7. Расчет переменного режима

Расчет переменного режима проведем при снижении расхода пара на турбину в 2 раза. Для расчетов используем формулу Стодолы – Флюгеля для конденсационных турбин: /1/, гдеG₀ – расход пара при расчетном режиме; G – расход пара при изменившемся режиме; Р₀₀ – давление перед ступенью при расчетном режиме; Р₀₁ – давление пара при изменившемся режиме; Т₀₀, Т₀₁ – температуры пара при расчетном и изменившемся режиме соответственно.

Расчет проводим в предположении постоянства температуры пара перед ступенью, а также при 50% снижении расходов пара в отборы.

Тогда расход пара в ЦНД (через первую нерегулируемую ступень):

, где ∑G_отб. – расходы пара в отборы в ЦВД и ЦСД (взяты из п.3);

Расход пара через 1-2 ступени: G′ = G₁ = 30,69 кг/с;

Расход пара через 2-3 ступени G′′ = G′-G_отб.1/2 = 30,69-6,11/2 = 27,64 кг/с, где G_отб.1 – расход пара на ПНД (взят из п.3);

Расход пара через 3-4 ступени G₂ = G′′*2/3 = 27,64*2/3 = 18,42 кг/с;

Расходы пара при расчетном режиме (из п.5):

Расход пара в 1 ступень G_{1 0} =61,38 кг/с;

Расход пара в 1-2 ступени G′₀ = 61,38 кг/с;

Расход пара в 2-3 ступени G′′₀= 55,27 кг/с;

Расход пара в 3-4 ступени G₂₀ = 36,85 кг/с;

Давление перед ступенями при расчетном режиме заимствуем из таблицы 4.

Давление пара перед первой ступенью:

Давление пара перед второй ступенью:

Давление пара перед третьей ступенью:

Давление пара перед четвертой ступенью:

Проведем более детальный расчет первой нерегулируемой ступени при изменившемся режиме.

Исходные данные:

Расход пара на ступень G= 30,69 кг/с;

Изоэнтропный перепад ступени H₀= 106,25 кДж/кг (поi-s– диаграмме);

Окружная скорость u= 265,33 м/с (из п.5);

Давление перед ступенью р₀= 0,0625 МПа;

Давление пара за ступенью р₂= 0,035 МПа;

Геометрические характеристики:

Выходная площадь сопловой решетки F₁= 0,34 м²(из п.5);

Длина сопловой решетки l₁= 0,267 м (из п.5);

Выходная площадь рабочей решетки F₂= 0,56 м² (из п.5);

Длина рабочей решетки l₂= 0,279 м (из п.5);

1. Скорость, эквивалентная теплоперепаду в ступени:

с_ф =

2. Отношение скоростей u/с_ф =265,33/460,97 = 0,57;

3. Степень реактивности ступени(по рекомендациям /3/ стр.122):

ρ = 0,38;

4. Перепад энтальпий на сопловую решетку: H_ос = (1-ρ)H_о = 65,87 кДж/кг;

Перепад энтальпий на рабочую решетку: H_ор = ρ*H_о = 40,37 кДж/кг;

5. Теоретическая скорость выхода пара из сопел:

6. Определяем по i-s диаграмме (отложив H_ос) давление за сопловой решеткой р₁=0.045 МПа и теоретический удельный объем v_1t = 4,5 м³/кг.

7. Скорость звука

Число Маха

8. Примем коэффициенты расхода и коэффициенты скорости для сопловой и рабочей решеток такими же, как и при расчетном режиме. В дальнейших расчетах подтвердим правильность этого предположения.

9. Угол выхода потока из сопел остается таким же как при расчетном режиме, так как скорости дозвуковые и отклонения потока в косом срезе сопловой решетки не происходит, /1/ (₁=1406′, взят из п.5).

