Metodichka_KR_po_turbinam_2015

Министерство образования и науки Украины Одесский национальный политехнический университет ИЭКСУ

Кафедра атомных электрических станций

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому проектированию по дисциплине

«ТУРБИНЫ АЭС» для студентов специальности «Атомная энергетика»

Составитель: Королев А.В.

Одесса-2015

1

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие предназначено для студентов теплоэнергетических специальностей. Выполнение курсового проекта паровой турбины является завершающим этапом в изучении курса «Турбины АЭС» и ставит своей целью:

закрепить и углубить знания, полученные при изучении теоретического курса;

дать навыки пользования справочной литературой, таблицами, диаграммами, расчетными номограммами, атласами, заводскими расчетами и чертежами;

дать навыки практического применения теоретических знаний для выполнения конкретной инженерной задачи — разработки эскизного проекта паровой турбины.

При выполнении курсового проекта необходимо знать как основы теории, так и последние достижения науки и техники в области паровых турбин, используя для этой цели журнальные статьи, работы отдельных авторов и экспериментальные данные. Расчеты нужно вести в Международной системе единиц (СИ).

Задание на выполнение курсового проекта дается индивидуально для каждого студента. Задания на курсовое проектирование должны охватывать типы турбин установленных как на АЭС, так и на различных энергопредприятиях. Это могут быть активные, реактивные, комбинированные, конденсационные, с противодавлением, с промышленным отбором пара, с регенерацией и без регенерации — мощностью от 50 до 1400 МВт.

Необходимо, чтобы в каждом задании предусматривались элементы самостоятельной разработки отдельных вопросов, связанных с проектом.

Взадании на проектирование должны быть отражены следующие вопросы: четко и ясно сформулирована тема курсового проекта; представлены исходные данные, необходимые для выполнения теплового и механического расчетов; указан объем расчетной и графической частей проекта.

Вкачестве исходных данных должны быть заданы:

начальные параметры пара перед турбиной;

давление пара в конденсаторе;

электрическая мощность турбины;

количество подогревателей высокого (В) и низкого давления (Н) – В/Н;

номер цилиндра и номер ступени, подлежащей детальному расчету. Для данной турбины подбирается схема регенерации, задается конечная

температура питательной воды и параметры пара в конденсаторе, а расход пара на регенерацию определяется расчетом схемы регенерации (тепловой схемы).

Курсовой проект должен состоять из двух частей:

1) расчетно-пояснительной записки, включающей в себя описание

2

паровой турбины и ее узлов, тепловой расчет турбины на номинальном режиме, расчет на прочность основных деталей турбины;

2) графической части, куда входят 2 листа формата А1: 1-принципиальная регенеративная схема турбины с указанием

параметров воды и пара в каждой точке схемы и процесс расширения пара в паровой турбине с разбивкой по ступеням;

2-треугольник скоростей для рассчитанной ступени, профили сопловой и рабочей лопаток, составляющих рассчитываемую ступень и рабочий чертеж детали, рассчитываемой на прочность.

3

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ СХЕМЫ ТУРБОУСТАНОВКИ

Исходные данные к расчету заданы таблицей –

Р0; Т0

Рк

N

В/Н

Ц, n

начальные параметры пара: давление перед стопорным

	клапаном P0, МПа; температура t0,	°С;
	давление отработанного пара	или давление в

конденсаторе Pк, МПа;

мощность на зажимах генератора (электрическая мощность)

N, МВт;

число подогревателей высокого (В) и низкого (Н) давления в проектируемой турбоустановке

тип цилиндра и номер ступени подлежащей подробному

расчету

число оборотов ротора турбины принимаем для всех вариантов равное 3000, об/мин;

Главной целью теплового расчета регенеративной схемы турбоустановки, является определение теплофизических свойств пара во всех точках схемы, а также определение расходов пара через любую ступень паровой турбины, в том числе и заданную.

1.1.Построение процесса в h-s – диаграмме

1.1.1.Тепловой расчет турбины начинают с предварительного построения теплового процесса расширения пара на h, s-диаграмме. Для этого необходимо знать параметры пара перед турбиной (Р0 , t0 ), в конденсаторе (Pк )

иразделительное давление (Рр ) после ЦВД. На этом давлении выполняется

сепарация и промперегрев пара (для влажнопаровых турбин, турбин АЭС) или промперегрев без сепарации пара (для турбин перегретого пара, турбин ТЭС), в большинстве случаев паром этого давления питают деаэратор.

