Введення
Тепловий розрахунок турбіни виконується з метою визначення основних розмірів і характеристик проточної частини: числа і діаметрів ступенів, висот їх соплових і робочих грат і типів профілів, к.к.д. ступенів, окремих циліндрів і турбіни в цілому. Тепловий розрахунок турбіни виконується на задану потужність, задані початкові і кінцеві параметри пари, число обертів; при проектуванні турбіни з регульованими відборами пари, крім того, на задані тиску і величину відборів. В даному курсовому проекті зроблено тепловий розрахунок турбіни Р-40-130/31.Дани всі потрібні вихідні дані. Метою курсового проектування є закріплення, розширення та поглиблення теоретичних знань з дисципліни "Парові турбіни". Курсовий проект включає проведення великого обсягу розрахункових робіт, тому при його виконанні треба максимально використовувати ЕОМ, що суттєво підвищить якість проекту.
Парова турбіна є двигуном, в якому потенційна енергія перегрітої пари перетвориться в кінетичну енергію і, потім в механічну енергію обертання ротора.
Для турбін типу Р за розрахунковий витрата пари приймається витрата пари на турбіну при режимі номінальної потужності.
1 . Основна частина
1.1 Побудова робочого процесу турбіни і визначення витрати пари на турбіну
Процес розширення починають будувати з стану пара перед стопорним клапаном турбіни (рис.1) визначається початковими параметрами P 0 , t 0 . Стан пара перед соплами першого ступеня визначають з урахуванням його дроселювання в клапанах
P ' 0 = (0,95 Вё 0,97) В· P 0 .
P ' 0 = (0,96) В· P 0 = 0,96 * 12,75 = 11,97 МПа
Рисунок 1 - Процес розширення пари в турбіні з промперегріву в i-s-діаграмі
Внутрішній ККД регулюючого щабля й окремих частин турбіни приймається по аналітичним залежностям або по досвідченим даним, отриманим в результаті випробувань однотипних турбін.
Для турбін з n = 50 сек -1 ККД регулюючого щабля залежить в основному від площі сопловой решітки, пропорційній об'ємній витраті пара.
У турбінах типу Р в якості регулюючої ступені встановлюють до потужності 40 МВт включно як одновенечние, так і двухвенечние щаблі, вище 50 МВт - одновенечние. Одновенечние - h про рс = 95 кДж/кг.
Наявний теплоперепад в турбіні визначаємо за формулою:
H 0 = h 0 - h до = 3490 - 3080 = 410 кДж/кг
Від точки Р про / по ізоентропе відкладається обраний теплової перепад на регулюючу щабель h про рс (рис.3.1). Изобар Р 2 рс , Проведена через точку З кінця відрізка h про рс , відповідає тиску за регулюючої сходинкою. Для того, щоб на цієї ізобари знайти точку початку процесу в нерегульованих щаблях, необхідно врахувати втрати в регулюючого щабля.
ККД одновенечной регулюючого щабля можна знайти за формулою
(1)
де k u /с - коефіцієнт, що враховує відхилення відносини швидкостей u/с ф від оптимального значення;
Р 0 , v 0 - тиск, Па, і питома обсяг, м Ві/кг, перед соплами регулюючого щабля;
D - витрата пари через щабель, кг/с.
Величину D можна прийняти рівною витраті пари на турбіну, знайденому для її прототипу або наближено оцінити з виразу
(2)
де k рег - коефіцієнт регенерації, що враховує збільшення витрати пари через регенеративних відборів, k рег = 1,15 ... 1,30;
Н i - дійсний теплоперепад конденсаційного потоку пари;
О· м , О· г - механічний ККД турбіни і ККД електрогенератора, що приймаються для турбін потужністю понад 50 МВт, відповідно 0,99 і 0,997;
D п , D т - витрати пари на виробничі потреби і теплофікацію;
y п , y т - коефіцієнти Недовиробіток потужності парою промислового та опалювального відборів.
ККД груп ступенів ЧНД, що працюють на перегрітій пареКак правило, найбільше значення має ККД ЧСД турбіни, де висота лопаток досягла значної величини, немає регулюючого щабля й відсутні втрати енергії від вологості.
Витрата пари на ЦНД:
Т.к. ЦНД виконаний однопоточні, то витрата пари на один потік G 1 = 118 кг/с.
1.2 Вибір і розрахунок регулюючого щабля
Перша ступінь в турбінах з сопловий паророзподіл працює зі змінною парциальностью при зміні витрати пари і називається регулюючої. У турбінах із дросельним паророзподілі регулююча щабель відсутня.
В якості регулюючого щабля може бути використана одновенечная щабель або двухвенечная щабель швидкості. Вибір типу регулюючої щаблі провадиться з урахуванням її впливу на конструкцію і економічність турбіни. Використання теплоперепад в одновенечной (80 ... 120 кДж/кг), що призводить до скорочення числа нерегульованих ступенів і зниженню металоємності і вартості турбіни. При цьому зменшиться температура і тиск пари перед нерегульованими ступенями, а це дозволить застосувати більш дешеві, низьколеговані сталі для їх виготовлення, знизити витоку пари через переднє концевое ущільнення і збільшити висоту лопаток перших нерегульованої щаблі. Розрахунок регулюючого щабля зводиться до визначення її геометричних розмірів, вибору профілів соплових і робочих лопаток, знаходженню потужності і ККД ступені. Оскільки характеристики цієї ступені справляють істотний вплив на конструкцію, число ступенів і ККД всієї турбіни, то необхідно прагнути спроектувати цю сходинку з високим ККД. Вихідними даними для розрахунку регулюючого щабля є частота обертання ротора турбіни, витрата пари на турбіну і параметри пари перед сходинкою. В якості визначального розміру приймають середній діаметр щаблі d. Розрахунок одновенечной регулюючої ступені (рис.2) роблять у наступній послідовності.
Знаходять окружну швидкість щаблі й вибирають ступінь реактивності ПЃ на середньому діаметрі в межах 0,03-0,08. Така величина ПЃ виключає можливість появи негативної реактивності у кореня лопаток на нерозрахованих режимах.
Малюнок 2 - Сходинка турбіни
Великий вплив на характеристики ступені надає характеристичний коефіцієнт. В першому наближенні його можна прийняти рівним, забезпечує максимум лопаточного ККД
, (3)
де - фіктивна швидкість пара;
П† - коефіцієнт швидкості сопловой решітки;
- кут виходу пари з сопловой решітки;
Попередньо можна прийняти, П† = 0,95 з наступним уточненням за формулою
(4)
Дійсне відношення рекомендується прийняти менше оптимального для збільшення теплоперепада на регулюючу щабель.
Фіктивна швидкість на виході з сопловой решітки дозволяє визначити розташовуваний теплоперепад, спрацьовує в ступені.
З урахуванням прийнятої ступеня реактивності ПЃ знаходять розташовуваний теплоперепад в сопловой і робочої решітках, а так само теоретичну швидкість пари на виході з сопел
(5)
Відклавши знайдені теплоперепад в is-діаграмі (Рис.3) знаходять тиск і теоретичний питомий обсяг за соплами, що дозволяє визначити вихідну площа сопловой решітки:
при надзвуковий швидкості для суживающихся сопел
(6)
де: - питома обсяг при критичному тиск;
-критична швидкість течії
- коефіцієнт витрати, приймаємо попередньо рівним 0,97, а потім уточнюється за формулою:
м/с (7)
Для перегрітої пари k = 1,3;.
...