Расчет тепловой схемы и проточной части паровой турбины К-160-130

Тип:
Добавлен:

Расчет тепловой схемы и проточной части паровой турбины К-160-130

Введение

В 1958 г. Харьковский турбинный завод выпустил турбину К-150-130, рассчитанную на параметры свежего пара 12.75 МПа и температуру 565 град, при давлении в конденсаторе 3.0 кПа и частоте вращения 50Гц. Позже турбина была модернизирована, и в настоящее время ее мощность составляет 160 МВт.

Пар от котла по двум паропроводам подводится к стопорному клапану и за тем направляется к четырем регулирующим клапанам, каждый из которых соединен со своей сопловой коробкой. Две сопловые коробки установлены в нижней половине внутреннего корпуса ЦВД, а две другие - в верхней.

Турбина имеет сопловое парораспределение. Первые два регулирующих клапана диаметром 120 мм. открываются одновременно и подводят пар к сопловым коробкам, расположенным в нижней половине корпуса. Номинальная мощность обеспечивается при дополнительном открытии третьего клапана диаметром 135 мм.

С параметрами 3.7 МПа и 375 °С пар по четырем паропроводам направляется в промежуточный пароперегреватель котла и возвращается оттуда с параметрами 2.8 МПа и 565 °С к двум клапанам части среднего давления, от которых по четырем паропроводам пар поступает в часть среднего давления.

В турбоустановки используется двухпоточный конденсатор типа К-160-9115 с поверхностью охлаждения 9115 м2, расчетный вакуум в котором обеспечивается при расходе 21000 м3/ч охлаждающей воды с температурой 12 °С.

1. Расчет тепловой схемы установки

.1 Схема установки

Схема

1.2 Расчет процесса расширения в турбине и построение процесса на диаграмме

.2.1 Расчет процесса расширения в ЦВД

1. В Н-S диаграмме строим начальную точку процесса расширения по давлению Р0=12.75 МПа и температуре Т0=565 °С. Находим начальную точку Н0=3515 кДж/кг. Строим процесс расширения до давления перед пром. перегревом Р=3.7 МПа.

. Получаем теоретический процесс расширения в ЦВД, с энтальпией Н2т=3138 кДж/кг.

. Рассчитаем энтальпию реального процесса расширения. Внутренний относительный КПД ЦВД равен ηоi=0.835, ηоi=(Н0- Н2)/(Н0-Н2t), получаем: Н2=Н0- ηоi(Н0- Н2t), Н2=3515- 0.835(3515-3138)=3200 кДж/кг. Строим реальный процесс расширения в Н-S диаграмме.

1.2.2 Расчет процесса расширения в ЦСД и ЦНД

1. В Н-S диаграмме строим процесс пром. перегрева с параметрами Рпп=2.8 МПа и Тпп=565 °С. Находим точку Нпп=3610 кДж/кг.

. Строим процесс расширения с параметров пром. перегрева до давления в конденсаторе турбины. Получаем точку Н9т=2225 кДж/кг.

. Рассчитаем энтальпию реального процесса расширения.

Внутренний относительный КПД ЦСД и ЦНД равен ηоi=0.83, ηоi=(Нпп- Н9)/(Нпп-Н9t), получаем: Н9=Нпп- ηоi(Нпп- Н2t), Н2=3610- 0.83(3610-2225)=2460.45 кДж/кг. Строим реальный процесс расширения в Н-S диаграмме.

1.3 Расчет параметров отборного пара и воды в системе регенерации

.3.1 Расчет температуры воды после регенеративных подогревателей, питательного насоса и деаэратора

1. По (1) определим температуру воды после конденсатора, при давлении Рк=0.003 МПа, температура насыщения Тк=26 °С.

. По (1) определим температуру воды в деаэраторе, при давлении Рд=0.6 МПа, температура Тд=159 °С.

. Проведем разбиение температур по подогревателям (с учетом того, что Тпв=229 °С, питательный насос поднимает температуру воды на 4 °С и деаэратор нагревает воду на 10 °С) и занесем данные в таблицу.

Таблица 1

Тв1-8 - температура воды после соответствующего подогревателя.

Тпн - температура воды после питательного насоса.

Тд - температура воды после деаэратора.

Тк - температура воды после конденсатора.

1.3.2 Расчет энтальпий воды после регенеративных подогревателей, питательного насоса и деаэратора

1. Зададим давление воды после конденсатного насоса Ркн=0.7 МПа, с учетом падения давления на каждом ПНД, получаем на входе в деаэратор давление Рд=0.6 МПа.

. Зададим давление воды после питательного насоса Рпн=18 МПа, с учетом падения давления на каждом ПВД, получаем на входе в котлоагрегат давление Рпв=17.4 МПа.

