Тепловой расчёт турбины ПТ-25-9011
Начальные параметры пара этой турбины 90 атм. и 545°С, давление первого отбора 11 атм., давление второго отбора 1,1 атм. Номинальная мощность турбины 25000 квт, но при номинальных параметрах свежего пара и при номинальных расходах и давлениях отборов может быть получена длительная максимальная мощность 30000 квт.
Проточная часть турбины состоит из регулирующей ступени с двухвенечным диском Кертиса и 18 ступеней давления, разбитых на 3 группы.
Ротор имеет гладкий вал постоянного диаметра с насаженными дисками плоского типа, не имеющими развитых втулок. Критическое число оборотов ротора турбины – 1690 в минуту, следовательно, ротор гибкий.
Передняя часть корпуса турбины с клапанной и сопловой коробками отлита из высоколегированной стали.
Диафрагмы, кроме трёх последних по ходу пара, стальные, сварные.
Корпус турбины опирается двумя лапами на передний подшипник и фиксируется гибкими элементами, расположенными сверху и снизу подшипника.
В свою очередь передний подшипник опирается на фундаментную плиту через две гибкие опоры.
На переднем конце ротора расположено колесо центробежного масляного насоса, откованное заодно с валом. Доковые поверхности этого колеса одновременно служат в качестве гребня упорного подшипника, что позволяет обеспечить надёжное маслоснабжение упорно-опорного узла при очень компактной его конструкции.
Концевые уплотнения выполнены в виде лабиринтов из усиков, зачеканенных в тело ротора против выточек в обоймах уплотнения.
Выхлопная часть турбины отлита заодно с корпусом заднего подшипника турбины переднего подшипника генератора. Валы подшипника и генератора соединены жёсткой муфтой.
Парораспределение ЧСД и ЧНД осуществляется поворотными диафрагмами.
Турбина имеет гидродинамическую систему регулирования, выполненную в виде конструктивного блока, установленного на корпусе переднего подшипника. В качестве регулятора скорости использован главный масляный насос, характеристика Q – H которого обеспечивает жёсткую зависимость развиваемого давления только от числа оборотов ротора.
Система регулирования имеет три импульсных линии, управляющих тремя сервомоторами. Полный вес турбинной установки в поставке Калужского турбинного завода 146 т.
1.1 Давление пара Р перед регулирующей ступени с учетом потерь на дросселирование в регулирующей ступени. КПа
Р0
=0.95*9000=8550 КПа
1.2 Давление пара Р за последней ступенью турбины с учётом потерь в выхлопном патрубке. КПа
Р2
z
= [1+l (Свп/100) ]*Рк
Р2
z
= [1+0,1*(100/100) ]*6 = 6,6 КПа
1.3 Определяем распологаемый теплоперепад с учётом потерь на дросселирование в регулирующем клапане. КДж/кг
Но =
hо
-hkt
= 3510 - 24120 = 1390 КДж/кг
1.4 hпо
= 2920 КДж/кг hто
= 2498 КДж/кг
1.5 Ориентировочный расход пара на турбину. Кг/сек
Gо
= Nо
/Hо
*hоэ
+Упо
Gпо
+Уто
Gто
Упо
= Но
-Но
/Но
= 1390-590/1390 = 0,58
Но
= hо
-hпо(
t
)
= 3510-2920 = 590
Уто
= Но
-Но
-Но
/Но
= 1390-590-422/1390 = 0,272
Но
= hпо
(t)-
hто
(t)
= 422
G = 25000/1390 * 0,79 + (0,58*15+0,272*15)=35,55 кг/сек
2. Определяем уточнённый расход пара на турбину.
2.1 Задаёмся теплоперепадом регулиющей ступени.
Но
= 100 КДж/кг
h2
t
= h0
-H0
= 3510-100 = 3410 КДж/кг
Р2
= 6300 V0
= 0.043
2.2 Определяем внутренний относительный КПД ступени.
