Тепловой расчёт ЦВД паровой турбины
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
«Тепловой
расчёт ЦВД паровой турбины»
Введение
Для производства электрической энергии
используются природные энергетические ресурсы. В зависимости от вида
энергетических ресурсов различают основные типы электростанций: тепловые (ТЭС),
гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС). Наиболее распространение в настоящее
время имеют ТЭС, на которых в электрическую энергию преобразуется тепловая
энергия, вырабатываемая при сжигании органического топлива - угля, мазута, газа
и др. На ТЭС вырабатывается около 76 % всей вырабатываемой электроэнергии.
По роду двигателя ТЭС можно подразделить на
паро- и газотурбинные. Газотурбинные установки (ГТУ) имеют ограниченную
мощность (25-100 МВт), КПД - не более 28 % и работают только на жидком и
газообразном топливе. Газотурбинные установки используются для покрытия пиков
электрической нагрузки.
Паротурбинные электростанции подразделяются на
конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). КЭС
отпускают потребителям только один вид энергии - электрическую (за исключением
небольшого отпуска теплоты жилому посёлку при электростанции). Электростанции
оборудуются турбинами конденсационного типа, не имеющими регулируемых отборов
пара и, как правило, сооружаются в местах с хорошими условиями технического
водоснабжения, обеспечивающими экономический вакуум в конденсаторах с
минимальными затратами на перекачку охлаждающей воды.
ТЭЦ оборудуются турбинами с противодавлением или
с регулируемыми отборами. Эти электростанции предназначены для отпуска как
электрической, так и тепловой энергии. Особенностью ТЭЦ является
комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, характеризующая
высокой тепловой экономичностью.
Тепло-электро централи сооружаются поблизости от
потребителей теплоты, так как горячую воду и особенно пар невыгодно
транспортировать на большие расстояния. Необходимость расположения ТЭЦ
поблизости от тепловых потребителей не всегда позволяет сооружать их у
источников водоснабжения. Поэтому многие ТЭЦ оборудуются искусственными
охлаждающими устройствами компактного типа - градирнями. Электроэнергия от ТЭЦ
передаётся к потребителям, как на высоком, так и на генераторном напряжении.
тепловой электростанция турбина
мощность
Исходные
данные
) мощность турбины: Nэ=40
МВт;
) начальное давление пара: p0=
12,8 МПа;
3) начальная температура пара: t0=555оС;
4) противодавление за ЦВД: p2=
1,3 МПа;
) частота вращения: n=3000
об/мин.
Предварительный
расчёт турбины
Определение расхода пара на турбину
; где
-
коэффициент, учитывающий наличие нерегулируемых отборов пара на регенеративный
подогрев питательной воды;
- расчётная
электрическая нагрузка турбоагрегата; кВт.
H0
- располагаемый теплоперепад турбины; кДж/кг
- внутренний относительный КПД
турбины;
- механический КПД турбины;
- КПД
электрического генератора.
Коэффициент mp
характеризует суммарную величину отборов пара на регенеративные подогреватели
питательной воды. Принимаем для ЦВД с двумя отборами mp=1,09.
Располагаемый теплоперепад турбины H0 находится
как разность начальной энтальпии пара при заданных начальных давлении и
температуре с учётом дросселирования в паровпускных органах и конечной
энтальпии, соответствующей окончанию изоэнтропийного процесса расширения в
проточной части до заданного конечного давления.
Средние значения КПД для турбины
мощностью 40000 кВт принимаем 0,85.
Средние значения механического КПД принимаем
0,98.
Значение КПД принимаем
0,987.
Располагаемый теплоперепад в
турбине:
H0=h0-hа=3490,5-2870,5=620
;
Расход пара:
;
Расход пара на ЦВД отличается от
расхода пара на турбину, на величину утечки пара через уплотнение.
Утечка пара через уплотнение
определится по формуле:
Число уплотнительных гребней: 
;
Диаметр щелей под гребнями: 
;
Размер щели: 
;
Коэффициент расхода: 
(определён
по рисунку 1;3.25)
Таким образом расход пара на
регулирующую ступень составляет:
Расчёт
регулирующей ступени
На предварительном этапе расчёта
задачей расчета регулирующей ступени является выбор её типа ,располагаемого
теплоперепада и (или) диаметра , определение экономичности и параметров пара за
регулирующей ступенью(в камере регулирующей ступени). Значение теплоперепада 
выбирается
в зависимости от мощности и типа проектируемой турбины, начальных параметров
пара, особенностей работы ступени в ожидаемых условиях эксплуатации,
экономичности ступени и других обстоятельств.
