Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 21
РАСЧЁТ СТУПЕНИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Студент ___________ Игнатьев А. В. Преподаватель _________________ Основной цикл современных паротурбинных установок – цикл Ренкина, реализуемый обычно с перегревом пара (рис. 1). Процесс в турбине можно в первом приближении считать адиабатическим. Паровая турбина может иметь один или несколько цилиндров высокого, среднего и низкого и давления. В каждом цилиндре пар расширяется в нескольких ступенях. Ступень паровой турбины состоит из венца направляющих лопаток, укреплённых на корпусе цилиндра, и венца рабочих лопаток, установленных на роторе. Направляющие лопатки служат для придания струям пара оптимального направления; через рабочие лопатки ротору сообщается кинетическая энергия. Ступень называется активной, если пар не расширяется в рабочих лопатках, и реактивной в противном случае. Реальный процесс в турбинной ступени не изоэнтропен. Необратимые потери снижают КПД ступени и повышают температуру пара на выходе из неё. График процесса турбины изображён на рис. 2. Скачки энтальпии связаны с измерением скорости потока на разных участках относительно движущихся и неподвижных деталей. Расчёт паровой турбины состоит, вообще говоря, из трёх этапов: одномерный – в предположении, что параметры пара изменяются только вдоль оси, двумерный – при рассмотрении изменения свойств пара по радиусу, и трёхмерный – описание движения пара по профилю канала. Наиболее прост и обычно имеет наибольшее влияние первый этап, который здесь и рассматривается. В данной работе решается прямая задача расчёта турбинной ступени: по известной геометрии ступени рассчитываются параметры внутри неё и её рабочие показатели. Обратная задача – построение ступени по требуемым характеристикам; она обычно очень сложна и решается на основе прямой методом последовательных приближений. Исходные данные Согласно заданию преподавателя, к расчёту приняты следующие исходные данные. Таблица 1. Исходные данные Наименование параметра Обозначение ЕИ Значение Турбина К‑300‑240 Цилиндр ЦВД с реактивными лопатками Частота оборотов вала n
об/мин 3000 Расход пара через ступень G
0
т/час 897,5800 кг/с 249,3277 Расход пара через направляющие лопатки (без расхода в зазоры) G
1
т/час 882,1713 кг/с 245,0476 Расход пара через рабочие лопатки (без расхода в зазоры) G
2
т/час 880,3596 кг/с 244,5443 Давление на входе в ступень P
0
атм 152,6769 бар 154,6999 Температура на входе в ступень t
0
°C 476,4 T
0
K 749,55 Угол наклона абсолютной скорости выхода пара из направляющего аппарата α1
град. 15,347 рад 0,26786 Скоростной коэффициент сопла φ ― 0,9771 Угол наклона относительной скорости выхода пара из рабочего аппарата β2
град. 16,010 рад 0,27943 Скоростной коэффициент рабочих лопаток ψ ― 0,9668 Средний диаметр направляющего аппарата D
1
м 0,8035 Средний диаметр рабочего аппарата D
2
0,8050 Длина направляющих лопаток L
1
0,0535 Длина рабочих лопаток L
2
0,0550 Коэффициент расхода направляющих лопаток μc
нл
― 0,9700 Коэффициент расхода рабочих лопаток μc
рл
― 0,9626 Расчёт Расчёт произведён в таблице 2. Нумерация строк таблицы ведётся по используемой методике. По давлениям P
1
и P2
проводятся итерации до совпадения расхода через соответствующие лопатки при выбранном перепаде с заданным. Основной задачей расчёта является определение показателей ступени: степени реактивности ρт
, относительного КПД на лопатках ηu
и мощности ступени N.
Таблица 2. Ход расчёта № п. Формула ЕИ Вычисление и результат 4 кДж/кг 3233,68 5 м³/кг 0,01904 6
6,2343 10 м² 12 м/с 15 МПа По рекомендации преподавателя, принимаем 16 кДж/кг 3223,92 17 м³/кг 0,01954 18 кДж/кг 19 м/c 20 кг/с 21
Сравниваем 22 Уточняем P
1
: МПа 16 кДж/кг 3224,98 17 м³/кг 0,01953 18 кДж/кг 19 м/c 20 кг/с 21
Сравниваем 23 м/c 24 кДж/кг 25 кДж/кг 26 °C 470,95 27 м³/кг 0,01954 28 кДж/кг 6,235 29 м/c 30 м/c 31 м/c 32 м/c 33 Если град рад 1,462 37 м2
39 м/c 3,14 cdot 0,805 cdot 3000/60=126,45 42 кДж/кг 43 МПа По рекомендации преподавателя, принимаем 44 кДж/кг 3215,69 45 м³/кг 0,02001 46 кДж/кг 47 м/c 48 кг/с 49
Сравниваем 50 Уточняем P2
: МПа 44 кДж/кг 3216,43 45 м³/кг 0,01997 46 кДж/кг 47 м/c 48 кг/с 49 Сравниваем 50 Уточняем P2
: МПа 44 кДж/кг 3216,50 45 м³/кг 0,01996 46 кДж/кг 47 м/c 48 кг/с 49 Сравниваем 50 Уточняем P2
: МПа 44 кДж/кг 3216,52 45 м³/кг 0,01996 46 кДж/кг 47 м/c 48 кг/с 49 Сравниваем 51 м/c 52 м/с 53 м/с 54 м/c 55 м/c 56 Если c
2u
> 0, то град 57 кДж/кг 58 кДж/кг 59 кДж/кг 3225,25−8,16 = 3217,09 60 кДж/кг 3217,09−35,43²/2000 = 3216,46 61 кДж/кг 3216,09 62 кДж/кг 3233,68−3216,09 = 17,59 63 − 8,16/17,59 = 0,476 65 − 16,88/17,59 = 0,9596 66 кВт Заключение В ходе работы были рассчитаны в одномерном приближении показатели паровой турбины, исходя из её геометрических особенностей и входных параметров. Видим, что степень реактивности ступени, характеризующая соотношение между напором пара на выходе и располагаемым перепадом энтальпии потока, ρт
= 0,476 (реальную ступень считают активной, когда ρт
< 0,15 – 0,2, т. е. большая часть используемой тепловой энергии пара переходит в его кинетическую энергию). КПД ступени ηu
= 0,9596 – важнейший технико-экономический показатель. Как видим, он значительно превосходит КПД установки в целом; однако даже у идеальной ступени не может быть 100%‑ного КПД, поскольку скорость выхода из рабочих лопаток не может быть нулевой, а с ней выносится кинетическая энергия пара. Также определена мощность, вырабатываемая ступенью, Nu
|