Расчет противодавленческой турбины с двухвенечной регулирующей ступенью

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования 

«Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров»

Факультет промышленной энергетики 

Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по дисциплине:

Тепловые двигатели и нагнетатели 
 

Тема: «Расчет противодавленческой турбины

с двухвенечной регулирующей ступенью» 

Вариант 33 
 
 
 

Выполнила: Калиновская Анна, 444 группа.

Проверил:    Коновалов Пётр Николаевич 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                  Санкт-Петербург

                        2009

Введение 

   В настоящее  время и в ближайшей перспективе  большая часть электроэнергии будет  вырабатываться тепловыми (ТЭС) и атомными (АЭС) электростанциями, основным из которых, преобразующими тепловую энергию в электрическую, является паровая турбина, связанная с электрическим генератором.

   Паровые турбины, как наиболее экономичные  тепловые двигатели, широко применяются  как в большой энергетике, так  и в энергетике многих отраслей промышленности.

   Современная мощная энергетическая турбина-это  сложнейшая машина, состоящая из десятков тысяч деталей. Многие из них работают в очень сложных условиях, подвергаясь воздействию разных, в том числе динамических, неустановившихся сил

   Турбина вместе с электрогенератором - турбоагрегат-это только часть турбоустановки, включающей много различных аппаратов и машин. Сама же турбоустановка тесно связана с паропроизводящей частью электростанции – с котлом, парогенератором, ядерным реактором. Все эти аппараты и машины взаимозависимы.

   Только  правильная эксплуатация паровой турбины, всей турбоустановки, которая включает пуск, и нормальное обслуживание, и остановку, позволяет электростанции бесперебойно, согласно графику и указаниям диспетчерской службы энергосистемы вырабатывать электрическую и тепловую энергию, делать это надёжно для всех элементов электростанции и с наименьшим расходом топлива. 
 

   При выполнении курсового проекта преследуются следующие цели:

1. закрепление и углубление знаний, полученных при изучении теоретического курса;
2. приобретение навыков практического применения теоретических знаний при выполнении конкретной инженерной задачи - разработке эскизного проекта многоступенчатой паровой турбины;
3. привитие инженерных навыков при пользовании справочной литературы, атласами профилей решёток турбин, заводскими расчётами и чертежами;
4. использование вычислительной техники в практической работе.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Исходные  данные:

• Номинальная электрическая мощность  N_эн=18 МВт;
• Параметры острого пара: Р_о=3,2 МПа, t_o=460°С;
• Абсолютная скорость пара на входе в турбину С_о=70 м/с;
• Давление пара за турбиной Р_к=1,15 МПа.
• Частота вращения ротора n₀=3000 об/мин.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Предварительный расчет теплового  процесса турбины:

1. Определяем  располагаемый теплоперепад без учета потерь давления в стопорном и регулирующем клапанах, для чего строим адиабатный процесс расширения в h-s диаграмме и определяем конечные и начальные значения энтальпий:

       H_o=i_o-i_кt=3364-3064=300 кДж/кг.

2. Потери давления в стопорном и регулирующем клапанах принимаем: ΔР_к=0,04Р_о=0,128 МПа.

3. Давление  пара перед сопловыми решетками  регулирующей ступени: 

       МПа, °С.

4. Потери давления  в выхлопном патрубке:

       ;

    где С_п – скорость пара за выходным патрубком;

          λ – опытный коэффициент.

5. Давление  пара за последней ступенью:

        МПа.

6. Потери энергии  в стопорном и регулирующем  клапанах:

       

7. Потери энергии  в выходном патрубке:

       

8. Располагаемый  теплоперепад на проточную часть:

       

9. Располагаемый  теплоперепад по затарможеным  параметрам:

       

 или                                                                                       

       

 где -располагаемый теплоперепад по заторможенным параметрам в регулирующей ступени;

      -располагаемый теплоперепад в нерегулируемой ступени.

10. Относительный  внутренний КПД:

       ;

 где η_ое-относительный эффективный КПД;

       η_м-механический КПД.

