Тепловой расчёт двухвенечной ступени
Расчёт турбины утилизационного турбогенератора
Исходные данные
Эффективная мощность, Ne - 600 кВт
Давление пара перед соплами, p0 – 0,9 МПа
Температура пара перед соплами, t0 - 270 °C
Давление в конденсаторе, pк – 0,007 МПа
Частота вращения турбины, n - 7500 мин-1
Описание турбины
Паровая турбина – это механизм, преобразующий потенциальную энергию пара сначала в кинетическую энергию скоростной струи пара, а затем в механическую работу вращения вала; выходящая их сопла струя пара воздействует на лопатки и тем самым вращает колесо, а значит, и вал.
Паровая турбина состоит из: одного или нескольких соединенных колес, насаженных на общий вал с радиально укрепленными на ободе каждого колеса рабочими лопатками; в составе: ротор (вращающаяся часть) и статор (неподвижная часть) с подшипниками ротора и аппаратом направления струи пара; в этом аппарате происходит расширение пара с падением его давления и увеличивается скорость струи.
В зависимости от расположения оси ротора, числа корпусов и принципа работы турбины бывают: вертикальные и горизонтальные, 1-корпусные и многокорпусные, активные и реактивные.
Степень использования энергии пара в турбине зависит от разности давления пара при входе и выходе из нее; паровые турбины мощностью более 3500÷7500 кВт изготовляю 2-х и 3-х корпусными; в многокорпусных турбинах корпуса соединяются последовательно одним паропроводом.
|
|
|
Особенностью паровой турбины является ее способность вращаться только в одну сторону; поэтому для обеспечения судну заднего хода (реверса) устанавливают турбину заднего хода, мощность которой составляет 40-50% мощности турбины переднего хода, ее размещают либо в отдельном агрегате, либо на одном валу с турбиной низкого давления pn переднего хода в ее же корпусе.
Для обеспечения nвращ = 80÷200 об/мин используют специальную передачу – зубчатый редуктор (2-х ступенчатый); паровая турбина с редуктором образуют главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА).
Для регулирования N и n на паропроводах ставят паровыпускные клапана, распределяющие поступающий пар по группам сопл, маневровые клапана, а также стопорный, быстрозапорный и разобщительный клапана.
ГТЗА снабжают валоповоротным устройством с приводом от электродвигателя.
Конденсатор служит для обратного превращения отработавшего пара в воду и позволяет увеличить Ne турбины.
Предварительный расчёт турбины
1.1 Энтальпию пара перед соплами i0 = 2990 кДж/кг, принимают по диаграмме i-s.
1.2 Энтальпию пара в конце теоретического процесса расширения i1t = 2195 кДж/кг, находят по диаграмме i-s.
|
|
|
1.3 Располагаемый теплоперепад в турбине
= 2990 – 2195 = 795 кДж/кг.
1.4 Относительный внутренний КПД турбины принимаем в пределах
hoi = 0,7÷0,75
hoi = 0,72
1.5 Потери в выхлопном патрубке турбины
= 
= 4,78 кДж/кг,
где cx = 80 
100 = 90 м/с — скорость в выхлопном патрубке;
hoi = 0,9 
0,95 = 0,93 — коэффициент скорости.
1.6 Внутренний теплоперепад в турбине
= (795 – 4,78)∙0,72 = 568,955 кДж/кг.
1.7 Параметры пара за турбиной в конце действительного процесса расширения p2z = 0,072 МПа и v2z = 20 м3/кг определяются по диаграмме i-s.
Тепловой расчёт двухвенечной ступени
2.1 Относительный внутренний КПД ступени предварительно принимаем 
= 0,65 – 0,68 = 0,66.
2.2 Средний диаметр ступени dср, = 0,42 м, принимаем по чертежу.
2.3 Окружная скорость ступени
= 164,85 м/с.
2.4 Характеристику ступени определяем по графикам или принимаем в диапазоне
= 0,23.
2.5 Условная скорость в ступени
= 716,74 м/с.
2.6 Располагаемыйтеплоперепад ступени
= 256,86 кДж/кг.
2.7 Внутреннийтеплоперепад ступени
= 168,33*0,65 = 169,53 кДж/кг.
2.8 Параметры пара в конце теоретического процесса расширения, за ступенью p2р = 0,27 МПа и v2р =0,76 м3/кг определяются по диаграмме i-s.
2.9 Суммарная степень реактивности принимается в пределах
|
|
|
= 0,132,
где r10,02 ÷ 0,03 = 0,02— степень реактивности первого венца;
rн = (2 ÷ 2,5) r1 = 0,05— степень реактивности направляющего аппарата;
r2»1,5r1 = 0,03— степень реактивности второго венца.
2.10 Вычисляем располагаемыйтеплоперепад в соплах:
= 222,95 кДж/кг.
2.11 Коэффициент скорости принимаем равным
jc = 0,92 ÷ 0,95 = 0,93.
2.12 Действительная абсолютная скорость выхода пара из сопел
= 621 м/с.
2.13 Потери энергии в соплах
= 222,95*(1 – 
) = 30,12 кДж/кг.
2.14 Параметры пара за соплами в конце реального процесса расширения p1с = 0,32 МПа и v1с =0,62 м3/кг находим по диаграмме i-s.
