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.

    При построении процесса расширения в h,s-диаграмме принимаем потери давления в стопорных и регулирующщих клапанах равными 4 % от Р>0>:

P/P>0> =0,04; P = P>0> * 0,04 = 6,8 * 0,04 = 0,272 МПа;

P>0> = P>0 >- P = 6,8 – 0,27 = 6,53 МПа

По h,s-диаграмме находим: h>0> = 2725 кДж/кг;

>0> = 0,032 м3/кг ; h>к> = 2252 кДж/кг; x>0> = 0,995

    Располагаемый теплоперепад в турбине:

H>0> = h>0> – h>к> = 2725 – 2252 = 472 кДж/кг;

    Задаемся значением внутреннего относительного КПД турбины: >oi> = 0,8.

Принимаем КПД генератора >г> = 0,985, КПД механический >м> = 0,99.

    Р
    асход пара на ЦВД:

Т.к. ЦВД выполнен двухпоточным, то расход пара на один поток G>1> = 65,18 кг/с.

    Из расчета тепловой схемы турбины – относительный расход пара в отборах ЦВД:

>1 >= 0,06; >2 >= 0,02; >3 >= 0,03;

    Расход пара через последнюю ступень ЦВД:



II. Предварительный расчет 1-й ступени.

    Задаемся величиной располагаемого теплоперепада на сопловой решетке h>ос>=80 КДж/кг.

По h,s-диаграмме , удельный объем пара на выходе из сопловой решетки >1>>t> = 0,045 м3/кг.

    Определим диаметр 1-й ступени:

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:

Х>ф >=0,5 – отношение скоростей, принимая согласно l>1>, где

l>1> = 0,015 м –высота сопловой решетки , по [1].

    Теплоперепад сопловой решетки:

    Проверка

III. Предварительный расчет последней ступени.

    При предварительном расчете ЦВД с противодавлением, где объемы пара возрастают незначительно, диаметр у корня лопаток (корневой диаметр d>к>) принимают постоянным. В этом случае высота рабочих лопаток 1-й и последней ступеней связаны приближенной зависимостью:

, где:

l>2>= l>1 >+  = 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).

>2>>t> >1>>t> = 0,045 м3/кг

=0,178м

    Диаметр последней ступени:

d>z> = (d>1> – l>z>) + l>z> = (1,05-0,018)+0,178= 1,21 м.(1,46)

IV. Выбор числа ступеней ЦВД и распределение теплоперепадов между ними.

    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).

(d>1> = 1,05 м; d>2> = 1,09 м; d>3> = 1,13 м; d>4> = 1,17 м; d>5> = 1,21 м;)

d>1> = 1,3 м; d>2> = 1,34 м; d>3> = 1,38 м; d>4> = 1,42 м; d>5> = 1,46 м;

    Располагаемые теплоперепады для каждой ступени:

h>о>>z>> >= 12,3 * (dz/Хф)2

h>о1 >=56,96 КДж/кг;(83,15) h>о2 >=59,12 КДж/кг;(88,34) h>о3 >=61,3 КДж/кг;(93,7)

h>о4 >=63,46 КДж/кг;(99,21) h>о5 >=65,63 КДж/кг.(104,87)

    Средний теплоперепад ступени:

h>оср >=94,9 КДж/кг;(61,3)

4.Коэффициент возврата теплоты:

q = *(1-c>oi>)*Н>0>*(z’-1)/z’, где

c>oi> =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-c>oi>)*Н>0>*(z’-1)/z’, где

    = 4,995

    6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени:

Расхождение :

Распределим равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой ступени:

h’>о>>z>> >= h>о>>z>> >+ /z

№ ступени

1

2

3

4

5

d>ст>, м

1,3

1,34

1,38

1,42

1,46

h>о>>z>> >, КДж/кг

83,15

88,34

93,7

99,21

104,87

h’>о>>z> ,КДж/кг

82,35

87,54

92,9

98,41

104,07

V. Детальный расчет первой ступени ЦВД.

    Степень реакции по среднему диаметру:

>ср1> =

    Изоэнтропный теплоперепад в сопловой решетке:

h>ос> => >(1 - ) * h>0> = (1-0,024) *93,05 = 90,82 КДж/кг.

    Энтальпия пара за сопловой решеткой:

h>c> = h>0> – h>oc> = 2725 – 90,82= 2634,18 КДж/кг.

    По h,s-диаграмме определим параметры пара:

>1>>t> = 0,046 м3/кг, Р>1> = 4,3 МПа.

    Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки:

    Выходная площадь сопловой решетки:

>1 >= 0,97 – коэффициент расхода.

    Высота сопловой решетки: l>1> =

    Число Маха:

M>1>>t> =

к = 1,35 – показатель адиабаты пара.

    По значениям M>1>>t> и >1э> из атласа профилей выбираем профиль сопловой решетки:

С-90-09-А; t = 0,78; b>1> = 6,06 см

    Число лопаток:

Z =

    Коэффициент скорости сопловой решетки:

 = 0,97 (рис. 2.29а [2]).

