Оглавление
1. Исходные данные
2. Предварительное построениетеплового процесса турбины в h-S диаграмме
3. Расчет системы регенеративногоподогрева питательной воды
4. Расчет регулирующей ступени
5. Расчёт первой и последнейнерегулируемых ступеней
1. Исходныеданные
Турбина К-1200-240 сэлектрической мощностью />МВт.
Основные параметры:
Номинальная и максимальная мощность, />МВт
Давление пара: свежего и после промперегрева,
/> МПа
Температура пара: свежего и после промперегрева, /> 0С
Давление отработавшего пара,
/> кПа
Температура питательной воды,
/> С Число регенеративных отборов пара 1150/1380 23,5/3,5 540/540 3,5 274 9
Описание турбины К-1200-240
/>
Рис. 1
ТурбинаК-1200-240 является самой мощной турбиной, выпускаемой ЛМ3 (рис. 1), а с учетомвозможной перегрузки до 1380 МВт – самой мощной в мире. Мощность 1200 МВтобеспечивается при номинальных параметрах пара перед турбиной (23,5 МПа и540°С), в промежуточном пароперегревателе (540°С), конденсаторе 3,58 кПа(0,0365 кгс/см2) и при дополнительных отборах пара. Максимальная мощностьтурбины достигается при отключении ПВД.
Турбинаработает при частоте вращения 50 l/с.
Конструкцияпроточной части ЦВД аналогично ЦВД турбин К-300-240 и К-800-243 ЛМ3 выполненапротивоточной. Из сопловых коробок пар направляется в четыре ступени левогопотока, расположенные во внутреннем корпусе ЦВД, затем поворачивает на 180°,обтекает внутренний корпус и проходит четыре ступени правого потока. Далеечетырьмя паропроводами пар из ЦВД с пара метрами 3,9 МПа и 295°С идет впромежуточный пароперегреватель, откуда возвращается по четырем паропроводам кдвум блокам стопорных клапанов, расположенным по сторонам ЦСД. Параметры парапосле промежуточного перегрева 3,5 МПа и 540°С. Пройдя стопорные клапаны, парпо четырем паропроводам направляется к четырем регулирующим клапанам ЦСД,установленным непосредственно на корпусе ЦСД.
ЦСД — двухпоточный, с двойным корпусом, с восемью ступенями в каждом потоке.
Извыходных патрубков ЦСД пар отводится в две ресиверные трубы (в турбинеК-800-240-3 их было четыре) максимальным диаметром 2 м, расположенные на уровнепола машинного зала. Из ресиверных труб пар поступает в каждый из трех корпусовЦНД по четырем патрубкам (по одному патрубку в верхней и нижней половине ЦНД сдвух сторон). Каждый поток ЦНД состоит из пяти ступеней. Длина рабочей лопаткипоследней ступени равна 1200 мм при среднем диаметре 3 м, что обеспечиваетсуммарную кольцевую площадь выхода пара 67,8 м2. Лопатка выполнена изтитанового сплава ТС-5.
2. Предварительноепостроение теплового процесса турбины в h-Sдиаграмме
Принимаю потерю давленияв стопорном и регулирующем клапанах 5% от Ро, определяем давлениеперед соплами регулирующей ступени:
/> МПа,
чему отвечает температура/> иэнтальпия ho=3312 кДж/кг.
Потеря давления ввыхлопном патрубке: />кПа, где Р2-давление запоследней ступенью турбины, />-опытный коэффициент, Сп-скоростьпара в выхлопном патрубке.
Давление за последнейступенью турбины: Р2=0,2016 +3,5=3,7016 кПа
Из диаграммы />=3544 кДж/кг
Потери давления в газовомпромперегревателе между турбиной и перегревателем оцениваются 0,09-0,11 от Рппи />МПа
Параметры пара в концеизоэнтропийного расширения: h2t=2184 кДж/кг.
Первый изоэнтропийныйперепад: />кДж/кг
Второй: /> кДж/кг
Изоэнтропийный перепадэнтальпий на турбину равен:
/>кДж/кг
Действительные перепадыэнтальпий:
/>-относительный внутренний КПДпринимаю равным 0,8
/> кДж/кг
/> кДж/кг
/> кДж/кг
/> кДж/кг
/> кДж/кг
Расход паратурбоустановкой:
/> кг/с, где kp-коэффициент регенерации, /> - механическиеКПД турбины и электрогенератора (рис. 2).
