4. Приближенный расчет паровой турбины
1. Исходя из количества ступеней в 1-м и 2-м отсеках и давлений перед СРК ЦВД (и ЧНД), принимаем давление за первым отсеком (перед поворотной камерой) pпк = 3,0 МПа. Давление перед ЦНД оценим в = 0,24 МПа.
2. Примем потерю давления в СРК НД = 0,03 и находим давление в камере смешения:
Pсм = (1 ‒ ) ·= (1 ‒ 0,03) · 0,7 = 0,679 Мпа = 0,68 Мпа.
3. Давление перед проточной частью ЦВД:
= (1 ‒ ) ·= (1 ‒ 0,03) · 8,2 = 7,954 МПа,
где = 0,03 ― принимаем потери пара в СРК ВД.
По = 7,954 МПа и= 3425,72 кДж/кг (точка 0') находим все остальные параметры в этой точке:
= 510 °С;
= 0,0425 м3/кг.
4. Строим идеальный процесс расширения пара в 1-ом отсеке и определяем все параметры пара в конце процесса расширения:
= 3120 кДж/кг;
= 0,09 м3/кг;
= 350 °С.
5. Идеальный теплоперепад 1-го отсека:
∆H0(1) = ‒= 3425,72 ‒ 3120 = 305,72 кДж/кг
6. Относительный внутренний КПД 1-го отсека:
ŋ0i(1) = [0,92 ‒ (0,2 / 2υср)] · [1 + ((∆Н0(1) ‒700) / 2000)] · квл =
= [0,92 ‒ (0,2 / (2 · 56,22 · 0,0618))] · [1 + ((305,72 ‒ 700) / 2000)] · 1 =
= 0,7155,
где υср = (·)0,5 = (0,0425 · 0,09)0,5 = 0,0618 м3/кг ― средний для 1-го отсека удельный объем;
квл = 1 ― коэффициент влажности пара.
7. Действительный теплоперепад 1-го отсека:
∆Hi(1) = ∆Н0(1) · η0i(1) = 305,72 · 0,7155 = 218,74 кДж/кг.
8. Внутренняя мощность 1-го отсека:
Ni(1) = 2 · · ∆Hi(1) = 2 · 56,22 · 218,74 = 24595,126 кВт.
9. Энтальпия пара в поворотной камере (перед 2-ым отсеком):
= h1 = ‒ ∆Hi(1) = 3425,72 ‒ 218,74 = 3206,98 кДж/кг.
По pпк = p1 = 3,0 МПа и h1 = 3206,98 кДж/кг (точка 1) находим все остальные параметры в этой точке:
t1 = 390 °С;
υ1 = 0,0975 м/кг.
10. Строим идеальный процесс расширения пара во 2-ом отсеке до давления pсм = p2 = 0,7 МПа и определяем все параметры пара в конце процесса расширения:
= 2849 кДж/кг;
= 0,3 м3/кг;
= 200 °С.
11. Идеальный теплоперепад 2-го отсека:
∆H0(2) = 1 ‒ = 3206,98 ‒ 2849 = 357,98 = 358 кДж/кг
12. Относительный внутренний КПД 2-го отсека:
ŋ0i(2) = [0,92 ‒ (0,2 / 2υср)] · [1 + ((∆Н0(2) ‒700) / 2000)] · квл =
= [0,92 ‒ (0,2 / (2 · 56,22 · 0,171))] · [1 + ((358 ‒ 700) / 2000)] · 1 =
= 0,754,
где υср = (1 · )0,5 = (0,0975 · 0,3)0,5 = 0,171 м3/кг ― средний для 1-го отсека удельный объем;
квл = 1 ― коэффициент влажности пара.
13. Действительный теплоперепад 2-го отсека:
∆Hi(2) = ∆Н0(2) · η0i(2) = 358 · 0,754 = 269,93 кДж/кг.
14. Внутренняя мощность 2-го отсека:
Ni(2) = 2 · · ∆Hi(2) = 2 · 56,22 · 269,93 = 30350,93 кВт.
15. Энтальпия пара в конце реального процесса расширения:
= 2 = 1 ‒ ∆Hi(2) = 3206,98 ‒ 269,93 = 2937,05 кДж/кг.
По pсм = p2 = 0,7 МПа и h2 = 2937,05 кДж/кг (точка 2) находим все остальные параметры в этой точке:
t2 = 241 °С;
υ2 = 0,331 м3/кг.
16. Энтальпия пара (смеси) в камере смешения:
hсм = h3 = [2 · ·+ (2‒Dд) · ] / [(2 · (+)) ‒Dд] =
= [((2 · 56,22 · 2937,05) + ((2 · 16,17) ‒ 1,873)) · 2910,8] / [(2 · (56,22 +
+ 16,17)) ‒ 1,873] = 2939,55 кДж/кг.
Эта энтальпия и давление pсм = p2 = 0,7 МПа определяют все остальные параметры в камере смешения (точка 3):
tсм = t3 = 242 °С;
υсм = υ3 = 0,332 м3/кг.