Значение располагаемого
теплоперепада одновенечной ступени составляет 
.
Регулирующая ступень - это первая
ступень турбины при сопловом парораспределении. Основной конструктивной
особенностью регулирующей ступени является изменяющаяся степень парциональности
при изменении расхода пара на турбину. В связи с этим сопла регулирующей
ступени объединены в группы. К каждой группе сопл пар подводится через
самостоятельный регулирующий клапан. При одном открытом клапане работает одна
группа сопл и поэтому ступень работает при малой степени парциональности. По
мере открытия следующих регулирующих клапанов степень парциональности растёт.
При всех открытых регулирующих клапанах степень парциональности регулирующей
ступени всегда меньше единицы. Регулирующая ступень конструктивно отделена
ёмкой камерой от последующих нерегулируемых ступеней. Эта камера необходима для
растекания пара в окружном направлении, чтобы обеспечить подвод пара к первой нерегулируемой
ступени по всей окружности без существенных аэродинамических потерь энергии.
В турбинах с дроссельным
парораспределением регулирующая ступень отсутствует.
КПД регулирующей ступени зависит ,
главным образом , от площади проходного сечения сопловой решётки и отношения
скоростей 
Экономичность регулирующей ступени
характеризуется внутренним относительным КПД 
который рассчитывается по формуле:
; 
где
- поправка на КПД регулирующей
ступени при отклонении отношения скоростей 
от оптимального значения 
;
- давление пара перед соплами
регулирующей ступени; Па.
- объём пара перед соплами
регулирующей ступени; м3/кг.(по h-s диаграмме 
)
- расход пара; кг/с.
- отношение окружной скорости u к фиктивной
скорости 
определяемой
из соотношения : 
n - частота
вращения ротора;
Диаметр регулирующей ступени
принимается в пределах 0,8-1,2 м при n=50 с-1.
При выполнении ротора цельнокованым средний диаметр регулирующей ступени не
должен превышать 1,1 м по технологическим условиям его изготовления.
Принимаем 
м,
Значение оптимального отношения
скоростей можно определить из условия максимума КПД 
по формуле:
; где
- коэффициент скорости сопловой
решетки (принимается =0,96);
1э-эффективный
угол выхода потока пара из сопловой решетки;
- число венцов в ступени (при
одновенечной 
);
при расчёте 
можно
принять следующие значения угла выхода и степени парциональности:
для одновенечной ступени значение
угла выхода1э =11-140;
=0,05-0,12;принимается12
и 0,1
Для регулирующей ступени из-за
потерь энергии на трение диска, от утечек пара и др. отношение скоростей 
выбирают
несколько меньшими, чем их оптимальные значения, рассчитанные по формуле:
принимаем несколько меньшим равным
0,43;
;
По графику (1,с 126) 
;
При принятом 
м, рассчитываем теплоперепад
регулирующей ступени:
; где
- коэффициент скорости сопловой
решетки;
- коэффициент скорости рабочих
лопаток;
- угол выхода потока пара из
сопловой решетки;
- угол направления относительной скорости
на входе в рабочую решётку;
- угол направления относительной
скорости на выходе из рабочей решётки.
Определение
размеров первой и последней нерегулируемых ступеней
В h-s
диаграмме от точки, характеризующей состояние пара перед первой нерегулируемой
ступенью, по полезно используемому теплоперепаду и заданному конечному давлению
пара осуществляется построение предварительного реального процесса расширения
пара в группе нерегулируемых ступеней.
При этом значение теплоперепада 
находится
как разность начальной энтальпии пара и конечной энтальпии, соответствующей
окончанию изоэнтропийного процесса расширения в нерегулируемых ступенях до
заданного конечного давления.
Значение внутреннего КПД 
рассчитывается
по формуле:
где:
- средний расход пара через группу
ступеней;
- средний удельный объём пара м3/кг
и 
; 
и 
- расходы и удельные объёмы пара
перед и за группой ступеней;
- располагаемый теплоперепад группы
ступеней кДж/кг;
; потери с выходной скоростью
принимаем равным 120;
-число ступеней в группе;
принимаем
Определение
размеров первой нерегулируемой ступени
Расчёт первой нерегулируемой ступени
производится при принимаемых предварительно значениях диаметра ступени 
или высоты
сопловой решётки 
где
- степень парциональности
(желательно иметь 1); 
- расход пара через ступень; 
- теоретический объём пара за
сопловой решёткой, м3/кг;
- отношение скоростей;
Отношение скоростей можно рассчитать
по формуле:
- коэффициент расхода сопловой
решётки (приближённо =0,97);
- частота вращения ротора турбины,
1/с; 
- степень реактивности ступени; 
- эффективный угол выхода пара из
сопловой решётки. 
