2. Расчет тепловой схемы турбоагрегата

2.1. Построение процесса расширения пара в h-s диаграмме

Данные о параметрах пара в точках процесса расширения приведены в таблице 2.1. Приведенные данные соответствуют режиму работы при номинальных параметрах работы турбоагрегата.

Таблица 2.1. Параметры пара в точках процесса расширения.

Точки процесса расширения		Параметры пара
		Давление, МПа		Температура, °С	Энтальпия, кДж/кг	Сухость, %
0	4,31		255	2800	100
1	2,786		229,8	2735	96
2	1,93		210,7	2685	94
3	1,288		191,2	2629	92
4	0,508		152,4	2500	88
5	0,3		134,4	2442	87
5’	0,27		240	2949	100
6	0,127		168	2811	100
7	0,058		101	2683	100
8	0,029		68,4	2601	99
К	0,00531		40	2395	93

Турбина имеет 8 нерегулируемых отборов пара, предназначенных для подогрева питательной воды (основного конденсата) в ПНД, деаэраторе и ПВД до температуры 225 °С (при номинальной мощности турбины).

Схема расширения пара в турбине К-220-44-2 приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. Схема расширения пара в турбине К-220-44-2.

2.2 Расчет величины расхода пара на турбину

1) Из характеристик рассчитываемой турбины находим номинальную мощность турбины:

2) Определяем расход пара на турбину из уравнения мощности:

где:

• D₀ – расход пара на турбину;

• D₁ …D₈ – расходы пара в отборах турбины;

• - произведение механического КПД на КПД генератора (принимаем).

Выражая из данного выражения значение общего расхода, получаем следующее значение:

3) Проверяем значение мощности турбины, подставляя значение общего расхода пара на турбину в уравнение:

где:

• N_i – приведенный использованный теплоперепад на турбину;

• α₁…α₈ –доли расходов пара в отборах турбины;

• - произведение механического КПД на КПД генератора (принимаем).

Отклонение номинальной мощности турбины от расчетной составляет 1,35%, что является допустимой величиной.

Утечки пара из концевых уплотнений принимаем 1% от общего расхода пара. Тогда окончательно принимаем общий расход пара на турбину:

3. Разбивка теплоперепада по ступеням

3.1 Расчет регулирующей ступени

Параметры пара перед ступенью:

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Принимаем:

• 

• 

• 

• 

1. Располагаемый теплоперепад

.

2. Фиктивная скорость:

3. Окружная скорость на среднем диаметре:

4. Средний диаметр ступени:

5. Располагаемый теплоперепад сопловой решетки:

6. Энтальпия пара за сопловой решеткой:

7. Параметры пара за сопловой решеткой:

• р_1t=3,121 МПа;

• v_1t=0,06173 .

8. Теоретическая скорость выхода пара из сопловой решетки:

9. Режим течения пара в сопловой решетке:

- дозвуковой режим.

10. Площадь сопловой решетки:

11. Оптимальная степень парциальности регулирующей ступени:

где - произведение парциальности.

12. Высота сопловых лопаток:

13) Принимаем профиль сопловой лопатки С-90-18А по углам входа a₀ = 90⁰ и выхода потока пара (газа) из нее a_1э =18⁰, а так же с учетом числа :

14)Количество сопловых лопаток:

15) Число Рейнольдса для потока пара за сопловой решеткой:

где Н с/м² - коэффициент кинематической вязкости пара по параметрам за сопловой решеткой.

16) Поправки на числа Рейнольдса и Маха:

17) Коэффициент расхода для сопловой решетки (расчетный):

18) Потери на трение в пограничном слое (в первом приближении принимаем ):

19) Коэффициент кромочных потерь:

,

где - толщина выходной кромки.

Тогда:

20) Коэффициент концевых потерь:

21) Поправка к коэффициенту потерь энергии в сопловой решетке на числа Маха и Рейнольдса:

22) Поправка к коэффициенту потерь энергии на верность:

,

где - верность решетки;

Тогда:

23) Поправка на наклон меридионального обвода:

,

где - угол периферийного меридионального наклона (принимается);

- относительное затенение высоты лопатки.

Тогда:

24) Поправка на нерасчетный угол входа:

где - угол входа потока в ступень (равен оптимальному значению угла входа).

Тогда:

25) Коэффициент потерь для сопловой решетки:

26) Коэффициент скорости:

.