    Построим входной треугольник скоростей (см. рис 2):

С>1> =  * С>1>>t>> > =0,97*426,2=413,4 м/с

U =  * d *n =3,14*1,3*50=204,1 м/с

    По треугольнику скоростей определяем относительную скорость входа в рабочую решетку и угол направления этой скорости:

>1> = 213 м/с; >1> = 22.

    Потери энергии при обтекании сопловой решетки:

    Изоэнтропный теплоперепад в рабочей решетке:

h>ор> =  * h>о1> = 0,024 * 93,05 = 2,23 кДж/кг

    Энтальпия пара в конце изо энтропного расширения:

h>р> = h>с> + h>c> - h>ор> = 2634,18 + 5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг

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

>2>>t> = 0,046 м3/кг, Р>2> = 4,3 МПа.

    Теоретическая относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:

>2>>t> =

    Площадь рабочей решетки:

    Высота рабочей лопатки:

l>2 >= l>1> +  = 0,011 + 0,003 = 0,0113 м

    Эффективный угол выхода пара из рабочей решетки:

; >2э> = 18,1.




    Число Маха:

M>2>>t> =

    По значениям M>2>>t> и >2э> из атласа профилей выбираем профиль рабочей лопатки:

Р-26-17-А; t = 0,65; b>1> = 2,576 см

    Число лопаток:

Z>2> =

    Коэффициент скорости в рабочей решетке:

= 0,945 (рис. 2.29а [2]).

    Построим выходной треугольник скоростей (см. рис 2).

По треугольнику скоростей определяем относительную скорость на выходе из рабочей решетки и угол направления этой скорости:

>2> =  * >2>>t>> >= 0,945 * 223,2 = 210,9 м/с;

sin >2> = sin >2>>э> * (>2> / ) = sin18,1*(0,94/0,945)= 0,309,

>2> 18 

    Из выходного треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода пара из ступени и выход ее направления:

С>2> = 71 м/с, >2> = 94.

    Потери при обтекании рабочей решетки:

    Потери с выходной скоростью:

    Располагаемая энергия ступени:

E>0> = h – x>в.с.> * h>в.с.> = 93,05 – 2,52 = 90,53;

x>в.с.> =1 – с учетом полного использования С>2>.

    Относительный лопаточный КПД:

, и проверяем

Расхождение между КПД, подсчитанным по разным формулам, незначительно.

    Относительные потери от утечек через диафрагменные уплотнения подсчитываются для последующих ступеней:

, где

К>y> – поправочный коэффициент ступенчатого уплотнения;

М>y> – коэффициент расхода уплотнения (рис. 3.34 [1]);

Z>y >–> >число гребней диафрагменного уплотнения;

>1> – коэффициент расхода сопловой решетки;

F>1> – выходная площадь сопловой решетки;

F>y> =  * d>y> * >y> – площадь проходного сечения;

d>y> – диаметр уплотнения;

>y> – радиальный зазор.

    Относительные потери утечек через бандажные уплотнения:

>y> = ,где

d>n> = d>1> + l>2> = 1,3 + 0,018 =1,318 - диаметр по периферии;

>э> – эквивалентный зазор, >э> = ,где

>а> = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;

>z> = 1 мм – радиальный зазор;

z>r> = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.

>э> =

>y> =

    Абсолютные потери от утечек через уплотнения ступени:

h>у> =>у> * Е>0>=0,045*90,46= 4,034кДж/кг

    Относительные потери на трение:

>тр> = ,где

К>тр> = (0,450,8)*10-3 – зависит от режима течения.

>тр> =

    Абсолютные потери на трение:

h>тр> =>тр> * Е>0>= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг

    Относительные потери от влажности:

>вл> = , где

y>0> = 0,5 % - степень влажности перед ступенью;

y>2> = 7,5 % - степень влажности после ступени;

>вл> =2*0,5[0,9*0,005+0,35((0,075-0,005)]=0,029

    Абсолютные потери от влажности:

h>вл> =>вл> * Е>0>= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг

    Используемый теплоперепад ступени:

h>i> = E>0> - h>c> - h>p> - h>в.с.> - h>y> - h>тр> - h>вл> =

= 90,46 – 5,4 – 2,66 – 2,52 – 4,034 – 0,98 – 2,623 = 72,24 кДж/кг

    Внутренний относительный КПД ступени:

>oi> = h>i> / E>0> = 72,24 / 90,46 = 0,8

    Внутренняя мощность ступени:

N>i> = G>i> * h>i> = 65,18 * 72,24 = 4708,6 КВт.





Список используемой литературы:

    «Тепловой расчет паровой турбины» Методические указания по курсовому проектированию. М.:МГОУ, 1994г.

    Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. «Паровые и газовые турбоустановки», 1988г.

    Щегляев А.В. «Паровые турбины», 1976 г.

    Теплофизические свойства воды и водяного пара п/р Ривкина, Александрова, 1980г.