Целесообразный диаметр первой
нерегулируемой ступени
Для турбин с сопловым
парораспределением значение 
можно принимать меньше диаметра
регулирующей ступени на величину. Принимаем равным 
.
- находится по h-s диаграмме в
точке , соответствующей окончанию изоэнтропийного процесса расширения пара в
сопловой решётке. 
Отношение скоростей можно
рассчитать по формуле:
В зависимости от степени
реактивности и угла выхода
-эффективный угол выхода задаётся с
учётом того, что, с одной стороны, желательно его уменьшение для получения
большей высоты лопаток и повышения КПД ступени, с другой стороны, уменьшение приводит к
росту профильных потерь в решётках и увеличению осевого зазора между сопловой и
рабочей решётками. Принимаем 
Определение
размеров последней нерегулируемой ступени
Для части высокого давления, а
иногда и для всей проточной части турбины принимают постоянный корневой диаметр
всех ступеней -
. Такой
закон изменения диаметров всех ступеней позволяет обеспечить унификацию
хвостовых креплений лопаток, постоянство диаметров обточки дисков, а также
размеров канавок в дисках, протачиваемых для крепления лопаток.
Если в группе ступеней с постоянным
корневым диаметром принять постоянное значение отношения скоростей и степеней
реактивности в сечениях у корня рабочих лопаток, то все лопатки этой группы
будут иметь одинаковые профили и, следовательно, лопатки будут отличаться
только высотой.
Такая унификация позволяет
использовать один и тот же инструмент и приспособления, удешевляющие
изготовление турбины.
При определении размеров последней
нерегулируемой ступени исходят из того, что для обеспечения технологичности конструкции
турбины, унификации ее отдельных её элементов проточная часть высокого давления
турбины выполняется с постоянным корневым диаметром ступени 
(диаметром
посадки рабочих лопаток на диск ).
При известных диаметре 
и высоте
сопловой лопатки 
первой
нерегулируемой ступени корневой диаметр определяется из выражения 
где
-высота рабочей лопатки первой
нерегулируемой ступени, м;
- перекрыша 
.
-принимаем равным 
При равных корневых диаметрах
ступеней турбины расчётные средние диаметры нерегулируемых ступеней возрастают
вдоль проточной части от первой ступени к последней в связи с ростом высоты
лопаток. Связь между высотами рабочих лопаток и диаметрами первой и и последней
и нерегулируемых ступеней устанавливается из выражения 
:
;
Значения удельных объёмов пар в
конце процесса расширения пара в первой 
и последней 
нерегулируемых
ступеней определяют по предварительно построенному в hs- диаграмме
действительному процессу расширения пара в группе нерегулируемых ступеней
турбины по давлению пара за этими ступенями.
;
;
Из которого определяется:
И затем средний диаметр последней
ступени:
.
Определение
числа нерегулируемых ступеней и их теплоперепадов
Число нерегулируемых ступеней
турбины 
находится
по формуле 
; где
- располагаемый теплоперепад,
приходящийся на группу нерегулируемых ступеней, 
- коэффициент возврата теплоты;
- средний теплоперепад
нерегулируемой ступени, .
Значение теплоперепада находится по
построенному в 
- диаграмме
предварительному процессу расширения пара в турбине (п.2.3.) как разность
энтальпии пара перед нерегулируемой ступенью и энтальпии точки, соответствующей
окончанию изоэнтропийного расширения пара в проточной части нерегулируемых
ступеней до заданного конечного давления пара.
Располагаемый теплоперепад в
цилиндре, приходящийся на нерегулируемые ступени, определяется из 
- диаграммы
процесса расширения:
Определение числа ступеней и распределение
теплоперепада между ними удобно производить построением специальной диаграммы:
выбирается отрезок a
произвольной длины. По его концам на перпендикулярах откладывают отрезки,
соответствующие в масштабе средним диаметрам первой нерегулируемой и последней
ступеней цилиндра. Концы отрезков соединяют плавной кривой, соответствующей
закону раскрытия проточной части.