Noj
= 0.83-0.2/Gо
*Ö Ро
/Vо
Noj
= 0.83-0.2/35,55*Ö8,550/0.043 = 0.75
2.3 Определяем действительный теплоперепад регулирующей ступени. КДж/кг
Нj
= Ho
*hoj
= 100*0.75 = 75 КДж/кг
2.4 Ищем точку начала процесса в нерегулирующих ступенях.
h2
= hо
= hо
-Hj
= 3510-75 = 3435
3 Расчёт первого отсека.
3.1 Определяем распологаемый теплоперепад 1 отсека. КДж/кг
Но
= hо
-hkt
= 3435-2940 = 495 КДж/кг
3.2 Определяем hoj
, %
d =Р2
/Рпо
= 6300/1100 = 5,73
Gо
*Vо
= 35,55*0.056 = 1,991
hoj
= 89%
3.3 Определяем дейсивительный теплоперепад 1 отсека. КДж/кг
Нj
= Hо
*hoj
= 495*0.89 = 440,55 КДж/Кг
Строим действительный процесс расширения пара 1 отсека.
Hk
= hо
-Hj
= 3435-440,55 = 2994,45
4 Расчёт 2 отсека.
hпо
= 0.9 Pпо
= Рпо
*0,9 = 1100*0,9 = 990
4.2 hо
= 2994,45 V0
= 0.25
4.3 Определяем распологаемый теплоперепад 2 отсека. КДж/кг
Но
= hо
-hkt
= 2994,45-2565 = 429,45 КДж/кг
4.4 Определяем noj отсека по формуле . %
hoj
= hoj
-Kу
-xвс
- Dnoj
вл
(Gо
*Vо
) = (Gо
-Gпо
)*Vо
= (35,55-15)*0,25 = 5,14
d= Рпо
/Рто
= 990/110 = 9 hoj
= 91%
у2
t
= у2
t
*Hо
/Hо
= 5*160/429,45 = 1,86
у2
t
= (1-x2
t
)* 100% = (1-0.95)*100% = 5
Hо
= h-hkt
= 2725-2565 = 160
Pср
= Рпо
+Ро
/2 = 990+110/2 = 550
Noj
= 0.8 Ку
= 0,99%
Noj
= 91*0.99-0,8 = 89,29%
4.5 Определяем действительный теплоперепад 2 отсека. КДж/кг
Hj
= Hо
*hoj
= 429,45*0,89 = 382,21
hk
= hо
-Hj
= 3041-410 = 2611,24
5 Расчёт 3 отсека
hто
= 0,7 Рто
= 0,7*110 = 77
5.2 hо
= hk
= 2611,24 V0 = 2,3
5.3 Определяем распологаемый теплоперепад 3 отсека. КДж/кг
Но
= hо
-hkt
= 2611,24-2260 = 351,24
5.4 Определяем noj отсека по формуле. %
noj
= noj
*Kу
-xвс
-Dnoj
вл
(Gо
-Vо
) = (Gо
-Gпо
-Gто
)*V0
= (35,55-15-15)*2,3 = 12,77
d = Рто
/Р2
z
= 77/6,6 = 11,67 h = 92,4% Ky = 0,998
x
вс
= Dhвс
/Но
*100% =11/351,24*100 = 3,13
у2
t
= у2
t
= (1-x2
t
)*100 = (1-0.872)*100 = 12.8
Рср
= Рто
+Р2
z
/2 = 77+6,6/2 = 41,8 =0,041 МПа
Dhoj
= 7%
hoj
= 92,4*0,988-3,13-7 = 81,16%
5.5Определяем действительный теплоперепад 3 отсека. КДж/кг
Hj
= Hо
*hoj
= 351,24*0,812 = 285,21
5.6 hk
= hо
-Hj
= 2611,24-285,21 = 2326,03
6 Действительный теплоперепад турбины. КДж/кг
Hj
= hо
-hk
= 3510-2326,03 = 1183,97 КДж/кг
7 Уточняем расход пара на турбину. Кг/сек
G = Nэ
/Hj
*hм
*hг
+Упо
*Gпо
+Уто
*Gто
= 25000/1183,97*0,98*0,96+0,58*15+0,272*15 = 35,22 кг/сек
Расчёт регулирующей ступени.
8 Определение среднего диаметра ступени.