11. Использованный (внутренний) теплоперепад:

      .

12. Относительный  внутренний КПД проточной части  турбины:

      .

13. Откладываем  величину Н_i от точки на изоэнтропе  , и при энтальпии на пересечении с изобарами Р_к и Р_z, получаем точки A_к и A_z, характеризующие состояние пара за выходным патрубком и за последней ступенью;

       i_z=i_o-H_i=3364-228,3=3135,7 кДж/кг; υ_z=0,2354 м³/кг.

14. Секундный  расход пара:

       ;

где η_г – КПД генератора.

15. Предварительный  тепловой процесс турбины:

 
 
 
 

 Расчет  регулирующей ступени:

1. Примем h_онс=50 кДж/кг, тогда:

        .

2. Фиктивная  скорость в регулирующей ступени:

       м/с.

3. Оптимальное  отношение скоростей в регулирующей ступени:

      

где m=2,число венцов регулирующей ступени;

      α₁ – угол выхода потока пара из сопловой решетки, предварительно принимаем 14°; φ=0,96 - коэффициент скорости, зависит от скорости и характеристик сопла, принимаем; ρ = 0,1- степень реактивности ступени, принимаем;

      

4. Окружная  скорость:

       м/с.

5. Средний  диаметр регулирующей ступени:

      м.

6. Фиктивная  скорость в нерегулируемой ступени:

       м/с.

7. Оптимальное отношение скоростей в нерегулируемой ступени:

      

где α₁ – угол выхода потока пара из сопловой решетки, принимаем 17°;

φ=0,96 - коэффициент скорости, принимаем;

      ρ = 0,05 - степень реактивности ступени, принимаем;

      .

8. Окружная  скорость на среднем диаметре  в нерегулируемой ступени:

       м/с.

9. Средний  диаметр нерегулируемой ступени:

      м.

10. Степень реактивности регулирующей ступени состоит:

       
 
 

где степень реактивности первой рабочей решетки;

      степень реактивности направляющей решетки;

      степень реактивности второй рабочей решетки.

11. Располагаемый  теплоперепад в сопловой решетке:

      кДж/кг.

12. Располагаемый  теплоперепад в первой рабочей  решетке:

      кДж/кг.

13. Располагаемый  теплоперепад в направляющей  решетке:

      кДж/кг.

14. Располагаемый  теплоперепад во второй рабочей  решетке:

      кДж/кг.

15. Энтальпия  пара по заторможеным параметрам на входе в сопловый аппарат:

      кДж/кг.

16. Параметры заторможенного потока из i-s диаграммы:

     .       

17. Откладываем на изоэнтропе теплоперепады: ; ; ; (рис.2) и определяем давления:

   –за сопловой решеткой: Р₁=1,805 МПа, υ_1t=0,1615 м³/кг,

при h_1t = h₀*- = 3366,45– 166,905 = 3199,5 кДж/кг;

–за первой рабочей решеткой: Р₂=1,762 МПа,

   при h = h₀*- - h_о1р´ = 3366,45– 166,905 – 3,709  =3195,836кДж/кг;

   –за направляющей решеткой: ,

   при h = h₀*- - h_о1р´ -  h_нр´ = 3366,45–166,905–3,709– 5,56=3190,276 кДж/кг;

   –за второй рабочей решеткой: ,

   при h = h₀*- - h_о1р´ -  h_нр´ -  h_о2р´ = 3366,45–166,905–3,709 -5,56-9,27=

   =3181 кДж/кг. 

18. Отношение  давлений в сопловой решетке:

      
 
 
 

19. Теоретические  скорости потока пара и звука  на выходе из сопловой решетки:

     ;

     . 
 

20. Число  Маха за сопловой решеткой:

     .

21. Утечки пара через переднее концевое уплотнение:   

где μ_y=0,8 - коэффициент расхода, зависящий от толщины и конструкции гребня уплотнения и величины радиального зазора;