Для первой и последней ступеней
определяют 
,
обеспечивающее максимум лопаточного КПД:
где 
- фиктивная скорость пара в
ступени, м/с;
- коэффициент скорости.
На диаграмме наносится линия
изменения xопт по
ступеням, (это либо прямая линия, либо вообще величина xопт принимается
постоянной для всех ступеней). Отрезок а делим на 16 равных частей, из концов
отрезков восстанавливаем перпендикуляры и в точках пересечения с линиями
средних диаметров и xопт определяют
величины d и xопт условных
ступеней. По этим данным определяют теплоперепады по формуле:
Находим средний теплоперепад:
Определим число нерегулируемых ступеней
в ЦВД. Из предварительного расчёта известны средние диаметры паровой и
последней ступеней цилиндра:
; 
.
Располагаемый теплоперепад на
нерегулируемые ступени ЦВД:
.
Примем постоянными для всех
ступеней:
Предварительно оценив количество
нерегулируемых ступеней в ЦВД:
Найдём величину коэффициента
возврата тепла:
;
где 
=0,85 - КПД рассчитываемого отсека;
=
- коэффициент для процесса,
проходящего в перегретом паре;
Необходимое число ступеней в
цилиндре:
,
то есть 16 ступеней.
Уточнённый средний теплоперепад на
ступень цилиндра:
кДж/кг.
Процесс
расширения пара в турбине в h,s-диаграмме
Определяем давление перед проточной
частью турбины 
, приняв
потери давления в паровпускных органах 
из рекомендуемого диапазона 
:
Считая процесс дросселирования в
паровпускных органах изоэнтальпийным, строим его в hS- диаграмме
отрезком горизонтали до пересечения в точке О´ с изобарой 
Затем определяем температуру: 
Принимаем что турбина имеет сопловое
парораспределение, характерное для современных турбин мощностью ниже 1000 МВт.
Регулирующую ступень выполняем
одновенечной: при принятом среднем диаметре регулирующей ступени рассчитан
располагаемый теплоперепад регулирующей ступени равен 
;
КПД регулирующей ступени рассчитан и
составляет 
Действительный теплоперепад,
срабатываемый в регулирующей ступени:
.
Для построения процесса расширения
пара в регулирующей ступени из точки О´ hS- диаграммы
по вертикали откладываем отрезок, равный .
Точка вертикали 1ид , в
которой:
определяет изобару Рр.с=10,3
МПа. Откладывая из точки О´ на этой же вертикали отрезок, равный
и проводя
через его конец изоэнтальпу: 
до пересечения с изобарой 
, получаем
точку 1, соответствующую окончанию действительного процесса расширения (с
учётом потерь) пара в регулирующей ступени. В точке 1:
; 
; t1=
Действительный процесс расширения
пара в регулирующей ступени изображается отрезком прямой, соединяющей точки О´ и 1.
Давление пара за ЦВД принимаем
равным давлению в производственном отборе Рпр.отб.:
.
Строим изоэнтропный процесс
расширения пара в ЦВД. Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой 
в точке 2ид,
находим:
,
и располагаемый теплоперепад в ЦВД:
.
Задаёмся величиной относительного
внутреннего КПД ЦВД 
определяем
действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:
.
В hS- диаграмме
находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения
в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы
с изобарой давления за ЦВД .
Действительный процесс расширения в
ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.
Детальный
расчёт ступеней турбины
Детальный расчёт регулирующей
ступени
|
Показатель
|
Формула
или источник
|
Значение
|
|
1
|
Расход
пара   ,из
предварительного расчёта
|
|
|
|
2
|
Средний
диаметр  ,из
предварительного расчёта
|
|
|
3 Частота
вращения 
, исходные
данные
4 Окружная
скорость в среднем диаметре 
|
|
|
|
5 Давление
пара перед ступенью 
из
предварительного расчёта,
|
|
|
|
|
|
6
|
Температура
пара перед ступенью  из
предварительного расчёта
|
|
|
|
7
|
Энтальпия
пара перед ступенью  ,по h-s диаграмме
|
|
|
|
8
|
Скорость
пара на входе в ступень  ,  
|
|
|
9 Давление
торможения перед ступенью 
,
- по
параметрам пара перед ступенью.