8.1 Но
= 100КДж/кг
8.2 Фиктивная изоэнтропийная скорость Сф
. м/с
Сф
= 2000*Но
= 2000*100 = 447 м/с
8.3 Определяем оптимальное отношение скоростей.
Хф
= 0,385
8.4 Окружная скорость вращения рабочих лопаток. м/с
И = Хф
-Сф
= 447*0,385 = 172,18
8.5 Средний диаметр ступени. м
d = И/П*п = 172,18/3,14*50с = 1,09 м
9 Расчёт сопловой решётки
9.1 Распологаемый теплоперепад сопловой решётки. КДж/кг
Нос
= Но
*(1-р) = 100*(1-0,1) = 90
9.2 Абсолютная теоретическая скорость потока на выходе из сопловой решётки при изоэнтропийном расширении пара. м/с
С1
t
=Ö 2000*90 = 427 м/с
9.3 Число Маха для теоретического процесса расширения пара.
М1t
= C1t
/A1t
= 435/675,4 = 0,64
A1t
= Ök*P1
*V1t
*10 = 1,3*6,5*0,053 *103 = 669,22
Расчёт суживающихся сопл при докритическом истечении пара.
9.4 Сечение для выхода пара из сопловой решётки.
F1
= G*V1
t
/m1
*G1
t
= 35,22*0,053/0,91*427,26 = 0,0048
9.5 Произведение степени парциальности ступени на высоту сопловой решётки. м
el1
= F1
/П*d*sin 1
= 0,0048/3,14*1,09*sin11 = 0,00816м
9.6 Оптимальная степень парциальности.
е = 0,5*Öеl
1
= 0,5*Ö0,816 = 0,45166
9.7 Высота сопловой решётки. см
l1
= el1
/e = 0,816/0,45166 = 1,80666
9.8 Потеря энергии в соплах. КДж/кг
Dhc
= (1-u)*Hoc
= (1-0,97)*90 = 2,7
9.9 Тип профиля сопловой решётки.
С-90-12А
9.10 По характеристике выбранной сопловой решётки принимаются:
tопт
= 0,8 в1
= 62,5 мм
9.11 Шаг решётки. мм
t = в1
*tопт
= 62,5*0,8 = 50
9.12 Число каналов сопловой решётки. Шт.
Zc
= П*d*e/t = 3,14*1,09*0,45166/0,05 = 31 шт
9.13 Уточняем шаг в сопловой решётки. мм
t = П*d*e/Zc = 3,14*1090*0,45166/31 = 49,87мм
10 Расчёт рабочей решётки.
10.1 Распологаемый теплоперепад рабочей решётки. КДж/кг
Нор
= r*Но
= 0,1*100 = 10
10.2 Абсолютная скорость входа пара на рабочие лопатки. м/с
С1
= 0,97*427,26 = 414,44
10.3 Строим входной треугольник скоростей.
W1
= 250 b1
=20,5C2
=120 a2
= 42
10.5 Высота рабочей лопатки, принимается из условия:
l2
= l1
+D1+D2 = 18,07+1+2 = 21,07мм
10.6 Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.
W2t
= Ö2000*Hop
+W1
= Ö2000*10+2502 = 287,23 м/с
10.7 Действительная относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.
W2
= W2
t
*y = 287,23*0,86 = 247,02м/с
10.8 Относительный угол входа потока пара на рабочую решётку.
b2
= b1
-(2-5) = 20,5-3 = 17,5
10.9 Строим входной треугольник скоростей.
10.11 Потеря энергии в рабочей решётке. КДж/кг
Dhp
= (1-y)-W2
t
/2000 = (1-0,862 )*287,232 * 2000 = 10,74
10.12 Потеря энергии с выходной скоростью
Dhвс
= С2
/2000 =1202 /2000 = 7,2
10.13 Число Маха.
М2t
= W2t
/Ök*P2
*V2t
*10 = 287,23/Ö1,3*6,3*0,052*103= 0,44
10.14 Выбираем профиль рабочей решётки.
Р-26-17А
tопт
= 0,7 в2
= 25,72 В = 25 W = 0,225
10.16 Шаг решётки.
t = в2
*tопт
= 25,72*0,7 = 18,004
10.17 Число каналов рабочей решётки.
