Оглавление
1. Исходные данные
2. Предварительное построение теплового процесса турбины в h-S диаграмме
3. Расчет системы регенеративного подогрева питательной воды
4. Расчет регулирующей ступени
5. Расчёт первой и последней нерегулируемых ступеней
1.
Исходные данные
Турбина К-1200-240 с электрической мощностью МВт.
Основные параметры:
| Номинальная и максимальная мощность, МВт | Давление пара: свежего и после промперегрева, МПа |
Температура пара: свежего и после промперегрева, 0
С |
Давление отработавшего пара, кПа |
Температура питательной воды, С |
Число регенеративных отборов пара |
| 1150/1380 | 23,5/3,5 | 540/540 | 3,5 | 274 | 9 |
Описание турбины К-1200-240
Рис. 1
Турбина К-1200-240 является самой мощной турбиной, выпускаемой ЛМ3 (рис. 1), а с учетом возможной перегрузки до 1380 МВт – самой мощной в мире. Мощность 1200 МВт обеспечивается при номинальных параметрах пара перед турбиной (23,5 МПа и 540°С), в промежуточном пароперегревателе (540°С), конденсаторе 3,58 кПа (0,0365 кгс/см2) и при дополнительных отборах пара. Максимальная мощность турбины достигается при отключении ПВД.
Турбина работает при частоте вращения 50 l/с.
Конструкция проточной части ЦВД аналогично ЦВД турбин К-300-240 и К-800-243 ЛМ3 выполнена противоточной. Из сопловых коробок пар направляется в четыре ступени левого потока, расположенные во внутреннем корпусе ЦВД, затем поворачивает на 180°, обтекает внутренний корпус и проходит четыре ступени правого потока. Далее четырьмя паропроводами пар из ЦВД с пара метрами 3,9 МПа и 295°С идет в промежуточный пароперегреватель, откуда возвращается по четырем паропроводам к двум блокам стопорных клапанов, расположенным по сторонам ЦСД. Параметры пара после промежуточного перегрева 3,5 МПа и 540°С. Пройдя стопорные клапаны, пар по четырем паропроводам направляется к четырем регулирующим клапанам ЦСД, установленным непосредственно на корпусе ЦСД.
ЦСД - двухпоточный, с двойным корпусом, с восемью ступенями в каждом потоке.
Из выходных патрубков ЦСД пар отводится в две ресиверные трубы (в турбине К-800-240-3 их было четыре) максимальным диаметром 2 м, расположенные на уровне пола машинного зала. Из ресиверных труб пар поступает в каждый из трех корпусов ЦНД по четырем патрубкам (по одному патрубку в верхней и нижней половине ЦНД с двух сторон). Каждый поток ЦНД состоит из пяти ступеней. Длина рабочей лопатки последней ступени равна 1200 мм при среднем диаметре 3 м, что обеспечивает суммарную кольцевую площадь выхода пара 67,8 м2. Лопатка выполнена из титанового сплава ТС-5.
2.
Предварительное построение теплового процесса турбины в
h
-
S
диаграмме
Принимаю потерю давления в стопорном и регулирующем клапанах 5% от Ро
, определяем давление перед соплами регулирующей ступени:
МПа,
чему отвечает температура и энтальпия ho
=3312 кДж/кг.
Потеря давления в выхлопном патрубке: кПа, где Р2
-давление за последней ступенью турбины, -опытный коэффициент , Сп
-скорость пара в выхлопном патрубке.
Давление за последней ступенью турбины: Р2
=0,2016 +3,5=3,7016 кПа
Из диаграммы =3544 кДж/кг
Потери давления в газовом промперегревателе между турбиной и перегревателем оцениваются 0,09-0,11 от Рпп
и МПа
Параметры пара в конце изоэнтропийного расширения: h2
t
=2184 кДж/кг.
Первый изоэнтропийный перепад: кДж/кг
Второй: кДж/кг
Изоэнтропийный перепад энтальпий на турбину равен:
кДж/кг
Действительные перепады энтальпий:
-относительный внутренний КПД принимаю равным 0,8
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
кДж/кг
Расход пара турбоустановкой:
кг/с, где kp
-коэффициент регенерации, - механические КПД турбины и электрогенератора (рис. 2).
Рис. 2 - Процесс расширения пара в турбине
3.