по
h-s диаграмме
|
|
|
|
10 Давление
пара за ступенью 
,
|
по
h-s диаграмме
|
|
|
|
|
11
|
Изоэнтропийный
теплоперепад ступени по параметрам торможения, ,по h-s диаграмме
|
|
|
|
12
|
Отношение
скоростей   
|
|
|
|
13
|
Степень
реактивности  ,принимаем
|
|
|
|
14
|
Изоэнтропийный
теплоперепад в сопловой решётке  , 
|
|
|
|
15
|
Изоэнтропийный
теплоперепад в рабочей решётке  , 
|
|
|
|
16
|
Давление
за сопловой решёткой  по h-s диаграмме
|
|
|
|
17
|
Удельный
объём пара за сопловой решёткой (теоретический)  по h-s диаграмме
|
|
|
|
18
|
Удельный
объём пара за рабочей решёткой (теоретический)  по h-s диаграмме
|
|
|
|
19
|
Теоретическая
скорость выхода из сопловых лопаток  , 
|
|
|
|
20
|
Выходная
площадь сопловой решётки (предварительная)  при   
|
|
|
|
21
|
Угол
направления скорости  принимаем
|
|
|
|
22
|
Высота
сопловых лопаток предварительная   
|
|
|
|
23
|
Хорда
профиля сопловой решетки  принимаем
|
|
|
|
24
|
Коэффициент
расхода сопловой решётки  определяем по  
|
|
|
|
25
|
Выходная
площадь сопловой решётки   
|
|
|
|
26
|
Высота
сопловых лопаток   
|
|
|
|
27
|
Коэффициент
скорости сопловой решётки  определяем по  
|
|
|
|
28
|
Скорость
выхода пара из сопловой решётки   
|
|
|
|
29
|
Относительная
скорость пара на входе в рабочую решётку   
|
|
|
30 Угол
направления, 
,
относительной скорости 
,
37 Коэффициент
скорости рабочей решётки 
,
47 Коэффициент
полезного действия лопаток 
а)
по формуле 
а) по
формуле 
Из атласа профилей лопаток выбираем профили
сопловых и рабочих лопаток не регулируемых ступеней:
Сопловые - С-55-15А;
Рабочие - Р-23-14А.
Расчёт нерегулируемых ступеней
|
показатель
|
|
№
ступени
|
|
|
регулирующая
|
2
|
3
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Расход пара 
83
2 Параметры пара
перед ступенью: Давление 
Температура 
Энтальпия
552
3489
10,1
511
3406
9,2
494
3 Давление торможения
перед ступенью
12,32
10,12
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень 
0
0
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения 
80
33,6
,6
6 Располагаемый
теплоперепад от статических параметров 
80
33,6
|
30,8
|
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр  1,0 0,8 0,81
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость  157 127,17 127,48
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей  0,4320,480,48
|
|
|
|
10 Степень реакции:
Корневая
Средняя 
Периферийная 
0,1
0,05
0.19
0,33
0,05
0.196
0,342
11 Изоэнтропный перепад
в решётке 
2
,00
,6
,5
,4
12 Теоретическая
скорость на выходе 
379,47
234,34
235
161,3
13 Параметры пара за
решётками Давление 
Удельный объём 
Сухость 
10,6
,0317
10,3
,0325
,45
,0348
,37
,035
,56
,0375
,4
|
0,039
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха  0,59
0,340,360,250,410,27
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода  0,967
0,9350,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки  0,0155
0,02660,0270,040,0290,046
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода  12,415,312,411,712,4612,8
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки  0,02080,028780,0490,0770,05280,0808
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости  0,955
0,910,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки  362,42213,24228153,2227149,1
|
|
|
|
|
|
|
|
21
|
Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё  197,2765,22114,138,56106,1737,8
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей  22,5251,5627,1453,727,561,8
|
|
|
|
|
|
|
|
23
|
Потери
энергии в решётке  6,324,721,631,271,611,21
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью  2,130,750,71
|
|
|
|
|
25
|
Располагаемая
энергия ступени  77,8733,3533,39
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд  0,830,890,89
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек  0,013
0.050,010,0280.00940,26
|
|
|
|
|
|
|
|
28
|
Потери
от трения диска, парциональности, влажности  0,0020,002
|
|
|
|
|
29
|
Относительный
внутренний кпд  0,7920,850,85
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад  59,3328,328,34
|
|
|
|
|
31
|
Внутренняя
мощность  499823842388
|
|
|
|
|
показатель
|
№
ступени
|
|
|
4
|
5
|
6
|
|
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
Рабочая
|
|
1
|
Расход
пара 83 83 83
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Параметры
пара перед ступенью: Давление
Температура
Энтальпия
,1
,2
,5
3 Давление
торможения перед ступенью
8,23
7,37
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень
1,67
1,65