27) Фактическая величина скорости выхода потока из сопловой решетки:

(м/с).

28) Угол выхода потока из сопел в абсолютном движении (фактический):

29) Осевая составляющая абсолютной скорости выхода потока из сопловой решетки:

30) Окружная составляющая абсолютной скорости выхода потока из сопловой решетки:

31) Относительная скорость выхода потока из сопловой решетки:

32) Угол входа потока в рабочую решетку в относительном движении:

33) Входной треугольник скоростей регулирующей ступени:

Рисунок 3.1. Входной треугольник скоростей регулирующей ступени ЦВД

34) Абсолютная величина потерь энергии потока в сопловой решетке:

35) Относительная теоретическая скорость выхода потока из рабочей решетки:

36) Число Маха:

37) Высота рабочей решетки:

где - величина перекрыши (сумма корневой и периферийной перекрыш).

38) Выходная площадь рабочей решетки:

где - коэффициент расхода рабочей решетки (принимается).

39) Эффективный угол выхода потока из рабочей решетки в относительном движении:

40) Принимаем хорду профиля рабочих лопаток:

Выбираем профиль Р-46-29А [1]:

41) Количество лопаток:

42) Уточняем значение величины коэффициента расхода рабочей решетки:

где:

• - угол поворота потока в канале рабочей решетки;

• - поправка к коэффициенту расхода на угол поворота потока в канале рабочей решетки;

• - поправка к коэффициенту расхода на угол на число Рейнольдса, где .

• - поправка к коэффициенту расхода на угол на число Маха, где

43) Потери на трение в пограничном слое:

44) Кромочные потери:

45) Концевые потери:

46) Поправка на веерность:

47) Поправка к потерям на числа Рейнольдса (поправка на число Маха не учитывается, так как М<1):

48) Коэффициент потерь энергии в рабочей решетке:

_Тогда:

49) Угол выхода из рабочей решетки в относительном движении:

50) Значение реальной скорости выхода потока из рабочей решетки:

51) Осевая и окружная составляющие относительной скорости:

52) Скорость выхода из рабочей решетки в абсолютном движении:

53) Угол выхода из рабочей решетки в абсолютном движении:

54) Выходной треугольник скоростей регулирующей ступени:

Рисунок 3.2 – Выходной треугольник скоростей регулирующей ступени ЦВД

55) Абсолютная потеря энергии в рабочей решетке:

56) Потеря энергии с выходной скоростью потока абсолютная:

57) Располагаемая энергия ступени:

где - коэффициент использования выходной скорости (для регулирующей ступени равен 0).

58) Относительный лопаточный КПД:

где

удельная полезная работа ступени.

59) Мощность на лопатках колеса турбины:

60) Лопаточный КПД турбинной ступени рассчитывается двумя методами: через потери и значения скоростей потока с привлечением зависимостей:

Расхождение между данными значениями составляет менее 5 %.

61) Общие потери на трение (включая потери на трение диска, лопаточного бандажа и конических поверхностей):

где - коэффициент трения.

62) Потери с утечками:

а) потери с утечками через диафрагменное уплотнение:

где - поправочный коэффициент для прямоточного уплотнения (принимается по экспериментальным кривым на рис 3.25[6]).);

- коэффициент расхода прямоугольного уплотнения (принимается по рис 3.25[6].););

- число гребней уплотнения (выбирается в зависимости от необходимости улучшения плотности ступени);

- площадь щели между диафрагмой и уплотнением (величины и выбираются по заводским данным).

б) потери с утечками через периферийные уплотнения ступени:

где - диаметр по периферии рабочих лопаток;

- степень реактивности на среднем диаметре ступени;

эквивалентный зазор периферийного уплотнения (значения принимаются по данным завода – изготовителя, - по экспериментальным кривым, ).

Тогда общие потери с утечками составят:

63) Потери от парциальности:

а) потери от вентиляции:

где - коэффициент вентиляции (принимается для одновенечной ступени).

б) сегментные потери:

где - ширина рабочей лопатки (принимается по характеристикам профиля лопаток);

- число пар концов сопловых сегментов (выбирается в зависимости конструкции ступени).

Тогда общие потери от парциальности составят:

64) Относительный внутренний относительный КПД ступени:

65) Внутренняя мощность ступени: