Определение числа потоков поцилиндрам.

1. Исходные данные и определение основных параметров.

Задание

 Исходные Данные:

Внутренняя мощность N ,[МВт] - 550

Давление на входе в турбине P , [МПа] – 16,5

Температура t₀, [^oC] - 505

Давление в конденсаторе P , [кПа] – 3,9

Число оборотов турбины n, [об/мин] - 3000

1.1.  Определение основных параметров.

Для турбин с частотой вращения ротора n=3000 об/мин рекомендуемое значение P /P =0.08. Следовательно P = P ∙0.08=1.32 МПа

Температура насыщения при P – 16.5[МПа] равна t_s=350 ^oC

Следовательно принимаем: t =t_s(P₀)-20=330

Принимаем в первом приближении КПД отсеков:

Для: ЦВД: =0.8

     ЦНД: =0.8

Пренебрегая падением давления в паровпускных органах и в ПП, найдём располагаемые и срабатываемые теплоперепады, и построим процесс расширения пара в турбине.

При P₀ и t₀:

Строим точку 0 для P₀,t₀ на h-S диаграмме. Далее строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД от P₀ до P : получим точку .

По h-S диаграмме определим  

Вычислим теплоперепад на ЦВД:  

Вычислим действительный теплоперепад на ЦВД:  

Определим значение  для действительного процесса расширения пара в ЦВД:

По значения P  и  строим точку 1 и действительный процесс расширения пара в ЦВД.

По значениям P  и t  строим точку 2. По h-S диаграмме определяем: ; . Далее строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦНД от  P  до P : получим точку . По h-S диаграмме определим

Вычислим теплоперепад на ЦНД:  

Вычислим действительный теплоперепад на ЦНД:  

Определим значение  для действительного процесса расширения пара в ЦНД:

По значения P  и  строим точку 3 и действительный процесс расширения пара в ЦВД.

Далее определяем относительные расходы вдоль цилиндров, пользуясь примером расчёта турбины К-800-130/3000 (таблица 4)

Приближенное значение внутренней мощности турбины определяется по формуле:

Где G₀ – расход пара через первую ступень;

H_in – теплоперепад группы ступеней, расположенных между соседними точками отборов;

α_n – относительное уменьшение расхода пара из-за отбора пара на подогрев питательной воды, промперегрев и т.д.;

n-1 – число отборов пара.

, где

- относительное уменьшение расхода пара из-за отборов в ЦВД;

- относительное уменьшение расхода пара из-за отборов в ЦНД с учетом относительного уменьшения расхода пара в ЦВД;

-расход пара на турбину;

- теплоперепад на ЦВД;

- теплоперепад на ЦНД;

- суммарный расход пара на подогрев ПВ, отбираемого в ЦВД;

- суммарный расход пара на подогрев ПВ, отбираемого в ЦНД;

Вычислим суммарный расход пара на подогрев ПВ, отбираемого из цилиндров, воспользовавшись табличными значениями расходов пара в нерегулируемых отборах ЦВД турбины К-800-130/3000: ([1], рис. 7, стр. 23; таблица 4, стр. 15). Так как расходы на подогрев питательной воды не даны в таблице для турбины К-800-130/3000. Возьмем подобную принципиальную схему турбины К-500-65/3000 и определим коэффициенты α и β, которые будут равны коэффициентам для турбины К-800-130/3000.

В соответствии с тепловой принципиальной схемой из ЦВД производится отбор пара на подогрев ПВ в подогревателях П3, П4, П5.

Тогда:

Из ЦНД производится отбор пара на подогрев ПВ в подогревателях П1, П2, П3.

Расход пара на турбину:

Так как α - относительная доля пара, приходящаяся на отборы в ЦВД, то (1-α) – доля пара, проходящая через выхлоп ЦВД.

А если β - относительная доля пара, приходящаяся на отборы в ЦНД, то (1-β) - доля пара, проходящая через выхлоп ЦНД.

Вычислим расход пара на первую ступень ЦВД:

Определение числа потоков поцилиндрам.

Определим число потоков по цилиндрам и площади выхлопов цилиндров. Для этого воспользуемся рекомендованными значениями корневого диаметра и осевой составляющей скотрости на выходе из цилиндров:

                  d_k  1.7 [м] –для ЦНД

                  C_z =(240-280) [м/с] –для ЦНД

                  d_k   1.1 [м] –для ЦВД

                  C_z 120 [м/с] –для ЦВД

Для ЦНДпринимаем: d_k=1.6[м] ,отношение среднего диаметра к высоте рабочей лопатки на последней ступени ЦНД , осевая составляющая скорости на выходе из последней ступени C_z=260 [м/с]

Высота рабочей лопатки на последней ступени

Из h-s диаграммы находим удельный объём рабочего тела на выходе из ЦНД:   [м³/кг].

- число выхлопов ЦНД

 - площадь одного выхлопа.

Для ЦВДпринимаем: d_k=0,9 [м], отношение среднего диаметра к высоте рабочей лопатки на последней ступени ЦВД , осевая составляющая скорости на выходе из последней ступени C_z=120 [м/с]

Высота рабочей лопатки на последней ступени

Из h-s диаграммы находим удельный объём рабочего тела на выходе

 из ЦВД:   [м³/кг].

- число выхлопов ЦВД

 - площадь одного выхлопа.

1.3.Уточним КПД турбины и построим процесс расширения пара, пользуясь новыми значениями к.п.д.