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения
33,6
,6
6 Располагаемый
теплоперепад от статических параметров
32,43
32,45
|
32,47
|
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр 0,813 0,814 0,816
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость 127,6 127,8 128,1
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей 0,480,4850,486
|
|
|
|
10 Степень
реакции: Корневая
Средняя
Периферийная
0,05
,2
,35
0,05
,203
,356
0,05
,208
|
0,366
|
|
|
|
|
|
11
|
Изоэнтропный
перепад в решётке 27,286,8227,26,92277,1
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Теоретическая
скорость на выходе 233,58157,45233,24157,8232,4158,2
|
|
|
|
|
|
|
13 Параметры
пара за решётками Давление
Удельный
объём
Сухость
,61
,041
,5
,0416
,84
,045
,76
,0453
,15
,048
,1
|
0,0489
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха 0,420,290,420,30,420,3
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода 0,980,960,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки 0,0320,0490,0350,0530,0380,058
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода 12,412,912,513,112,513,5
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки 0,0580,0860,0630,0910,0680,096
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости 0,970,950,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки 22,57149,6226,24149,9225,4150,3
|
|
|
|
|
|
|
|
21
|
Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё 105,638,05105,139,0510439,5
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей 27,461,427,66227,962,8
|
|
|
|
|
|
|
23 Потери
энергии в решётке
|
1,611,211,61,221,61,22
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью 0,720,760,78
|
|
|
|
|
25
|
Располагаемая
энергия ступени 33,3833,3533,32
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд 0,890,890,89
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек 0,00850,0240,00780,0230,00720,022
|
|
|
|
|
|
|
28 Потери
от трения диска, парциональности, влажности
0,002
0,0015
|
0,0015
|
|
|
|
|
|
29
|
Относительный
внутренний кпд 0,850,860,86
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад 28,3728,628,65
|
|
|
|
|
31
|
Внутренняя
мощность 239024102413
|
|
|
|
|
показатель
|
№
ступени
|
|
|
7
|
8
|
9
|
|
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
Рабочая
|
|
1
|
Расход
пара 83 83 83
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Параметры
пара перед ступенью: Давление
Температура
Энтальпия
,9
423
3238
,2
404
3205
,6
387
3 Давление
торможения перед ступенью
5,92
,21
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень
1,62
,6
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения
33,6
3,6
6 Располагаемый
теплоперепад от статических параметров
32,48
,5
|
32,52
|
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр 0,8180,820,823
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость 128,4128,74129,21
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей 0,4870,4890,49
|
|
|
|
10 Степень
реакции: Корневая
Средняя
Периферийная
0,05
,21
,37
,05
,215
,38
,05
,217
|
0,384
|
|
|
|
|
|
11
|
Изоэнтропный
перепад в решётке 26,97,16
26,777,3326,77,4
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Теоретическая
скорость на выходе 231,9158,2231,4158,6231,1158,8
|
|
|
|
|
|
|
13 Параметры
пара за решётками Давление
Удельный
объём
Сухость
,52
,0531
,4
,0537
,90
,0587
,8
,0593
,33
,064
,2
|
0,065
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха 0,430,30,430,30,430,3
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода 0,980,960,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки 0,0420,0630,0460,070,0510,076
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода 12,513,712,513,912,514,4
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки 0,0750,1030,0840,1120,090,118
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости 0,970,950,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки 224,9150,3224,5150,7224,2150,9
|
|
|
|
|
|
|
21 Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё
103,4
,7
,5
,2
|
41,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей 28,163,728,364,128,465,7
|
|
|
|
|
|
|
23 Потери
энергии в решётке
|
1,591,221,571,221,571,22
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью 0,790,80,85
|
|
|
|
|
25
|
Располагаемая
энергия ступени 33,3133,333,25
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд 0,890,890,89
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек 0,00650,0210,0060,020,00530,018
|
|
|
|
|
|
|
28 Потери