17. Строим идеальный процесс расширения пара в 3-ем отсеке до давления = 0,24 МПа и определяем все параметры пара в конце процесса расширения:
= 2710 кДж/кг;
= 0,735 м3/кг;
= 127 °С;
= 1 ― степень сухости пара (почти на самой границе с линий насыщ.).
Идеальный теплоперепад 3-го отсека:
∆H0(3) = h3 ‒ = 2939,85 ‒ 2710 = 229,85 кДж/кг.
18. Расход пара через 3-ий отсек:
D(3) = [2 · (+)] ‒Dд = [2 · (56,22 + 16,17)] ‒ 1,873 = 142,907 кг/с.
19. Относительный внутренний КПД 3-го отсека:
ŋ0i(3) = [0,92 ‒ (0,2 / 2 D(3) · υср)] · [1 + ((∆Н0(3) ‒700) / 2000)] · квл =
= [0,92 ‒ (0,2 / (2 · 142,907 · 0,494))] · [1 + ((229,85 ‒ 700) / 2000)] · 1 =
= 0,70265,
где υср = (υ3 · )0,5 = (0,332 · 0,735)0,5 = 0,494 м3/кг ― средний для 3-го отсека удельный объем;
к = 1 ― коэффициент влажности пара.
20. Действительный теплоперепад 3-го отсека:
∆Нi(3) = ∆Н0(3) · η0i(3) = 229,85 · 0,70265 = 161,504 кДж/кг.
21. Внутренняя мощность 3-го отсека:
Ni(3) = D(3) · ∆Hi(3) = 142,907 · 161,504 = 23080,052 кВт.
22. Энтальпия пара на выходе из 3-го отсека:
h4 = hпар1 = h3 ‒ ∆Hi(3) = 2939,55 ‒ 161,504 = 2778,023 кДж/кг.
По = 0,24 МПа иh4 = 2778,046 кДж/кг (точка 4) находим все остальные параметры в этой точке:
t4 = 156 °С;
υ4 = 0,8 м3/кг;
S4 = 7,23 кДж/кг;
Х4 = 1.
23. Расход пара через один поток ЦНД:
D(4) = 0,5 · D(3) = 0,5 · 142,907 = 71,45 кг/с.
24. Строим идеальный процесс расширения пара в 4-ом отсеке до давления pк = 5 кПа и определяем все параметры пара в конце процесса расширения (точка 5):
= 2205 кДж/кг;
= 0,853 ― степень сухости пара.
Идеальный теплоперепад 4-го отсека:
∆H0(4) = h4 ‒ = 2778,046 ‒ 2205 = 573,05 кДж/кг.
Процесс расширения неполностью протекает в области влажного пара.
25. Коэффициент, учитывающий влажность пара:
квл = 1 ‒ 0,8(1 ‒ γву) · ((y0 + yк) / 2) · (∆/ ∆H0(4)) =
= 1 ‒ 0,8 · [(1 ‒ 0,15) · ((0 + 0,1) / 2) · (490 / 573,05)] =0,971,
γ = 0,15 ― принимаем коэффициент использования внутриканальной сепарации влаги;
(∆= 2695 ‒ 2205 = 490 кДж/кг ― теплоперепад, срабатываемый в 4-ом отсеке, в области влажного пара;
y = 0 ― влажность перед отсеком;
yк = 0,1 ― принимаем влажность в конце действительного процесса расширения (в качестве 1-го приближения).
26. Относительный внутренний КПД 4-го отсека:
ŋ0i(4) = [0,87 · [(1 + ((∆Н0(4) ‒ 400) / 10000))] · квл] ‒ [∆Hвс / ∆H0(4)] =
= [0,87 · [(1 + ((573,05 ‒ 400) / 10000))] · 0,971] ‒ [38,95 / 573,05] = 0,7914.
27. Действительный теплоперепад 4-го отсека:
∆Нi(4) = ∆Н0(4) · η0i(4) = 573,05 · 0,7914 = 453,51 кДж/кг.
28. Внутренняя мощность 4-го отсека:
Ni(4) = D(3) · ∆Hi(4) = 142,907 · 453,51 = 64809,754 кВт.
29. Энтальпия пара в конце идеального процесса расширения пара в 4-ом отсеке (на выходе из ЦНД):
hк = h5 = h4 ‒ ∆Hi(4) = 2778,023 ‒ 453,51 = 2324,513 кДж/кг.
По pк = 5 кПа и hк = 2324,5 кДж/кг (точка 5) находим значение степени сухости Хк = 0,902, т.е. влажность = 0,098, что практически совпадает с принятым выше. Значение энтропииSк = 7,6 кДж/кг.
30. Внутренняя мощность ЦНД:
= D(3) · ∆Hi(4) = 142,907 · 453,51 = 64809,754 кВт.
31. Внутренняя мощность ЦВД:
= Ni(1) + Ni(2) + Ni(3) = 24595,126 + 30350,93 + 23080,052 =
= 78026,108 кВт.
32. Внутренняя мощность паровой турбины:
= += 64809,754 + 78026,108 = 142835,862 кВт.
33. Электрическая мощность паровой турбины:
= ·ηГ · ηМ = 142835,862 · 0,99 · 0,985 = 139286,391 кВт.