10. Действительная скорость на выходе из сопловой решетки: с₁ = φ*с_1t = 0.978*362,96 = 54,97 м/с;

Относительная скорость входа пара в рабочую решетку:

Угол направления скорости w₁:

₁ = 475′;

11. Потери энергии в сопловой решетке:

По i-s диаграмме определяем (отложив H_ор = 40,37 кДж/кг) теоретический удельный объем v_2t = 5,2 м³/кг;

12. Теоретическая относительная скорость выхода пара из рабочей решетки:

13. Число Маха:

14. Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки:

Угол выхода потока из рабочей решетки ₂ остается таким же, как при расчетном режиме ₂ = 228′, т.к. ₂, ψ = const (п.7.8);

15. Абсолютная скорость выхода пара из ступени:

Угол направления скорости с₂: 85;

15. Потери энергии в рабочей решетке:

Потери с выходной скоростью:

16. Располагаемая энергия ступени E₀=H₀-x_вс*∆Н_вс=106,25-1*5,99=100,26кДж/кг;

x_вс = 1 (см. п. 5.23);

17. Относительный лопаточный КПД:

18. Мощность на лопатках ступени: N_u = G*u*(w₁*cos₁+w₂*cos₂)= =30,69*265,33*(116,83*0.67+296,47*0.93) = 2882,55 кВт;

19. Относительные потери на трение: , где (u/с_ф)₀ – отношение скоростей при расчетном режиме (из п.5);

∆H_тр = _тр*Е₀ = 0,11 кДж/кг;

Относительные потери от утечки в переднее концевое уплотнение:

Принимаем снижение утечки в переднее концевое уплотнение на 50% (п.5);

Относительные потери от утечек по бандажу:

Все геометрические характеристики уплотнений такие же, как при расчетном режиме (п.5);

Суммарные потери от утечек: ∆H_у = (^б_у+^конц_у)*Е₀ = (0,0016+0.0014)*106,26 = 0,3 кДж/кг;

Относительные потери от влажности пара:

;

Абсолютные потери от влажности пара:

20. Использованный перепад энтальпий: H_i = Е₀-∆H_с-∆H_р-(1-х_вс) ∆H_вс-∆H_у-∆H_тр-∆H_вл = 100,26-2,86-3,24-0,3-0,11-7,2 = 86,55 кДж/кг;

21. Внутренний относительный КПД ступени: ;

22. Внутренняя мощность: N_i = G*H_i = 30,69*86,55 = 2656,2 кВт;

С помощью программы расчета ступеней TURB.EXE найдем некоторые характеристики остальных 3-х ступеней ЦНД, которые сведены в таблицу 6. Распечатки программного расчёта даны в приложении З.

Таблица 6. Результаты расчета ступеней турбины при изменившемся режиме

	Номер ступени (ЦНД)
	2	3	4
Расход пара G, кг/с	30,69	27,64	18,42
Располагаемый теплоперепад Н0, кДж/кг	114,53	144,45	115,36
Действительный теплоперепад Нi, кДж/кг	101,07	126,65	101,63
Энтальпия пара перед ступенью h0, кДж/кг	2756,25	2631,25	2512,5
Давление пара перед ступенью р, МПа	0,035	0,037	0,0069
Внутренний относительный КПД oi	0,929	0,931	0,935
Внутренняя мощность Ni, МВт	3102	3501	1872

Суммарная внутренняя мощность цилиндра среднего давления при расходе пара на турбину G = 0.5∙G₀:

∑N_i = 2*(2656,2+3102+3501+1872) = 22,26 МВт.

В результате расчета на программе TURB.EXE коэффициенты расхода и коэффициенты скорости сопловой и рабочей решеток не изменились, что подтверждает правильность сделанного в пункте 7.8 предположения.

Далее строим процесс расширения пара в ЦНД при изменившемся режиме (см. Приложение Б).

Треугольники скоростей для первой нерегулируемой ступени ЦНД даны в Приложении Д.