. По (1) определим энтальпию воды после подогревателей, по давлению и температуре, занесем данные в таблицу.

Таблица 2

Нв1-8 - энтальпия воды.

Нпн - энтальпия воды после питательного насоса.

Нд - энтальпия воды после деаэратора.

Нк=Нв9 - энтальпия воды после конденсатора.

1.3.3 Определение параметров отборов пара

1. Определим параметры отборного пара по следующей методике:

определим температуру tп= tпв + st , где tпв температура после соответствующего подогревателя, а st температура недогрева в подогревателе, выбирается равной от -2 до 10 °С.

определим давление насыщения Рн по температуре tп.

определим давление отбора Ротб= Рн · 1.1, необходим также учесть заданные значения давления в отборах турбины.

по H-S диаграмме определим энтальпии отборов.

занесем полученные данные в таблицу.

Таблица 3

Р1-8 - давление в отборах. Нр1-9 - энтальпии отборов.

1.3.4 Определение параметров дренажей

1. Определим температуру дренажей как температуру насыщения при давлении отбора. Энтальпию дренажа определим по давлению и температуре, по (1). Полученные данные внесем в таблицу.

Таблица 4

Тдр1-8 - температура дренажей.

Ндр1-8 - энтальпия дренажей.

1.4 Сводная таблица параметров рабочей среды

Таблица 5

В гол-ову турбиныПром. прегрев123Питательный насосДеаэратор456789 (Выхлоп.)Тв,°С--229209179162159149121101654526Рв,Мпа--17.417.617.818.00.60.60.620.640.660680.7Нв,кДж/кг--989899767.6698670.5627507414271188-Sв,кДж/кгК--2.572.382.101.951.931.821.531.290.890.630.38Vв,м3/кг10-3--1.21.151.111.11.091.891061.041.0111Рр,Мпа12.752.83.72.41.1--0.850.470.180.090.040.003Нр,кДж/кг35153610313834823281.--3208304528222697.82560.42455Sр,кДж/кгК6.667.446.726.717.56--7.627.697.757.777.788.55Тдр,°С--245222184--1731501179676-Ндр,кДж/кг--1061952.8780.8--732632491402318-Sдр,кДж/кгК--3.022.672.20--1.921.61.381.281.19-Vдр,м3/кг10-3--1.31.221.13--1.091.061.041.041.035-

1.5 Расчет расхода пара на отборы

.5.1 Тепловой баланс для первого подогревателя

α1=== 0.043

α1-8 - доля пара на отбор.

1.5.2 Тепловой баланс для второго подогревателя

α2=== 0,05

1.5.3 Тепловой баланс для третьего подогревателя

α3=== =0,021

1.5.4 Тепловой баланс для деаэратора

αд=== 0, 00978

1.5.5 Тепловой баланс для четвертого подогревателя

α4=== =0,042

1.5.6 Тепловой баланс для пятого подогревателя

α5=== 0,032

1.5.7 Тепловой баланс для шестого подогревателя

α5=== 0,049

1.5.8 Расчет точки смешения, методом последовательного приближения

1. Примем следующие данные: α7=0.04

α8=0.04

Нсм=Нв7

2. Произведем расчет α7 и α8:

α7=;

. Расчет энтальпии точки смешения.

. Производим сравнение полученных величин с принятыми, с заданной точностью. Если погрешность превышает заданную, то продолжаем уточнения, подставляя новые данные, если погрешность не превышает заданную, то выводим ответ.

. После многочисленных итераций получили следующие данные:

α7=0.017 α8=0.027

1.6 Расчет работы и расхода пара в голову турбины

.6.1 Расчет работы пара в турбине

-работа пара в турбине.

1.6.2 Расчет расхода пара в голову турбины

- расход пара в голову турбины.

- максимальная электрическая мощность машины генератора.

- КПД машины генератора.

В результате проведенных расчетов получили совпадение расчетных данных по расходу пара в голову турбины с заданными, погрешность составляет менее двух процентов.

расчетное= 124.801 (кг/с)

задан.= 126.9 (кг/с)

Погрешность:

По полученным данным делаем вывод о правильности проведенных расчетов.

2. Расчет проточной части турбины

.1 Расчет ЦВД

.1.1 Расчет регулируемой ступени

.1.1.1 Расчет сопловой решетки

Зададим средний диаметр ступени по заводскому аналогу.

d=1.050 (м).

Частота вращения ротора турбины.

n=3000 (об/мин).

Окружная скорость.

Зададимся степенью реакции.

Зададимся скоростным коэффициентом концевых турбинных решеток.

Зададимся углом выхода потока из сопловой решетки.

Определим значение характеристического коэффициента.