от трения диска, парциональности, влажности
0,0014
0,0013
29 Относительный
внутренний кпд
|
0,860,860,86
|
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад 28,628,628,5
|
|
|
|
|
31
|
Внутренняя
мощность 240924092400
|
|
|
|
|
показатель
|
№
ступени
|
|
|
10
|
11
|
|
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
Рабочая
|
|
1
|
Расход
пара 83 83 83
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Параметры
пара перед ступенью: Давление
Температура
Энтальпия
,2
,72
,28
3 Давление
торможения перед ступенью
,22
,74
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень
1,57
,56
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения
33,6
3,6
6 Располагаемый
теплоперепад от статических параметров
,53
,54
|
32,56
|
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр 0,8260,8290,832
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость 129,68130,15130,62
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей 0,490,490,496
|
|
|
|
10 Степень
реакции: Корневая
Средняя
Периферийная
0,05
,22
,384
,05
,222
,394
,05
,225
|
0,4
|
|
|
|
|
|
11
|
Изоэнтропный
перепад в решётке 26,67,526,537,626,437,7
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Теоретическая
скорость на выходе 230,7158,8230,3158,9230159,2
|
|
|
|
|
|
|
13 Параметры
пара за решётками Давление
Удельный
объём
Сухость
,76
,072
,72
,073
,34
,079
,28
,08
,94
,087
,89
|
0,088
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха 0,440,30,440,30,450,3
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода 0,980,960,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки 0,0550,0820,060,090,0660,099
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода 12,414,412,414,712,515
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки 0,0980,1260,1070,1350,1170,145
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости 0,970,950,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки 223,7150,9223,4151223,1151,24
|
|
|
|
|
|
|
21 Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё
101
,3
,5
,7
|
42,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей 28,466,328,667,52968,4
|
|
|
|
|
|
|
23 Потери
энергии в решётке
|
1,591,221,561,221,561,24
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью 0,840,860,89
|
|
|
|
25 Располагаемая
энергия ступени
,26
,24
|
33,21
|
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд 0,890,890,89
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек 0,0050,0170,00450,0160,00410,015
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 Потери
от трения диска, парциональности, влажности
0,0011
,001
|
0,001
|
|
|
|
|
|
29
|
Относительный
внутренний кпд 0,860,870,87
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад 28,628,928,9
|
|
|
|
|
31
|
Внутренняя
мощность 231523392339
|
|
|
|
|
показатель
|
№
ступени
|
|
|
13
|
14
|
15
|
|
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
Рабочая
|
|
1
|
Расход
пара 79 79 79
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Параметры
пара перед ступенью: Давление
Температура
Энтальпия
,89
,5
,17
3 Давление
торможения перед ступенью
,91
,52
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень
1,52
,51
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения
33,6
3,6
6 Располагаемый
теплоперепад от статических параметров
32,58
,59
|
32,61
|
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр 0,8340,8360,839
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость 130,94131,25131,72
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей 0,4970,4980,5
|
|
|
|
10 Степень
реакции: Корневая
Средняя
Периферийная
0,05
,228
,406
,05
,231
,412
,05
,235
|
0,42
|
|
|
|
|
|
11
|
Изоэнтропный
перепад в решётке 26,337,7726,227,8826,098,01
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Теоретическая
скорость на выходе 229,5159,2229159,4228,4159,6
|
|
|
|
|
|
|
13 Параметры
пара за решётками Давление
Удельный
объём
Сухость
,59
,096
,5
,097
,23
,108
,17
,11
,94
,12
,9
|
0,122
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха 0,460,320,460,320,470,33
|
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода 0,980,960,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки 0,0730,1090,0790,1180,0880,131
|
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода 12,515,212,515,512,515,7
|
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки 0,1290,1570,1380,1660,1540,182
|
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости 0,970,950,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки 222,6151,24222,13151,43221,5151,62