Расчет системы регенеративного подогрева питательной воды
Температура питательной воды
По давлению в конденсаторе кПа температура равна
По давлению в деаэраторе МПа температура равна
Подогрев питательной воды в одном ПВД:
Принимаю нагрев в деаэраторе и температура питательной воды на входе в деаэратор
Подогрев воды в одном ПНД:
турбина тепловой процесс пар
Таблица 1 - Параметры воды и пара для расчета системы регенеративного подогрева питательной воды
| № п/п | Наименование величины | Единица измерения | ПВД1 | ПВД2 | ПВД3 | Деаэратор | ПНД4 | ПНД5 | ПНД6 | ПНД7 |
| 1 | Температура питательной воды на входе в подогреватель | о
С |
241 | 208 | 175 | 165 | 137,4 | 109,7 | 82 | 54,3 |
| 2 | Температура питательной воды на выходе из подогревателя | о
С |
274 | 241 | 208 | 175 | 165 | 137,4 | 109,7 | 82 |
| 3 | Энтальпия питательной воды на входе в подогреватель | кДж/кг | 1042,3 | 888,6 | 741,15 | 697,3 | 578,05 | 460,09 | 343,34 | 227,31 |
| 4 | Энтальпия питательной воды на выходе из подогревателя | кДж/кг | 1205,6 | 1042,3 | 888,6 | 741,15 | 697,3 | 578,05 | 460,09 | 343,34 |
| 5 | Температура конденсата греющего пара | о
С |
279 | 245 | 213 | 175 | 170 | 142,4 | 114,7 | 87 |
| 6 | Энтальпия конденсата греющего пара отбора | кДж/кг | 1231,4 | 1061,5 | 911,43 | 741,2 | 719,2 | 599,5 | 481,28 | 364,3 |
| 7 | Давление отбираемого пара | МПа | 6,3202 | 3,65 | 2,02 | 0,9 | 0,79 | 0,382 | 0,169 | 0,0625 |
| 8 | Энтальпия отбираемого пара | кДж/кг | 3040 | 2936 | 3436 | 3268 | 3240 | 3104 | 2964 | 2808 |
Рис. 3
Расчет подогревателей (рис. 3):
ПВД 1
Уравнение теплового баланса:
Потери теплоты от излучения нет.
ПВД 2
Рис. 4
ПВД3
Рис. 5
Деаэратор
Рис. 6
ПНД 4
Рис. 7
Рис. 8
ПНД 5
ПНД 6
Рис. 9
ПНД 7
Рис. 10
ПНД 8
Рис. 11
Расходы пара в регенеративные подогреватели в кг/с
Внутренние мощности отсеков турбины в кВт
:
Суммарная мощность турбины в кВт:
Относительная ошибка:
Рис. 12 - Процесс расширения пара в одновенечной регулирующей ступени
4.
Расчет регулирующей ступени
Определение кинематических параметров потока и относительного лопаточного КПД
Регулирующая ступень, согласно прототипу, одновенечная.
Окружная скорость на среднем диаметре ступени
U=πdср
n
Принимаю средний диаметр ступени dср
=1м
U=3,14·1·50=157 м/с
Для выбора оптимального соотношения U/Cф
зададимся рядом значений
U/Cф
=0,425; 0,45; 0,475; 0,495
Принимаю степень реактивности =0,03
Коэффициент скорости соплового аппарата =0,95
Произведем расчет для соотношения U/Cф
=0,4
Данные всего расчёта сводятся в таблицу 2.
Условная скорость равна
Изоэнтропический перепад энтальпий, соответствующий условной скорости
Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый на рабочих лопатках
Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый в соплах
Теоретическая скорость пара на выходе из сопел
Действительная скорость пара на выходе из сопел
Принимаю угол выхода потока из сопловых лопаток , тогда относительная скорость пара на входе в рабочие лопатки и её направления – угол определяем из входного треугольника скоростей: ;
Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочих лопаток
По скорости и степени реактивности , определяем коэффициент скорости рабочих лопаток
Действительная относительная скорость по
Угол выхода потока пара из рабочих лопаток принимаем
Из выходного треугольника скоростей определим абсолютную скорость пара на выходе из рабочей решетки и её направление ;
Потери энергии в сопловом аппарате и рабочих лопатках
Потери энергии с выходной скоростью
Относительный лопаточный КПД с учётом потерь равен
Из диаграммы определим объемыи
;
Определяем высоту сопловой лопатки
Высота рабочей лопатки
Определим мощность, теряемую на преодоление сил трения и вентиляцию
, где ; ; ; ; ;
Определим относительную величину потерь на трение и вентиляцию
Относительный внутренний КПД
Таблица 2 - Расчет регулирующей ступени
№ п/п |
Расчетные величины и формулы | Размерность | U/C0
|
|||
| 0,425 | 0,45 | 0,475 | ||||
| 1 | м/с | 157 | ||||
| 2 | м/с | 369,41 | 348,88 | 330,5 | ||
| 3 | кДж/кг | 68,23 | 60,85 | 54,62 | ||