Определяем фиктивную скорость пара.

Располагаемый теплоперепад ступени.

Теплоперепад сопловой решетки.

Теплоперепад рабочей решетки.

Теоретическая скорость истечения пара из сопел.

Действительная скорость истечения пара из сопел.

Выходная площадь сопловой решетки.

- расход пара в голову турбины, кг/с.

= 0.036 - удельный теоретический объем пара, по диаграмме м3/кг.

=0.94- коэффициент расхода.

Определим высоту лопаток сопловой решетки.

- степень парциальности подвода пара.

Определим скорость звука в данной среде.

= 1.35, показатель адиабаты.

= 11,8 МПа, давление ступени, определяем по диаграмме.

Определяем число маха.

Выберем профиль сопловой лопатки.

Профиль выбирается из стандартных, по углу выхода потока из сопловой решетки и по числу маха.

Таблица 6. стандартных профилей приведена

С - 90 - 12А10-1470-1200.72-0.8731-350.6-0.85

Уточним, ранее принятые, значения коэффициента расхода и коэффициента сопла.

коэффициент сопла.

- коэффициент профильных потерь.

- эквивалентный угол.

= 0.032 - хорда сопловой лопатки, м.

= 0.001 - коэффициент потерь.

Определим погрешность.

%

- коэффициент расхода.

Определим погрешность.

2.1.1.2 Расчет рабочей решетки

Относительная скорость входа пара.

Угол входа пара в рабочие решетки.

Определим число сопловых лопаток.

- оптимальный шаг.

Округляем полученное значение.

Потери теплоперепада в соплах.

Определим теоретическую относительную скорость выхода потока.

Площадь кольцевой рабочей решетки.

- расход пара в голову турбины, кг/с.

= 0.0365 - удельный теоретический объем пара, по диаграмме м3/кг.

=0.98- коэффициент расхода.

Определим угол выхода потока из рабочей решетки.

- величина перекрышки, м.

Определим скорость звука в данной среде.

= 11 МПа, давление ступени, определяем по диаграмме.

Определяем число маха.

Выберем профиль рабочей лопатки.

Профиль выбирается из стандартных.

Таблица 7

Р - 26 - 17А15-1923-350.6-0.775-800.75-0.95

Определим число рабочих лопаток.

=0.662 - оптимальный шаг.

=0.03 - хорда рабочей лопатки.

Округляем полученное значение.

Потери теплоперепада в рабочих лопатках.

- коэффициент скорости, определяем по рис.5 (10).

Уточним значения коэффициента скорости и коэффициента расхода.

коэффициент скорости.

- оцениваем по соотношению .

Определим погрешность.

%

коэффициент расхода.

Определим погрешность.%

%

Определим действительную относительную скорость потока на выходе из рабочей решетки.

Определим лопаточный КПД ступени.

- располагаемая энергия ступени.

- коэффициент использования кинетической энергии выходной скорости в последующей ступени, для регулирующей ступени =0.

- потери с выходной скоростью.

=49.128(м/с) - действительная скорость выхода пара из рабочей решетки, определяется из треугольника скоростей(см. приложение1).

Определяем внутренний относительный КПД ступени.

- потери на трение.

=1.4 - коэффициент трения.

- потери от утечек.

- потери на влажность равны , т.к. процесс расширения проходит в зоне перегретого пара.

Определим действительный теплоперепад ступени.

Определим мощность ступени.

2.2 Разбиение теплоперепада ЦВД

по заводскому аналогу принимаем значения диаметров ступеней;

принимаем значения степени реактивности ступени;

принимаем ;

принимаем значение скоростного коэффициента ;

принимаем значение коэффициента ;

определяем ;

производим расчет теплоперепада

полученные данные сведем в таблицу и построим график по полученным величинам по ступеням.

Таблица 8

№ ступени20.9680.020.475030.9790.030.47350.640.9950.0350.4745251.0120.040.47553.561.030.0450.47755.271.0440.050.47856.4

График распределения теплоперепада, диаметра и характеристического коэффициента.

Рис.1

------ - теплоперепад ступени;

------ - диаметр ступени;

------ - значение характеристического коэффициента.

Исходя из полученных данных, определим количество ступеней ЦВД.

Средний теплоперепад, приходящийся на одну ступень.

.

=377 (кДж/кг) - теплоперепад ЦВД.

= 0.0090869 - коэффициент возврата теплоты.

Округляя, полученные значение, получаем.

=7 шт.

2.1.2 Расчет первой нерегулируемой ступени (вторая ступень по ходу пара)

.1.2.1 Расчет сопловой решетки

Уточним значение среднего диаметра ступени.

Окружная скорость.

Степень реакции.

Зададимся скоростным коэффициентом концевых турбинных решеток.