|
|
|
|
|
|
|
21 Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё
98,9
,4
,2
,05
,2
|
43,43
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей 29,269,329,370,129,670,9
|
|
|
|
|
|
|
|
23
|
Потери
энергии в решётке 1,561,241,551,241,551,24
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью 0,90,930,94
|
|
|
|
|
25
|
Располагаемая
энергия ступени 33,233,1733,16
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд 0,890,8880,888
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек 0,00370,0140,00340,0130,00310,012
|
|
|
|
|
|
|
28 Потери
от трения диска, парциональности, влажности
0,0009
,0008
|
0,0007
|
|
|
|
|
|
29
|
Относительный
внутренний кпд 0,870,870,87
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад 28,928,828,8
|
|
|
|
31 Внутренняя
мощность
|
показатель
|
№
ступени
|
|
|
|
16
|
17
|
|
|
|
сопловая
|
рабочая
|
сопловая
|
рабочая
|
|
|
1
|
Расход
пара 71 71
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Параметры пара
перед ступенью: Давление
Температура
Энтальпия
,9
,64
3 Давление торможения
перед ступенью
,91
4 Кинетическая
энергия на входе в ступень
1,47
5 Располагаемый
теплоперепад от параметров торможения
33,6
|
33,6
|
|
|
|
|
|
6
|
Располагаемый
теплоперепад от статических параметров 32,6332,64
|
|
|
|
|
7
|
Средний
диаметр 0,8420,845
|
|
|
|
|
8
|
Окружная
скорость 132,19132,67
|
|
|
|
|
9
|
Отношение
скоростей 0,50,5
|
|
|
|
10 Степень реакции:
Корневая
Средняя
Периферийная
0,05
,238
,426
,05
,24
11 Изоэнтропный перепад
в решётке
,98
,12
,92
|
8,18
|
|
|
|
|
|
|
|
12
|
Теоретическая
скорость на выходе 227,9159,7227,68159,7
|
|
|
|
|
|
13 Параметры пара за
решётками Давление
Удельный объём
Сухость
,68
,134
,64
,137
,51
,151
,48
|
0,154
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
Числа
Маха 0,480,340,480,34
|
|
|
|
|
|
|
15
|
Коэффициент
расхода 0,980,960,980,96
|
|
|
|
|
|
|
16
|
Площадь
решётки 0,0980,1470,1110,165
|
|
|
|
|
|
|
17
|
Эффективный
угол выхода 12,41612,416,2
|
|
|
|
|
|
|
18
|
Высота
решётки 0,1720,20,1930,221
|
|
|
|
|
|
|
19
|
Коэффициент
скорости 0,970,950,970,95
|
|
|
|
|
|
|
20
|
Скорость
выхода потока из решётки 221,06151,7220,85151,7
|
|
|
|
|
|
|
21
|
Относительная
скорость на входе в рабочую решётку и абсолютная скорость на выходе из неё 96,244495,6244,3
|
|
|
|
|
|
|
22
|
Углы
направления этих скоростей 29,671,929,772,9
|
|
|
|
|
|
23 Потери энергии в
решётке
|
1,541,251,531,25
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
Потери
энергии с выходной скоростью 0,970,98
|
|
|
|
|
25
|
Располагаемая
энергия ступени 33,1334,1
|
|
|
|
|
26
|
Относительный
лопаточный кпд 0,8870,89
|
|
|
|
|
27
|
Потери
от утечек 0,00280,0110,00240,01
|
|
|
|
|
|
28 Потери от трения
диска, парциональности, влажности
0,0006
|
0,0005
|
|
|
|
|
|
29
|
Относительный
внутренний кпд 0,870,877
|
|
|
|
|
30
|
Использованный
теплоперепад 28,829,9
|
|
|
|
|
31
|
Внутренняя
мощность 22242307
|
|
|
|
Для всех не регулируемых ступеней
приняты неизменными корневая степень реактивности, хорда профиля сопловой
лопатки 
и хорда
профиля рабочей лопатки 
(на среднем
диаметре). Все ступени выполняются с цилиндрическим бандажом.
Потери от утечек в диафрагменном
уплотнении определяем по формуле:
где 
принято постоянным для всех
ступеней отсека.
Потери от периферийной утечки
определяются по формуле:
где 
принято равным 0,7 мм.
.
Из атласа профилей лопаток выбираем
профили сопловых и рабочих лопаток не регулируемых ступеней:
Сопловые - С-55-15А;
Рабочие - Р-23-14А.
Для окончательного формирования
решётки необходимо определить число профилей в решётке (круговой).
-средний диаметр решётки (ступени);
-шаг расположения в решётке на
среднем диаметре;
Для регулирующей ступени:
Сопловая решётка Z=9;
Рабочая решётка Z=20;
Для нерегулируемых ступеней:
Сопловая решётка Z=7; Рабочая
решётка Z=16.
Расчёт
электрической мощности турбины
После детального расчёта ступеней находится
электрическая мощность турбины по формуле:
Заключение
На основании исходных данных определены расходы
пара ступеней турбины, располагаемые теплоперепады, а также геометрические
параметры работы турбины. В результате детального расчета всех (регулируемой и
нерегулируемых ступеней) определена действительная электрическая мощность
турбины.
Литература
1.
Трубилов М.А., Арсеньев Г.В., Фролов В.В. и др. «Паровые и газовые турбины»,
Энергоатомиздат, 1985г.
.
Щегляев А.В. «Паровые турбины», Энергия, 1967.