Zp
= p*d/t = 3,14*1090/18,004 = 190
10.18 Уточняем шаг в рабочей решётке.
t = p*d/Zp
= 3,14*1090*10 3 = 18,014
11 Изгибающее напряжение в рабочей лопатке. МПа
dизг
= Ru
*l2
/2*Zp
*e*W = 16544,95*0,021/2*190*0,45*0,225 = 9,01 МПа
Ru
= G*(W1
*cosb
1
+W2
*cosb
2
) =35,55*(250*cos20,5+247,02*cos17,5) = 16544,95 Н
12 Относительный лопаточный КПД ступени.
а) по потерям в ступени:
hол
= Но
-(Dhc
+Dhp
+Dhвс
)/Но
= 100-(2,7+10,74+7,2)/100 = 0,79
б) по проекциям скоростей:
hол
= И*(C1
*cosa1
+C2
*cosa2
)/Ho
*10 = 172,18*(414,4*cos11+120*cos42)/100*10 3 = 0,85
13 Относительный внутренний КПД ступени.
hoj
= hол
-xтр
-xпарц
xтр
= Ктр
*d/F1
*(И/Сф
) = 0,6*10*1,09/0,0048*(172,18/447) = 0,0085
xпарц
= 0,065/sina1
*1-е-0,5-екож
/е*(И/Сф
)+0,25*В*l2
/F1
(И/Сф
)*hол
*n
xпар
= 0,065/sin11*1-0,45-0,5*0,49/0,45*(172,18/447)+0,25*25*0,26/0,0048*(172,18/447,21)*0,82*4 = 0,048
hoj = 0,82-0,0085-0,048 = 0,76
14 Полезно используемый теплоперепад в регулирующей ступени. КДж/кг
Hj
= Ho
*hoj
= 100*0,76 = 76
15 Внутренняя мощность ступени. КВт
Nj
= G*Hj = 35,22*76 = 2676,72
Расчёт нерегулируемых ступеней части высокого давления.
16 Давление пара перед отсеком.
Ро
= Р2
= 6300
Р2
= 1100
17 Диаметр первой нерегулируемой ступени.
d = d-Dd = 1,09-0,25= 0,84
18 Оптимальное отношение скоростей.
Хф
= И/Сф
= 0,4897
19 Распологаемый теплоперепад первой нерегулируемой ступени. КДж/кг
ho
= 12,325*(d/Xф
) = 12,325*(0,84/0,489) = 36,26
20 Теплоперепад в сопловой решётке. КДж/кг
hoc
= (1-r) *ho
= (1-0,1)*36,26 = 32,63
21 Высота сопловой решётки. м
l1
= G*V1
/p*d*e*m*C1t
*sina1
l1
= 35,22*0,059/3,14*0,84*1*0,98*255,45*sin12 = 0,015
С1t
= 44,72*Ö32,63 = 255,45
22 Высота рабочей решётки первой ступени.
l2
= l1
+D1+D2 = 15+1+2 = 18 мм
23 Корневой диаметр ступени.
dk
= d-l2
= 0,84-0,018 = 0,822
24 Распологаемый теплоперепад по статическим параметрам пара перед ступенью принимаем одинаковый для всех ступеней, кроме первой.
ho
= ho
*ko
= 36,26*0,95 = 34,45
25 Коэффициент возврата тепла.
a = Кt
*(1-hoj
)*Ho
*Z-1/Z = 4,8*10*(1-0,89)*495*14,37-1/14,37 = 0,0242
Z = Ho
/ho
= 495/34,45 = 14,36865
26 Число ступеней отсека. шт.
Z = (1+a)*Ho
/(ho
)ср
= (1+0,0224)*463/39,59 = 11,9
(ho
)ср
= ho
+(Z-1)*ho
/Z = 36,26+(14-1)*34,45/14 = 34,58 кДж/кг
27 Невязка ±DHo
, КДж/кг, должна быть распределена между всеми ступенями первого отсека.
±DHo
= (1+a)*Ho
-Sho
= (1+0,0242)*495-518,56 = -11,581
Sho
= ho
+ho
*(Z-1) = 36,26+34,45*(15-1) = 518,56
28 Поправка к теплоперепаду для каждой ступени (кроме первой).
