Турбины ТЭС и АЭС расчет турбины К-12-35

 

 

2.5.4  Теплоперепад  первой ступени, кДж/кг:

 

(2.37)

 

 

2.5.5  Теоретическая  скорость истечения из сопловой  решетки, м/с:

 

(2.38)

 

 

где - теплоперепад сопловой решетки.

 

 

 

2.5.6  Площадь  проходного сечения сопловой  решетки, м²:

 

(2.39)

 

где – удельный объем пара за сопловой решеткой, определяется при построении процесса расширения первой нерегулируемой ступени ЧВД;

μ₁ – коэффициент расхода сопловой решетки, первоначально принимается μ₁ = 0,97.

 

2.5.7  Высота  сопловой решетки, м:

 

(2.40)

 

Здесь степень  парциальности подбирается такой, чтобы обеспечить высоту  ≥ 12 мм.

 

2.5.8  Высота  рабочей решетки, м:

(2.41)

 

где ∆=∆1+∆2=3мм – суммарная перекрыша

 

2.5.9  Корневой  диаметр первой ступени:

(2.42)

 

Корневой  диаметр принимается постоянным во всех ступенях ЧВД, т. е.

 

= const.

 

2.5.10   Угол α_{1эф ,} град.

(2.43)

 

 

2.5.11   Окружная скорость, м/с.

(2.44)

 

 

 

 

2.5.12   Действительная абсолютная скорость  выхода из сопел, м/с:

 

(2.45)

 

 

2.5.13   Относительная скорость пара  на входе в рабочую решетку,  м/с:

 

(2.46)

 

 

2.5.14   Теоретическая относительная скорость  выхода из рабочей решетки,  м/с:

 

(2.47)

 

где: кДж/кг (2.48)

 

2.5.15  Выходная площадь рабочей решетки,  м²:

 

(2.49)

 

 

2.5.16  Угол выхода из рабочей решетки,  град.

 

(2.50)

 

 

2.5.17  Средний  диаметр последней ступени ЧВД  определяется по упрощенному  уравнению неразрывности:

 

(2.51)

где – искомые значения среднего диаметра и высоты лопаток последней ступени;

 – удельные объемы  за первой и последней ступенями  отсека ЧВД;

 е¹ и е^z – степень парциальности первой и последней ступеней ЧВД соответственно. Если в первой ступени степень парциальности е¹ < 1, то в последней ступени ее следует увеличить по возможности до е^z = 1; удельные объемы пара следует определять очень точно, лучше по электронным таблицам или подпрограммам, так как от этого зависят размеры лопаток.

В этом уравнении  два неизвестных: средний диаметр  и высота . Средний диаметр выражается через известный корневой диаметр и высоту лопаток:

 

. (2.52)

Подставив это  выражение в предыдущую формулу, получают квадратное уравнение уже  с одним неизвестным, :

(2.53)

 

 

 

Найдя высоту , определяют средний диаметр по вышеприведенной формуле:

 

 

 

 Разность  высот лопаток первой и последней  ступеней отсека  и должна обеспечить во всех ступенях необходимые перекрыши (табл. I.1). Иначе следует несколько увеличить найденные размеры последней ступени и .

2.5.18  Степень реактивности последней ступени:

, (2.54)

 

 

где = 0,04 – степень реактивности в корневом сечении.

2.5.19  Угол  принимается в диапазоне 11–12º.

Отношение скоростей:

(2.55)

 

 

2.5.20  Определяем число ступеней ЧВД и их теплоперепады. Для этого используем расчетно-графический способ, рис. 3. Отложив на диаграмме базу произвольной длины, условно обозначающую длину проточной части ЧВД, откладывают по краям базы в масштабе отрезки  и , и а также и . Концы отрезков соединяют прямыми линиями. Проводят также линию d_к = const. Разделив базу диаграммы на 4 равные части, получают пять условных ступеней, для каждой из которых определяют по диаграмме значения средних диаметров  и .

 

2.5.21  По ним определяем теплоперепад для каждой ступени, кДж/кг:

 

(2.56)

Для первой нерегулируемой ступени k₀ = 1, для промежуточных ступеней k₀ = 0,92–0,96.

Таблица 1. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,956	0,483	48,19
2	0,96	0,485	45,3
3	0,964	0,486	45,49
4	0,968	0,488	45,49
5	0,973	0,49	45,59

 

2.5.22  Затем находим среднеарифметический теплоперепад одной ступени ЧВД, кДж/кг:

 

(2.57)

 

2.5.23  Находим число ступеней:

(2.58)

 

Здесь – теплоперепад нерегулируемых ступеней ЧВД, кДж/кг, рис. 2, 4;

q – коэффициент возврата тепла, первоначально принимается    q = 0,02–0,03.

Так как число ступеней ЧВД Z получается намного выше, чем у про-тотипа, его целесообразно сократить. Для этого можно увеличить диаметр первой нерегулируемой ступени, что, естественно, приведет к увеличению диаметров всех ступеней и увеличению их теплоперепадов. Более простой способ – это снижение фактического значения (U/C_a)_факт для всех ступеней по сравнению с оптимальным (U/C_a)_opt. Конечно, это приведет к некоторому снижению КПД ступеней. Но для турбин малой мощности снижение числа ступеней, а значит, снижение стоимости обычно важнее максимального КПД.