2.15 Критическое давление пара
pкр = p0eкр =0,9∙0,546 = 0,49 Па.
где eкр = 0,546 — для перегретого пара.
2.16 Энтальпия пара в критическом сечении iкр = 2820 кДж/кг, определяется по диаграмме i-s.
2.17 Удельный объём пара в критическом сечении vкр = 0,44 м3/кг, определяется по диаграмме i-s.
2.18 Располагаемый теплоперепад до критического сечения
= 170 кДж/кг.
2.19 Критическая скорость пара
= 583,1 м/с
2.20 Угол установки сопел принимаем в пределах
a1= 8-14° = 14 
.
2.21 Определение угла отклонения в косом срезе сопел Лаваля.
2.21.1 Коэффициент энергетических затрат
|
|
|
= 1 – 
= 0,1351
2.21.2 Коэффициент потерь
= 
= 0,156
2.21.3 Показатель политропы
= 
= 1,249
где k = 1,3—показатель адиабаты для перегретого пара.
2.21.4 Скорость звука в конце адиабатного расширения
= 530,2
2.21.5 Определяем значение 
= 
= 0,0042
2.21.6 Находим углы:
= 
=58⁰
2.21.7 Угол отклонения потока в косом срезе
= 58⁰ – 53⁰ =5 ⁰
2.22 Угол выхода пара из сопел с учётом отклонения потока
a11= a1+ d = 14⁰ + 5⁰ = 19⁰
2.23 Относительная скорость входа пара на I венец рабочих лопаток w11 = 470 м/с, определяется из треугольника скоростей.
2.24 Угол входа пара на I венец рабочих лопаток b11 = 25⁰ определяется из треугольника скоростей.
2.25 Коэффициент скорости I рабочего венца (принимаем) y1 = 0,91÷0,93 = 0,92.
2.26 Относительная скорость выхода пара из рабочих лопаток I венца
=439 м/с.
2.27 Угол выхода относительной скорости из рабочих лопаток I венца
= 25⁰ - 5⁰ = 20⁰
2.28 Абсолютную скорость выхода пара из рабочих лопаток I венца c21 = 290 м/с, находим из треугольника скоростей.
2.29 Угол выхода пара из рабочих лопаток I венца a21 = 30⁰ находим из треугольника скоростей.
2.30 Потери энергии в рабочих лопатках I венца
= 14,79 кДж/кг.
2.31 Располагаемый теплоперепад на рабочих лопатках I венца
= 409,22∙0,013 = 3,34 кДж/кг.
2.32 Параметры пара за Iвенцом p1 = 0,31 МПа и v1 = 0,67 м3/кг находим по диаграмме i-s.
2.33 Теоретическая абсолютная скорость выхода пара из направляющего аппарата:
= 179,25 м/с.
2.34 Коэффициент скорости направляющего аппарата принимаем
yн = 0,93 ÷ 0,95 = 0,94.
2.35 Абсолютная скорость выхода пара из направляющего аппарата
= 0,94*204,81 = 168,5 м/с.
2.36 Потери энергии в направляющем аппарате
= 12,54 кДж/кг.
2.37 Располагаемый теплоперепад на направляющий аппарат
= 168,39*0,062 = 15,93 кДж/кг.
2.38 Параметры пара за направляющим аппаратом pн = 0,28 МПа и vн = 0,7 м3/кг находим по диаграмме i-s.
2.39 Угол выхода абсолютной скорости из направляющего аппарата
a12= a21 – (8÷10)° = 30⁰ – 10⁰ = 20⁰.
2.40 Относительная скорость входа пара на II венец w12 = 120 м/с, определяется из треугольника скоростей.
2.41 Коэффициент скорости для рабочих лопаток II венца (принимаем)
y2 = 0,92÷0,94 = 0,93.
2.42 Теоретическая относительная скорость выхода пара из IIвенца
= 194.37 м/с.
2.43 Угол выхода пара из II венца
b22= b12 – (8÷10)° = 35⁰ – 10⁰ = 25⁰.
2.44 Абсолютная скорость c22 = 90 м/с и угол выхода пара a22 = 45⁰ из II венцаопределяются из треугольника скоростей (см. рис. 3).
2.45 Потери энергии на рабочих лопатках II венца
= 16.33 кДж/кг.
2.46 Располагаемый теплоперепад на II венце рабочих лопаток
= 335,58*0,052 = 13,35 кДж/кг.
2.47 Параметры пара за II венцом рабочих лопаток p2 = 0,255 МПа и v2 = 0,78 м3/кг находим по диаграмме i-s.
2.48 Потери энергии с выходной скоростью
= 90/2000 = 4.05 кДж/кг.
2.49 Параметры пара на выходе из ступени p2р = 0,255 МПа и vu =0,79 м3/кг находим по диаграмме i-s.
Если полученные значения существенно отличаются от вычисленных в п. 3.8, расчёт следует повторить, скорректировав принимаемые значения.
2.50 Лопаточный КПД ступени, выраженный через потери теплоты
= 0,797
Лопаточный КПД, выраженный через проекции скоростей
= 0,815
или
,
где знак "+" или "–" выбирается в зависимости от направления скорости c22.
Определение ошибки
% = 2.28%.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 175; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!