/>
Рис. 2 — Процессрасширения пара в турбине
3. Расчетсистемы регенеративного подогрева питательной воды
Температура питательнойводы />
По давлению вконденсаторе />кПа температура равна />
По давлению в деаэраторе />МПа температураравна />
Подогрев питательной водыв одном ПВД:
/>
Принимаю нагрев вдеаэраторе /> итемпература питательной воды на входе в деаэратор />
Подогрев воды в одномПНД:
/>
турбинатепловой процесс пар
Таблица 1 — Параметрыводы и пара для расчета системы регенеративного подогрева питательной воды№ п/п Наименование величины Единица измерения ПВД1 ПВД2 ПВД3 Деаэратор ПНД4 ПНД5 ПНД6 ПНД7 1 Температура питательной воды на входе в подогреватель
оС 241 208 175 165 137,4 109,7 82 54,3 2 Температура питательной воды на выходе из подогревателя
оС 274 241 208 175 165 137,4 109,7 82 3 Энтальпия питательной воды на входе в подогреватель кДж/кг 1042,3 888,6 741,15 697,3 578,05 460,09 343,34 227,31 4 Энтальпия питательной воды на выходе из подогревателя кДж/кг 1205,6 1042,3 888,6 741,15 697,3 578,05 460,09 343,34 5 Температура конденсата греющего пара
оС 279 245 213 175 170 142,4 114,7 87 6 Энтальпия конденсата греющего пара отбора кДж/кг 1231,4 1061,5 911,43 741,2 719,2 599,5 481,28 364,3 7 Давление отбираемого пара МПа 6,3202 3,65 2,02 0,9 0,79 0,382 0,169 0,0625 8 Энтальпия отбираемого пара кДж/кг 3040 2936 3436 3268 3240 3104 2964 2808
/>
Рис. 3
Расчет подогревателей(рис. 3):
ПВД 1
Уравнение тепловогобаланса:
/>
Потери теплоты отизлучения нет.
/>
ПВД 2
/>
Рис. 4
/>
/> ПВД3
/>
Рис. 5
/>
/>
Деаэратор
/>
Рис. 6
/>
/>
ПНД 4
/>
Рис. 7
/>
/>
/>
Рис. 8
/>
/>
ПНД 5
ПНД 6
/>
Рис. 9
/>
/>
ПНД 7
/>
Рис. 10
/>
/>
ПНД 8
/>
Рис. 11
/>
/>
Расходы пара врегенеративные подогреватели в кг/с
/>/>
/>/>/>/>/>/>/>
Внутренние мощностиотсеков турбины в кВт:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Суммарная мощностьтурбины в кВт:
/>
Относительная ошибка: />
/>
Рис. 12 — Процессрасширения пара в одновенечной регулирующей ступени
4. Расчетрегулирующей ступени
Определение кинематических параметров потока и относительного лопаточногоКПД
Регулирующая ступень,согласно прототипу, одновенечная.
Окружная скорость насреднем диаметре ступени
U=πdсрn
Принимаю средний диаметрступени dср=1м
U=3,14·1·50=157 м/с
Для выбора оптимальногосоотношения U/Cф зададимся рядом значений
U/Cф =0,425; 0,45; 0,475; 0,495
Принимаю степеньреактивности />=0,03
Коэффициент скоростисоплового аппарата />=0,95
Произведем расчет длясоотношения U/Cф=0,4
Данные всего расчётасводятся в таблицу 2.
Условная скорость равна
/>
Изоэнтропический перепад энтальпий, соответствующийусловной скорости />
/>
Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый нарабочих лопатках
/>
Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый всоплах
/>
Теоретическая скорость пара на выходе из сопел
/>
Действительная скорость пара на выходе из сопел
/>
Принимаю угол выхода потока из сопловых лопаток />, тогда относительнаяскорость пара на входе в рабочие лопатки />и её направления – угол /> определяем извходного треугольника скоростей: />;/>
Теоретическая относительная скорость пара на выходеиз рабочих лопаток
/>
По скорости /> и степени реактивности />, определяемкоэффициент скорости рабочих лопаток />
Действительная относительная скорость потока навыходе из рабочих лопаток
/>
Угол выхода потока пара из рабочих лопаток/>принимаем />
Из выходного треугольника скоростей определимабсолютную скорость пара на выходе из рабочей решетки и её направление />;/>
Потери энергии в сопловом аппарате и рабочихлопатках
/>
Потери энергии с выходной скоростью
/>
Относительный лопаточный КПД /> с учётом потерь равен
/>
/>
/>
/>
Из />диаграммы определим объемы/>и/>
/>;/>
Определяем высоту сопловой лопатки
/>
Высота рабочей лопатки
/>
Определим мощность, теряемую на преодоление силтрения и вентиляцию
/>, где />; />; />; />; />; />
/>
Определим относительную величину потерь на трение ивентиляцию
