Расчет первой ступени паровой турбины ПТУ К-500-65 (3000 (Курсовой)

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, 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:

(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

2. Располагаемый теплоперепад в турбине:

H0 = h0 – hк = 2725 – 2252 = 472 кДж/кг;

3. Задаемся значением внутреннего относительного КПД турбины: (oi = 0,8.

Принимаем КПД генератора (г = 0,985, КПД механический (м = 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:

(1 = 0,06; (2 = 0,02; (3 = 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 (1t =

0,045 м3/кг.

2. Определим диаметр 1-й ступени:

[pic]

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].

[pic]

3. Теплоперепад сопловой решетки:

[pic]

4. Проверка

[pic]

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:

[pic] , 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

[pic]=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.

1. 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;

2. 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)

3. 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

5. [pic]= 4,99(5

6. 6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени:

[pic]

Расхождение : [pic]

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.

1. Степень реакции по среднему диаметру:

(ср1 =[pic]

2. Изоэнтропный теплоперепад в сопловой решетке:

hос = (1 - () * h0 = (1-0,024) *93,05 = 90,82 КДж/кг.

3. Энтальпия пара за сопловой решеткой:

hc = h0 – hoc = 2725 – 90,82= 2634,18 КДж/кг.

4. По h,s-диаграмме определим параметры пара:

(1t = 0,046 м3/кг, Р1 = 4,3 МПа.

5. Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки:

[pic]

6. Выходная площадь сопловой решетки:

[pic]

(1 = 0,97 – коэффициент расхода.

7. Высота сопловой решетки:

l1 =[pic]

8. Число Маха:

M1t =[pic]

к = 1,35 – показатель адиабаты пара.

9. По значениям M1t и (1э из атласа профилей выбираем профиль сопловой

решетки:

С-90-09-А; t = 0,78; b1 = 6,06 см

10. Число лопаток:

Z =[pic]

11. Коэффициент скорости сопловой решетки:

( = 0,97 (рис. 2.29а [2]).

12. 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

13. По треугольнику скоростей определяем относительную скорость входа в

рабочую решетку и угол направления этой скорости:

(1 = 213 м/с; (1 = 22(.

14. Потери энергии при обтекании сопловой решетки:

[pic]

15. Изоэнтропный теплоперепад в рабочей решетке:

hор = ( * hо1 = 0,024 * 93,05 = 2,23 кДж/кг

16. Энтальпия пара в конце изо энтропного расширения:

hр = hс + (hc - hор = 2634,18 + 5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг

17. Параметры пара за рабочей решеткой по h,s-диаграмме:

(2t = 0,046 м3/кг, Р2 = 4,3 МПа.

18. Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:

(2t = [pic]

19. Площадь рабочей решетки:

[pic]

20. Высота рабочей лопатки:

l2 = l1 + ( = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м

21. Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки:

[pic]; ((2э = 18,1(.

22. Число Маха:

M2t =[pic][pic]

23. По значениям M2t и (2э из атласа профилей выбираем профиль рабочей

лопатки:

Р-26-17-А; t = 0,65; b1 = 2,576 см

24. Число лопаток:

Z2 =[pic]

25. Коэффициент скорости в рабочей решетке:

(= 0,945 (рис. 2.29а [2]).

26. 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 (

27. Из выходного треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода

пара из ступени и выход ее направления:

С2 = 71 м/с, (2 = 94(.

28. Потери при обтекании рабочей решетки:

[pic]

29. Потери с выходной скоростью:

[pic]

30. Располагаемая энергия ступени:

E0 = h – xв.с. * (hв.с. = 93,05 – 2,52 = 90,53;

xв.с. =1 – с учетом полного использования С2.

31. Относительный лопаточный КПД:

[pic], и проверяем

[pic]

Расхождение между КПД, подсчитанным по разным формулам, незначительно.

32. Относительные потери от утечек через диафрагменные уплотнения

подсчитываются для последующих ступеней:

[pic] , 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.

33. Относительные потери утечек через бандажные уплотнения:

(y( = [pic] ,где

dn = d1 + l2 = 1,3 + 0,018 =1,318 - диаметр по периферии;

(э – эквивалентный зазор, (э =[pic] ,где

(а = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;

(z = 1 мм – радиальный зазор;

zr = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.

(э =[pic]

(y( = [pic]

34. Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени:

(hу =(у( * Е0=0,045*90,46= 4,034кДж/кг

35. Относительные потери на трение:

(тр =[pic] ,где

Ктр = (0,45(0,8)*10-3 – зависит от режима течения.

(тр =[pic]

36. Абсолютные потери на трение:

(hтр =(тр * Е0= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг

37. Относительные потери от влажности:

(вл = [pic] , 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

38. Абсолютные потери от влажности:

(hвл =(вл * Е0= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг

39. 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

40. Внутренний относительный КПД ступени:

(oi = hi / E0 = 72,24 / 90,46 = 0,8

41. 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.

-----------------------

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]