29 Скорректированный теплоперепад ступени.
ho
= ho
±Dho
= 34,45-0,769 = 33,681
№ |
Наименование величины |
Обозна- чение |
Размер- Ность |
Формула |
№ |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||||
1 |
Скорректированный распологаемый теплоперепад ступени. |
ho |
КДж/кг |
Для первой ступени (п.19) следующие (п.29) |
36,26 |
33,681 |
33,681 |
33,681 |
33,681 |
2 |
Удельный объём пара из рабочей решётки. |
V2 |
м/кг |
Из hs – диаг- раммы |
0,06 |
0,064 |
0,07 |
0,078 |
0,085 |
3 |
Произведения высоты рабочей решётки на диаметр ступени. |
l2 *d |
м |
l2 *d*V2 /V2 |
0,015 |
0,016 |
0,0176 |
0,0197 |
0,021 |
4 |
Высота рабочей решётки. |
l2 |
м |
0,0179 |
0,019 |
0,021 |
0,023 |
0,0248 |
|
5 |
Высота сопловой Решётки. |
l1 |
м |
l2 -(D1+D2) |
0,0149 |
0,016 |
0,018 |
0,02 |
0,0218 |
6 |
Диаметр ступени. |
d |
м |
dk +l2 |
0,84 |
0,841 |
0,843 |
0,845 |
0,847 |
Подробный расчёт первых пяти нерегулируемых ступеней (с построением треугольников скоростей)
№ |
Наименование величины |
Обозна- чение |
Размер- ность |
Формула |
№ |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|||||
1 |
Расход пара |
G |
Кг/с |
Из расчёта (п.7) |
35,22 |
35,22 |
35,22 |
35,22 |
35,22 |
2 |
Теплоперепад ступени по стати- ческим параметрам. |
ho |
КДж/кг |
Из расчёта (п.30.1) |
36,26 |
33,681 |
33,681 |
33,681 |
33,681 |
3 |
Давление за ступенью. |
Р2 |
МПа |
Из hs- диаграммы |
5,8 |
5,1 |
4,7 |
4,2 |
3,75 |
4 |
Условная скорость истечения пара из сопл. |
Сф |
м/с |
44,72Öho |
269,29 |
259,53 |
259,53 |
259,53 |
259,53 |
5 |
Средний диаметр ступени. |
d |
м |
Из расчёта (п.30.6) |
0,84 |
0,841 |
0,843 |
0,845 |
0,847 |
6 |
Окружная скорость на среднем диаметре |
И |
м/с |
p*d*n n = 50 c |
131,88 |
132,02 |
132,35 |
132,67 |
132,98 |
7 |
Оптимальное отношение скоростей |
Хф |
И/Сф |
0,49 |
0,51 |
0,51 |
0,511 |
0,512 |
|
8 |
Степень реакции. |
r |
Из расчёта (п.18) |
0,1 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
|
9 |
Распологаемый теплоперепад сопло- вой решётки. |
hoc |
КДж/кг |
(1-r)*ho |
32,63 |
30,31 |
29,98 |
29,64 |
29,3 |
10 |
Теоретический удельный объём пара за сопловой решёт- кой |
V1 t |
м/кг |
Из hs- диаграммы |
0,059 |
0,63 |
0,069 |
0,075 |
0,081 |
11 |
Давление за сопловой решёткой. |
Р1 |
МПа |
Из hs- диаграммы |
5,9 |
5,2 |
4,85 |
4,3 |
3,8 |
12 |
Абсолютная теоре- тическая скорость выхода пара из соп- ловой решётки. |
С1 t |
м/с |
44,72Öhoc |
255,45 |
246,2 |
244,86 |
243,47 |
242,07 |
13 |
Скорость звука на выходе из сопловой решётки. |
а1 t |
м/с |
1000*Öк*Р1 *ÖV1t к = 1,3 |
666,98 |
652,6 |
645,84 |
647,5 |
632,57 |
14 |
Число Маха |
М1 t |
Другие статьи по темеДатчики скорости Разработка настенного поворотного крана Главное меню |