Принципиальное отличие процесса расширения пара в этих двух типах турбоустановок, представлено на рис. 1,2. Поэтому важно сразу определить по начальным параметрам, к какому типу относиться ваша турбина.

4

Рис. 1. Цикл Ренкина для влажнопаровой турбины АЭС.

Точки на схеме соответствуют: 1– выход конденсата из конденсатора; 2

– параметры воды после насоса на входе в ПВД; 3 – закипающая вода в парогенераторе; 4 – пар на входе в ЦВД; 5 – пар на выходе из ЦВД; 6 – параметры пара после сепаратора; 7 – параметры пара после пароперегревателя (перед ЦСД или ЦНД); 8 – параметры пара на входе в конденсатор; 9 – отсепарированная влага.

На рис. 1 также можно показать следующие процессы: 1-2 – подъем давления кондансата насосами; 2-3 – подорев воды в ПНД/ПВД и частично - до кипения – в парогенераторе; 3-4 – испарение воды в парогенераторе; 4-5 – расширение пара в ЦВД; 5-6-7 – сепарация и перегрев пара в СПП; 7-8 – процесс расширения пара в ЦСД и ЦНД; 8-1 – конденсация пара в конденсаторе.

5

Рис. 2 Цикл Ренкина для турбины высоких параметров (ТЭС).

Точки на схеме соответствуют: 1– выход конденсата из конденсатора; 2

– параметры воды после насоса на входе в ПВД (котел); 3 – пар на выходе из котла, на входе в ЦВД; 4 – пар на выходе из ЦВД и на входе а пароперегреватель котла; 5 – параметры пара после пароперегревателя (перед ЦСД или ЦНД); 6 – параметры пара на входе в конденсатор.

На рис. 2 также можно показать следующие процессы: 1-2 – подъем давления конденсата насосами; 2-3 – подорев воды в экономайзерной, испарительной и пароперегревательной частях котла; 3-4 – расширение пара в ЦВД; 4-5 – перегрев пара в котле; 5-6 – процесс расширения пара в ЦСД и ЦНД; 6-1 – конденсация пара в конденсаторе.

Порядок построения процесса расширения пара в HSдиаграмме и расчет тепловой схемы заключается в следующих этапах.

6

1. 2. Построение процесса на h, s-диаграмме для ЦВД

Для определения параметров пара на выходе из ЦВД необходимо знать разделительное давление.

Для влажнопаровых турбин принимают значение разделительного давления в диапазоне: Рр = (0,06…0,12)Ро

Для турбин высоких параметров это правило не подходит, т.к. на таких турбинах шире диапазон значений начальных параметров (от 0,20 МПа до 24,0 МПа). Основное условие для введения разделительного давления – необходимость увода параметров пара на выходе из цилиндров из области высоковлажного пара (х < 0,86-0,85).

Поэтому разделительное давление принимают равным Рр = (0,10…0,18)Ро.

1.2.1. На диаграмме h-s (рис.3) по параметрам Р0 , t0 наносят точку А0

(состояние пара перед стопорным клапаном). Отмечают также линию изобары Р2 — давления на выходе из ЦВД.

1.2.2. Потерю давления в стопорном и регулирующих клапанах, за счет дросселирования пара, принимают Р 0,03 0,05 Р0 . Обычно

берут Р 0,05 Р0 , таким образом давление пара перед соплами регулирующей

ступени Р 0,95Р .			На диаграмме h-s с помощью лекала проводят изобару,
	0	0
соответствующую давлению P				(параллельно изобаре Р		0	).
			0
	1.2.3.	Проведя	из точки А0		линию постоянной			энтальпии h const
до	пересечения с изобарой			P ,	намечают точку	А ,		соответствующую
				0			0
состоянию пара перед соплами регулирующей (первой) ступени ЦВД.
	1.2.4. Потерю давления в выхлопном патрубке ЦВД принимают
	Pвп = (0,02…0,08)Р’2.
	1.2.5. Определяют давление пара на выходе из последней ступени Р2 =
Р ’ + P .		Изобару P	наносят на диаграмму h–s.
2	вп	2

7

Рис. 3. Схематическое изображение теплового процесса на h–s- диаграмме для ЦВД

1.2.6. Из точки А0 проводят линию изоэнтропийного процесса (S = const) до пересечения с изобарой, соответствующей давлению отработанного

вЦВД пара Pк . Точку пересечения обозначают А1t .