Для расчёта относительных внутренних к.п.д. турбины в целом, Б.М.Трояновским предложена следующая расчётная формула:

1.3.1. 1 итерация

ЦВД

-средний расход

-удельный объём на входе, и средний

 -коэффициент потерь с выходной скоростью

ЦНД

Каждый распологаемый теплоперепад умножим на новый к.п.д. – получим новые значения срабатываемых теплоперепадов.

Уточним расход пара через турбину. G =  [кг/с]

 Так как расхождение расходов превышает 3%, то делаем 2 итерацию.

Итерация

ЦВД

-средний расход

-удельный объём на входе, и средний

 -коэффициент

ЦНД

Каждый распологаемый теплоперепад умножим на новый к.п.д. – получим новые значения срабатываемых теплоперепадов.

Уточним расход пара через турбину. G =  [кг/с]

Так расхождение расходов не превышает 3%, то итерационный процесс завершен.          

2.     Расчёт распределения теплоперепадов по ступеням цилиндров.

Расчёт начнём с определения распологаемых теплоперепадов первой и последней ступени цилиндров. Также на данном этапе расчёта определяются оптимальные отношения скоростей для обоих цилиндров. Оптимальное отношение скоростей последней ступени ЦНД для перегретого пара может быть определено из выражения:

,

где ; - окружная скорость на среднем диаметре; -распологаемый теплоперепад ступени; - степень реактивности на среднем диаметре; -угол наклона сопел к плоскости диска

где ; - степень реактивности в корневом сечении, причём  

Полагая, что скорость на выход из рабочего колеса  для коэффициента потерь ступени с выходной скоростью можно привести выражение:

Уменьшение оптимального отношения скоростей при работе влажным паром может быть оценено выражением:

,

где  - влажность пара на входе в ступень;  - приращение влажности в ступени в процессе расширения пара в ней.

Оптимальное отношение скоростей для первой ступени цилиндра определяется выражением:

Таким образом, приняв, корневые диаметры ступеней цилиндра постоянными и задавая в первом приближении   первой ступени, можно определить торцевую площадь на выходе из этой ступени:

,

 где  - расход пара через первую ступень цилиндра;   - удельный объём пара на выходе из ступени.

По значениям  расчитываются значения и , что позволяет определить оптимальпое отношение скоростей первой ступени цилиндра, что в свою очередь, даёт возможность найти распологаемый теплоперепад ступени. Аналогичные расчёты проводятся для последней ступени. Полученное ранее значение  - цилиндра позволяет определить действительный теплоперепад первой и последней ступеней цилиндра:

Пологая, что скоростные коэффициенты решеток соплового аппарата и рабочего колеса равны, расчитываем план скоростей первой и последней ступеней на среднем диаметре по соотношениям:

Проведя расчёт, необходимо проверить ранее выбранные значения осевой составляющей скорости с реально полученными, по зависимостям:

При существенном отличии значений  от ранее принятых, надо принять новые приближения и повторить расчёт.

2.1.  ЦВД (первая ступень).

Зададим

Найдем :

 термодинамическая степень реактивности ступени на среднем диаметре

   где  - оптимальное соотношение скоростей

 -окружная скорость на среднем диаметре

Где и - располагаемый и срабатываемый теплоперепады соответственно

2.2         ЦВД (последняя ступень).

Зададим:

Найдем :

 термодинамическая степень реактивности ступени на среднем диаметре

, где  - оптимальное соотношение скоростей

-окружная скорость на среднем диаметре

Где и - располагаемый и срабатываемый теплоперепады соответственно

2.2 ЦНД (первая ступень - перегретый пар).

  Зададим:

Найдем :

 термодинамическая степень реактивности ступени на среднем диаметре

, где  - оптимальное соотношение скоростей

-окружная скорость на среднем диаметре

Где и - располагаемый и срабатываемый теплоперепады соответственно

2.3 ЦНД (последняя ступень, влажный пар).

Зададим:

Найдем:

 термодинамическая степень реактивности ступени на среднем диаметре

, где  - оптимальное соотношение скоростей

где ук и уо взяты из I-s диаграммы по перепаду на последней ступени

-окружная скорость на среднем диаметре

Где и - располагаемый и срабатываемый теплоперепады соответственно

2.2.  Графическая часть- определение числа ступеней в цилиндрах.

Проведённые расчёты дают возможность определить число ступеней в цилиндрах. Для определения этого числа применим расчётно-графический метод – он достаточно прост и точен. Начнём с ЦВД. На диаграмме по оси абсцисс в масштабе откладываем значение действительного теплоперепада ЦВД. На концах этого отрезка по оси ординат в выбранном масштабе откладываем значения  для первой и последней ступеней, конци последних отрезков соединяем плавной линией, изображющей предпологаемый характер изменения средних диаметров проточной части цилиндра. Аналогично строим предпологаемые значения .

   Для ряда произвольно выбранных точек на оси абсцисс по известным значениям ,  определяем теплоперепады промежуточных ступеней цилиндра:

,

где n- число оборотов ротора турбины в минуту;

   Проведённые расчёты дают возможность определить число ступеней в цилиндрах. Для определения этого числа применим расчётно-графический метод – он достаточно прост и точен. Начнём с ЦВД. На диаграмме по оси абсцисс в масштабе откладываем значение действительного теплоперепада ЦВД. На концах этого отрезка по оси ординат в выбранном масштабе откладываем значения  для первой и последней ступеней, конци последних отрезков соединяем плавной линией, изображющей предпологаемый характер изменения средних диаметров проточной части цилиндра. Аналогично строим предпологаемые значения .