Зададимся углом выхода потока из сопловой решетки.

Определим значение характеристического коэффициента.

Определяем фиктивную скорость пара.

Располагаемый теплоперепад ступени.

Теплоперепад сопловой решетки.

Теплоперепад рабочей решетки.

Теоретическая скорость истечения пара из сопел.

Действительная скорость истечения пара из сопел.

Выходная площадь сопловой решетки.

- расход пара в голову турбины, кг/с.

= 0.042 - удельный теоретический объем пара, по диаграмме м3/кг.

=0.945- коэффициент расхода.

- степень парциальности подвода пара. Определим скорость звука в данной среде.

= 1.35, показатель адиабаты. = 9 МПа, давление ступени, определяем по диаграмме.

Определяем число маха.

Выберем профиль сопловой лопатки.

Профиль выбирается из стандартных, по углу выхода потока из сопловой решетки и по числу маха.

Таблица стандартных профилей приведена в (1)

Таблица 8

С - 90 - 15А13-1770-1200.7-0.8535-400.5-0.85

Уточним, ранее принятые, значения коэффициента расхода и коэффициента сопла.

коэффициент сопла.

- коэффициент профильных потерь.

- эквивалентный угол.

= 0.07 - хорда сопловой лопатки, м.

= 0.001 - коэффициент потерь.

Определим погрешность.

%

коэффициент расхода.

Определим погрешность.

%

2.1.1.2 Расчет рабочей решетки

Относительная скорость входа пара.

Угол входа пара в рабочие решетки.

- оптимальный шаг.

Округляем полученное значение.

Потери теплоперепада в соплах.

Определим теоретическую относительную скорость выхода потока.

Площадь кольцевой рабочей решетки.

- расход пара в голову турбины, кг/с.

= 0.0424 - удельный теоретический объем пара, по диаграмме м3/кг.

=0.97- коэффициент расхода.

Определим угол выхода потока из рабочей решетки.

- величина перекрышки, м.

Определим скорость звука в данной среде.

= 8.9 МПа, давление ступени, определяем по диаграмме.

Определяем число маха.

Выберем профиль рабочей лопатки.

Профиль выбирается из стандартных.

Таблица стандартных профилей приведена в (1)

Таблица 9

Р - 35 - 25А22-2830-500.55-0.6578-820.75-0.95

Определим число рабочих лопаток.

=0.668 - оптимальный шаг.

=0.060 - хорда рабочей лопатки.

Округляем полученное значение.

Потери теплоперепада в рабочих лопатках.

- коэффициент скорости, определяем по рис.5 (10).

Уточним значения коэффициента скорости и коэффициента расхода.

коэффициент скорости.

- оцениваем по соотношению .

Определим погрешность.

%

коэффициент расхода.

Определим погрешность.%

%

Определим действительную относительную скорость потока на выходе из рабочей решетки.

Определим лопаточный КПД ступени.

- располагаемая энергия ступени.

- коэффициент использования кинетической энергии выходной скорости в последующей ступени, для регулирующей ступени =0.5

- потери с выходной скоростью.

=63.915(м/с) - действительная скорость выхода пара из рабочей решетки, определяется из треугольника скоростей(см. приложение1).

Определяем внутренний относительный КПД ступени.

- потери на трение.

=1.4 - коэффициент трения.

- потери от утечек.

- потери на влажность равны , т.к. процесс расширения проходит в зоне перегретого пара.

Определим действительный теплоперепад ступени.

Определим мощность ступени.

2.2 Разбиение теплоперепада ЦCД - ЦНД

по заводскому аналогу принимаем значения диаметров ступеней;

принимаем значения степени реактивности ступени;

принимаем ;

принимаем значение скоростного коэффициента ;

принимаем значение коэффициента ;

определяем ;

производим расчет теплоперепада

Таблица 10

№ ступениЦСД81.1320.050.48363.691.1350.050.48363.9101.150.0550.48465.2111.160.0550.48466.4121.190.060.48569.5131.220.060.48573141.2600.060.48577.9151.320.060.48585.5ЦНД161.480.060.485107.5171.540.070.488115.2181.610.080.491124.5191.710.10.496137.4201.830.120.502153.92120.130.505181.7График распределения теплоперепада, диаметра и характеристического коэффициента.

Рис.2

------ - теплоперепад ступени;

------ - диаметр ступени;

------ - значение характеристического коэффициента.

Исходя из полученных данных, определим количество ступеней ЦCД.

Средний теплоперепад, приходящийся на одну ступень.

.

=565 (кДж/кг) - теплоперепад ЦСД.

= 0.018 - коэффициент возврата теплоты.

Округляя, полученные значение, получаем.

=8 шт.

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.