1.2.7.Определяют располагаемый теплоперепад на ЦВД без учета потери давления в стопорном, регулирующих клапанах и выпускном патрубке,

как разность энтальпий точек А		и А :h h				H	0	,
	0		1t	0	1t
1.2.8.	Проведя из точки	А	линию			изоэнтропийного процесса до
		0
пересечения	с изобарой Р ,	намечают			точку			А . Определяют разность
	2							1t

энтальпий в точках А0 и А1t : Н0 h0 h1t , т.е. изоэнтропийный теплопере-

пад (располагаемый) в ЦВД, идущий на выполнение работы (с учетом потерь

встопорном, регулирующих клапанах и выпускном патрубке).

1.2.9.Принимают внутренний относительный к.п.д. цилиндров турбины

oi 0,82...0,83 (см. рис. 7)

1.2.10. Определяют используемый теплоперепад в турбине, как

Нi H0 oi .

1.1.14.Откладывая от точки А0 (рис. 1) вниз по изоэнтропе исполь-

зуемый теплоперепад Hi и проведя через точку C линию, параллельную оси s,

до пересечения с изобарой P2 , получают точку B , характеризующую состояние пара после выхода из последней ступени ЦВД.

Соединив точки А0 и B прямой линией, определяют предполагаемый

8

процесс в турбине. Продлив горизонтальную линию от точки B до пересечения с изобарой Pк , получают точку Bк , характеризующую состояние пара при входе в котел или сепаратор.

1.3. Построение процесса на h, s-диаграмме для ЦСД и ЦНД.

Методика построения теплового процесса на h,s-диаграмме в этом случае такая же, как и для ЦВД (до п. 7 включительно). Отличие процесса построения сводится к следующему:

1.3.1.Из точки А0 (рис. 4) проводят линию изоэнтропийного процесса до пересечения с изобарой, соответствующей давлению пара нав выходе из ЦСД. Точку пересечения обозначают А1t .

1.3.2.Изоэнтропийный теплоперепад между точками А0 и А1t (H0 ),

относящийся к части среднего давления (ЦСД), умножают на ранее

определенный		oi	и получают используемый теплоперепад		внутри ЦВД
равный			. Отложив величину Hi вниз от	точки		и	проведя
	Hi H	0 oi			А0
горизонтальную линию до пересечения с изобарой				Pp , находят			точкуB ,
характеризующую состояние пара на выходе из первого циллиндра.

Рис. 6. Схематическое изображение теплового процесса на h, s - диаграмме для ЦСД и ЦНД

1.2.3. Определяют потерю давления пара в перепускном паропроводе (

Pпп ) между циллиндрами турбин:

0,02 0,03 Рр ;

9

Рпп

Потерю

Pпп

наносят

на

диаграмму

h–s

и

проводят

изобару

P Р

р

Р

р . Продлив

горизонтальную линию из точки

B

до пересечения с

1

изобарой

P

, получают точку

A

, соответствующую состоянию пара перед

1

0

соплами первой ступени следующего цилиндра (ЦСД или ЦНД).

1.2.4.

Из

точки

A

проводят линию изоэнтропийного процесса до

0

пересечения

с

изобарой

P

и

намечают точку

A .

Определяют

разность

2

1t

энтальпий в точках

A

и

A

:

0

1t

H0 h0 h1t ,

т.е. изоэнтропийный теплоперепад приходящийся на ЦНД.

Умножив H0 на введенный ранее oi , получают используемый теплоперепад внутри ЦСД и ЦНД:

Hi H0 oi .

Отложив Hi вниз от точки A0 и проведя горизонтальную линию до пересечения с изобарой P2 , находят точку B , характеризующую состояние пара после выхода из последней ступени ЦНД. Продлив горизонтальную линию до пересечения с изобарой Pк , получают точку Bк , характеризующую состояние пара при входе в конденсатор.

1.4.Определение расхода пара на турбину

1.4.1.Из графика зависимости oe f N (рис.7) определяют среднее значение относительного эффективного к.п.д. oe проектируемой турбины.

1.4.2. Из графика зависимости м f N (рис. 8) определяют

механический к.п.д. м проектируемой турбины.