/>
Относительный внутренний КПД
/>
Таблица 2 — Расчет регулирующей ступени
№
п/п Расчетные величины и формулы Размерность
U/C0 0,425 0,45 0,475 1
/> м/с 157 2
/> м/с 369,41 348,88 330,5 3
/> кДж/кг 68,23 60,85 54,62 4
/>(принимаем) – 0,03 5
/>=/> кДж/кг 66,18 59,02 52,98 6
/> кДж/кг 2,0469 1,8255 1,6386 7
/> м/с 363,81 343,57 325,5 8
/> (принимаем) – 0,95 9
/> м/с 345,62 326,4 309,23 10
/> (принимаем) град 18 11
/> (из треугольника скоростей) м/с 202,88 182,784 167,6 12
/> (из треугольника скоростей) град 31 33 35 13
/> град 28 30 32 14
/> м/с 212,07 192,51 177,11 15
/> (из графика) – 0,9223 0,927 0,9292 16
/> м/с 195,59 178,44 164,57 17
/> (из треугольника скоростей) м/с 92,62 88,78 87,82 18
/> (из треугольника скоростей) град 81 91 102 19
/> кДж/кг 6,452 5,752 5,164 20
/> кДж/кг 3,359 2,6096 2,142 21
/> кДж/кг 4,289 3,941 3,856 22
/> кДж/кг 14,1 12,3026 11,162 23
/> – 0,7933 0,7978 0,7956 24
/> м/с 328,704 310,42 294,095 25
/> м/с 14,48 -1,549 -18,258 26
/> м/с 343,184 308,871 275,837 27
/> – 0,7896 0,7968 0,7929 28
/> (из h-S диаграммы) МПа 18,2 18,8 19,2 29
/> (из h-S диаграммы)
оС 495,37 500,1 503,59 30
/> (по таблицам)
м3/кг 0,016404 0,015957 0,01568 31
/> (принимаем) – 1 32
/>/> м 0,05172 0,05327 0,05528 33
/> (из h-S диаграммы) МПа 18 18,6 19,2 34
/> (из h-S диаграммы)
оС 496,23 500,72 504,07 35
/> (по таблицам)
м3/кг 0,016659 0,016188 0,01590 36
/>/> м 0,06132 0,0614 0,0623 37
/>
кг/м3 60,494 62,22 63,306 38
/>/>; А=2;/> кВт 151,597 155,923 158,644 39
/> – 0,002259 0,00261 0,00295 40
/> – 0,79104 0,79519 0,79265 41
/> кВт 53065,92 47574,4 42567,2 42
/>, /> м/с 627,76 629,27 630,55 43
/> – 0,551 0,518 0,4904 44 Профиль сопловой лопатки (из таблиц) – С-90-18А 45
/>, /> м/с 629,14 630,43 631,6
/> – 0,311 0,283 0,261 Профиль рабочей лопатки (из таблиц) – Р-35-25А /> /> /> /> /> /> />
Построение треугольниковскоростей одновенечной регулирующей ступени изображено на рис.4. Зависимостьотносительного внутреннего КПД и U/CО изображена на рис.5. Из построенной зависимостиопределяем />,который равен 0,45. Для этого значения />рассчитали регулирующую ступень.
5. Расчётпервой и последней нерегулируемых ступеней.
Определим средний диаметрпоследней ступени:
/>
Расход пара вконденсатор,
/>,
где />1 — доляотбираемого пара на регенерацию
/>
Так как ЦНД двухпоточный, то />
Задаёмся потерей свыходной скоростью />, чтобы определить осевую составляющуювыходной скорости
/>
Определим уделный обьемпара />
/> ,
где при /> кПа, х = 0,9592, />= 0,0010037м3/кг,/>= 35,908 м3/кг
/> м3/кг
/>
/>м
Тогда высота лопаткипоследней ступени:
/>м
Определяем диаметр первойнерегулируемой ступени по формуле:
/>,
где />= 0,018254м/>/кг – удельный расходпара на выходе из сопловой решетки первой нерегулируемой ступени (задаемсяперепадом энтальпий на первой нерегулируемой ступени H1=40 кДж/кг)
/>
/>=12/>-выходной угол потока пара изсопловой решетки,
/>0,45-0,55; принимаем />=0,47 –оптимальное отношение скоростей,
/>м
Для ориентировочногоопределения последнего диаметра ступеней ЦВД и ЦСД воспользуемся формулами:
/>м
/>м
При этом ориентировочноможно считать что />
/>принимаем для этих ступеней равным:0,5.
По известным диаметрам /> а также попринятому оптимальному отношению скоростей определяем располагаемые перепадыэнтальпий в этих ступенях:
/>
/>
/>
/>
Для определения числанерегулируемых ступеней турбины, строим диаграмму зависимости/>, от длинны проточнойчасти. И из этого графика определяем среднее значение располагаемых перепадовэнтальпий на каждый цилиндр:/>
/>
/>
/>
По известным значениямэнтальпий определяем их перепад на цилиндр:
/>кДж/кг.
Число ступеней в цилиндре/>; Zцвд=7
/>
Число ступеней в цилиндре/>; Zцсд=8/>
/>
Число ступеней в цилиндре/>; Zцнд=5
Делим отрезок,соответствующий длине проточной части ЦНД, на 3 равные части, проводим ординатыи снимаем значения средних диаметров всех трех ступеней ЦНД:
/> />; /> ; />; />