 u1
t
= 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).
u2
t
»u1
t
= 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:
hо
z
= 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-hc
oi
)*Н0
*(z’-1)/z’, где
hc
oi
=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-hc
oi
)*Н0
*(z’-1)/z’, где
= 4,99»5
Расхождение :
Распределим равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой ступени:
h’о
z
=
z
+ D/z
| № ступени | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| dст
, м |
1,3 | 1,34 | 1,38 | 1,42 | 1,46 |
| hо
z , КДж/кг |
83,15 | 88,34 | 93,7 | 99,21 | 104,87 |
| h’о
z ,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:
u1
t
= 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:
M1
t
=
к = 1,35 – показатель адиабаты пара.
По значениям M1
t
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 * С1
t
=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:
u2
t
= 0,046 м3
/кг, Р2
= 4,3 МПа.
Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:
w2
t
=
Площадь рабочей решетки:
Высота рабочей лопатки:
l2
= l1
+ D = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м
Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки:
; -b2э
= 18,1°.
Число Маха:
M2
t
=
По значениям M2
t
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 * w2
t
= 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:
xy
d
= ,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
=
xy
d
=
Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени:
Dhу
=xу
d
* 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.