Тепловий розрахунок парової турбіни
Тепловий розрахунок турбіни виконується з метою визначення основних розмірів та характеристик проточної частини: числа та діаметрів ступенів, висот їх соплових та робочих грат та типів профілів, к.п.д. ступенів, окремих циліндрів та турбіни в цілому. Тепловий розрахунок турбіни виконується на задану потужність, задані початкові та кінцеві параметри пари, число обертів; при проектуванні турбіни з регульованими відборами пари, крім того, на задані тиски та величину відборів. У цьому курсовому проекті проведено тепловий розрахунок турбіни Р-40-130/31. Дані всі необхідні вихідні дані. Метою курсового проектування є закріплення, розширення та поглиблення теоретичних знань з дисципліни “Парові та газові турбіни”. Курсовий проект включає проведення великого обсягу розрахункових робіт, тому при його виконанні потрібно максимально використовувати ЕОМ, що суттєво підвищить якість проекту.
Парова турбіна є двигуном, в якому потенційна енергія перегрітої пари перетворюється на кінетичну енергію і потім в механічну енергію обертання ротора.
Для турбін типу Р за розрахункову витрату пари приймається витрата пари на турбіну при режимі номінальної потужності.
1.1 Побудова робочого процесу турбіни та визначення витрати пари на турбіну
Процес розширення починають будувати зі стану пари перед стопорним клапаном турбіни (рис.1), що визначається початковими параметрами P 0 , t 0 . Стан пари перед соплами першого ступеня визначають з урахуванням його дроселювання в клапанах
P '0 = (0,96) · P 0 = 0,96 * 12,75 = 11,97 МПа
Малюнок 1- Процес розширення пари в турбіні з промперегрівом в i-s-діаграмі
Внутрішній ККД регулюючого ступеня та окремих частинтурбіни приймається за аналітичними залежностями або досвідченими даними, отриманими в результаті випробувань однотипних турбін.
Для турбін з n = 50 сек -1 ККД регулюючого ступеня залежить в основному від площі соплової решітки, пропорційної обсягу витрати пари.
У турбінах типу Р як регулюючий щабель встановлюють до потужності 40 МВт включно як одновінкові, так і двовінкові щаблі, вище 50 МВт - одновінкові. Одновінкові - hо рс = 95 кДж/кг.
Розташований теплоперепад у турбіні визначаємо за формулою:
Від точки Ро/по ізоентропі відкладається обраний тепловий перепад на регулюючий ступінь h рс (рис.3.1). Ізобару Р2 рс , проведена через точку кінця відрізка hо рс , відповідає тиску за регулюючим ступенем. Для того, щоб на цій ізобарі знайти точку початку процесу в нерегульованих ступенях необхідно врахувати втрати в регулюючій щаблі.
ККД одновінкового регулюючого ступеня можна знайти за формулою
де k u /з - коефіцієнт, що враховує відхилення відношення швидкостей u/з ф від оптимального значення;
Р 0 ,v 0 - тиск, Па, і питомий об'єм, м / кг, перед соплами регулюючої щаблі;
D – витрата пари через ступінь, кг/с.
Величину D можна прийняти рівною витраті пари на турбіну, знайденому для її прототипу або приблизно оцінити з виразу
де kрег - Коефіцієнт регенерації, що враховує збільшення витрати пари через регенеративних відборів, kрег = 1,15 ... 1,30;
Н i – дійсний теплоперепад конденсаційного потоку пари;
ηм , ηг – механічний ККД турбіни та ККД електрогенератора, що приймаються для турбін потужністю понад 50 МВт, відповідно 0,99 та 0,997;
Dп , Dт – витрати пари на виробничі потреби та теплофікацію;
yп , yт- Коефіцієнти недовироблення потужності парою промислового та опалювального відборів.
Як правило, найбільше значення має ККД ЧСД турбіни, де висота лопаток досягла значної величини, немає регулюючого ступеня і відсутні втрати енергії від вологості.
Витрата пари на ЦНД:
Т.к. ЦНД виконаний однопоточним, то витрата пари на один потік G1 = 118 кг/с.
1.2Вибір та розрахунок регулюючого ступеня
Перший ступінь у турбінах із сопловим паророзподілом працює зі змінною парціальністю при зміні витрати пари і називається регулюючою. У турбінах з дросельним паророзподілом регулюючий ступінь відсутній.
Як регулювальний ступінь може бути використана одновінкова ступінь або двовінковий ступінь швидкості. Вибір типу регулюючого ступеня проводиться з урахуванням її впливу на конструкцію та економічність турбіни. Використання теплоперепаду в одновінковій (80...120 кДж/кг), що призводить до скорочення числа нерегульованих ступенів і зниження металоємності та вартості турбіни. При цьому зменшиться температура і тиск пари перед нерегульованими щаблями, а це дозволить застосувати більш дешеві, низьколеговані сталі для їх виготовлення, знизити витікання пари через переднє кінцеве ущільнення та збільшити висоту лопаток першого нерегульованого ступеня. Розрахунок регулюючого ступеня зводиться до визначення її геометричних розмірів, вибору профілів соплових і робочих лопаток, знаходження потужності та ККД ступеня. Оскільки характеристики цього ступеня істотно впливають на конструкцію, число щаблів і ККД всієї турбіни, необхідно прагнути спроектувати цей щабель з високим ККД. Вихідними даними для розрахунку регулюючого ступеня єчастота обертання ротора турбіни, витрата пари на турбіну
Знаходять окружну швидкість ступеня
Рисунок 2 - Ступінь турбіни
Великий вплив на характеристики ступеня має характеристичний коефіцієнт
φ - коефіцієнт швидкості соплової решітки;
Попередньо можна прийняти
Фіктивна швидкість на виході із соплової решітки
З урахуванням прийнятого ступеня реактивності ρ знаходять теплоперепад в сопловій
Відклавши знайдені теплоперепади в i-s-діаграмі (рис.3) знаходять тиск