| 4 | (принимаем) | – | 0,03 | |||
| 5 | = | кДж/кг | 66,18 | 59,02 | 52,98 | |
| 6 | кДж/кг | 2,0469 | 1,8255 | 1,6386 | ||
| 7 | м/с | 363,81 | 343,57 | 325,5 | ||
| 8 | (принимаем) | – | 0,95 | |||
| 9 | м/с | 345,62 | 326,4 | 309,23 | ||
| 10 | (принимаем) | град | 18 | |||
| 11 | (из треугольника скоростей) | м/с | 202,88 | 182,784 | 167,6 | |
| 12 | (из треугольника скоростей) | град | 31 | 33 | 35 | |
| 13 | град | 28 | 30 | 32 | ||
| 14 | м/с | 212,07 | 192,51 | 177,11 | ||
| 15 | (из графика) | – | 0,9223 | 0,927 | 0,9292 | |
| 16 | м/с | 195,59 | 178,44 | 164,57 | ||
| 17 | (из треугольника скоростей) | м/с | 92,62 | 88,78 | 87,82 | |
| 18 | (из треугольника скоростей) | град | 81 | 91 | 102 | |
| 19 | кДж/кг | 6,452 | 5,752 | 5,164 | ||
| 20 | кДж/кг | 3,359 | 2,6096 | 2,142 | ||
| 21 | кДж/кг | 4,289 | 3,941 | 3,856 | ||
| 22 | кДж/кг | 14,1 | 12,3026 | 11,162 | ||
| 23 | – | 0,7933 | 0,7978 | 0,7956 | ||
| 24 | м/с | 328,704 | 310,42 | 294,095 | ||
| 25 | м/с | 14,48 | -1,549 | -18,258 | ||
| 26 | м/с | 343,184 | 308,871 | 275,837 | ||
| 27 | – | 0,7896 | 0,7968 | 0,7929 | ||
| 28 | (из h-S диаграммы) | МПа | 18,2 | 18,8 | 19,2 | |
| 29 | (из h-S диаграммы) | о
С |
495,37 | 500,1 | 503,59 | |
| 30 | (по таблицам) | м3
/кг |
0,016404 | 0,015957 | 0,01568 | |
| 31 | (принимаем) | – | 1 | |||
| 32 | м | 0,05172 | 0,05327 | 0,05528 | ||
| 33 | (из h-S диаграммы) | МПа | 18 | 18,6 | 19,2 | |
| 34 | (из h-S диаграммы) | о
С |
496,23 | 500,72 | 504,07 | |
| 35 | (по таблицам) | м3
/кг |
0,016659 | 0,016188 | 0,01590 | |
| 36 | м | 0,06132 | 0,0614 | 0,0623 | ||
| 37 |
|
кг/м3
|
60,494 | 62,22 | 63,306 | |
| 38 |
;А=2; |
кВт | 151,597 | 155,923 | 158,644 | |
| 39 | – | 0,002259 | 0,00261 | 0,00295 | ||
| 40 | – | 0,79104 | 0,79519 | 0,79265 | ||
| 41 | кВт | 53065,92 | 47574,4 | 42567,2 | ||
| 42 | , | м/с | 627,76 | 629,27 | 630,55 | |
| 43 | – | 0,551 | 0,518 | 0,4904 | ||
| 44 | Профиль сопловой лопатки (из таблиц) | – | С-90-18А | |||
| 45 | , | м/с | 629,14 | 630,43 | 631,6 | |
| – | 0,311 | 0,283 | 0,261 | |||
| Профиль рабочей лопатки (из таблиц) | – | Р-35-25А | ||||
Построение треугольников скоростей одновенечной регулирующей ступени изображено на рис.4. Зависимость относительного внутреннего КПД и U/CО
изображена на рис.5. Из построенной зависимости определяем , который равен 0,45. Для этого значения рассчитали регулирующую ступень.
5.
Расчёт первой и последней нерегулируемых ступеней.
Определим средний диаметр последней ступени:
Расход пара в конденсатор,
,
где 1
- доля отбираемого пара на регенерацию
Так как ЦНД двухпоточный , то
Задаёмся потерей с выходной скоростью , чтобы определить осевую составляющую выходной скорости
Определим уделный обьем пара
,
где при кПа , х = 0,9592, = 0,0010037м3
/кг, = 35,908 м3
/кг
м3
/кг
м
Тогда высота лопатки последней ступени:
м
Определяем диаметр первой нерегулируемой ступени по формуле:
,
где = 0,018254м/кг – удельный расход пара на выходе из сопловой решетки первой нерегулируемой ступени (задаемся перепадом энтальпий на первой нерегулируемой ступени H1
=40 кДж/кг)
=12-выходной угол потока пара из сопловой решетки,
0,45-0,55; принимаем =0,47 – оптимальное отношение скоростей,
м
Для ориентировочного определения последнего диаметра ступеней ЦВД и ЦСД воспользуемся формулами:
м
м
При этом ориентировочно можно считать что
принимаем для этих ступеней равным: 0,5.
По известным диаметрам а также по принятому оптимальному отношению скоростей определяем располагаемые перепады энтальпий в этих ступенях:
Для определения числа нерегулируемых ступеней турбины, строим диаграмму зависимости,от длинны проточной части. И из этого графика определяем среднее значение располагаемых перепадов энтальпий на каждый цилиндр:
По известным значениям энтальпий определяем их перепад на цилиндр:
кДж/кг.
Число ступеней в цилиндре ; Zцвд
=7
Число ступеней в цилиндре ; Zцсд
=8
Число ступеней в цилиндре ; Zцнд
=5
Делим отрезок, соответствующий длине проточной части ЦНД, на 3 равные части, проводим ординаты и снимаем значения средних диаметров всех трех ступеней ЦНД:
; ; ;