Таблица 1а. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,956	0,4	70,26
2	0,96	0,405	64,96
3	0,964	0,41	63,92
4	0,968	0,415	62,91
5	0,973	0,42	62,05

 

2.5.22  Затем находим среднеарифметический теплоперепад одной ступени ЧВД, кДж/кг:

(2.57)

 

2.5.23  Находим число ступеней:

 

(2.58)

 

 

2.5.24  После первоначального определения числа ступеней коэффициент возврата тепла уточняется по формуле:

(2.59)

 

где k_t = 4,8·10^–4 – для перегретого пара,

2,8·10^–4 – для влажного пара,

3,2·10^–4 – для насыщенного и влажного пара.

 

2.5.25  С использованием найденного коэффициента возврата тепла уточняем число ступеней, по вышеприведенному выражению.

 

 

 Значение Z округляем до ближайшего целого числа и делим базу диаграммы на (Z – 1) частей.

2.5.26  Определив по диаграмме  значения средних диаметров  и для этих ступеней, вычисляем их теплоперепады, кДж/кг :

(2.60)

Таблица 2. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,956	0,4	70,26
2	0,959	0,404	65,15
3	0,963	0,408	64,41
4	0,966	0,412	63,56
5	0,97	0,416	62,86
6	0,973	0,42	62,05

 

 

 

Для первой нерегулируемой ступени k₀ = 1, для промежуточных ступеней k₀ = 0,92–0,96.

2.5.27  Находим сумму теплоперепадов всех ступеней , кДж/кг:

 

 

 

2.5.28  Сравниваем с известным располагаемым теплоперепадом нерегулируемых ступеней ЧВД с учетом возврата тепла:

(2.61)

 

 

2.5.29  Чтобы обеспечить равенство левой и правой части, определяем невязку теплоперепада для каждой ступени, кДж/кг:

(2.62)

 

2.5.30  Корректируем теплоперепады каждой ступени, кДж/кг:

(2.63)

 

 

 

 

 

 

 

 

Предварительный расчёт ЧСД.

 

2.5.31  Во избежание неоправданных потерь при движении пара проточная часть турбины должна расширяться плавно, без уступов (конечно, при отсутствии камер для отборов пара на регенерацию и др.). В этом случае первая ступень ЧСД одноцилиндровой конденсационной турбины должна по возможности плавно сопрягаться с предыдущей, т. е. последней ступенью ЧВД. В данном проекте отборы пара на регенерацию не учитываются. Поскольку высота рабочих лопаток последней ступени ЧВД уже определена, высоту рабочих лопаток первой ступени ЧСД можно оценить с учетом ее увеличения, м:

 

(2.64)

 

 

 

 

 

2.5.32  Тогда высота сопловых лопаток, м:

 

(2.65)

 

где перекрыша  ∆ = 3–3,5 мм [табл. I.1].

 

2.5.33  ЧСД  целесообразно проектировать с  постоянным корневым диаметром d_k = const. Если задаться корневым диаметром ЧСД, например, равным корневому диаметру ЧВД, то средний диаметр первой ступени ЧСД, м:

 

(2.66)

 

 

2.5.34  Степень  реактивности первой ступени  ЧСД   следует принять чуть выше, чем в последней ступени ЧВД. Степень парциальности в ЧСД е = 1, во всяком случае, не меньше, чем в последней ступени ЧВД.

Степень реактивности первой ступени задается ρ_т = 0,140.

Тогда оптимальное  отношение скоростей:

 

(2.67)

 

 

 

Рисунок 4. Процесс  расширения в ЧСД

 

Средний диаметр  последней ступени ЧСД, а также  число ступеней и их теплоперепады  определяются по той же методике, что  и в ЧВД. Параметры пара определяются в соответствии с рис. 4.

2.5.35  Теплоперепад  первой ступени, кДж/кг:

 

(2.68)

 

 

2.5.36  Теоретическая  скорость истечения из сопловой  решетки, м/с:

 

(2.69)

 

 

где - теплоперепад сопловой решетки.

2.5.37  Площадь  проходного сечения сопловой  решетки, м²:

 

(2.70)

 

 

где – удельный объем пара за сопловой решеткой, определяется при построении процесса расширения первой нерегулируемой ступени ЧСД;

μ₁ – коэффициент расхода сопловой решетки, первоначально принимается μ₁ = 0,97.

2.5.38 Средний  диаметр последней ступени ЧСД  определяется по упрощенному  уравнению неразрывности:

 

(2.71)

где – искомые значения среднего диаметра и высоты лопаток последней ступени;

 – удельные объемы  за первой и последней ступенями  отсека ЧСД;

 е¹ и е^z – степень парциальности первой и последней ступеней ЧСД соответственно.

В этом уравнении  два неизвестных: средний диаметр  и высота . Средний диаметр выражается через известный корневой диаметр и высоту лопаток:

 

(2.72)

 

Подставив это  выражение в предыдущую формулу, получают квадратное уравнение уже  с одним неизвестным, , м:

 

(2.73)

 

 

 

 

Найдя высоту , определяют средний диаметр по вышеприведенной формуле:

 

 

 

 Разность  высот лопаток первой и последней  ступеней отсека  и должна обеспечить во всех ступенях необходимые перекрыши [табл. I.1]. Иначе следует несколько увеличить найденные размеры последней ступени и .

 

2.5.39  Степень  реактивности последней ступени:

, (2.74)

где   – степень реактивности в корневом сечении, принимаем 0,04; 

 

где = 0,03–0,05 – степень реактивности в корневом сечении.

 

2.5.40  Угол  принимается в диапазоне 11–12º.

Отношение скоростей:

(2.75)

 

 

2.5.41  Определяем число ступеней ЧСД и их теплоперепады. Для этого используем расчетно-графический способ, рис. 5. Отложив на диаграмме базу произвольной длины, условно обозначающую длину проточной части ЧСД, откладываем по краям базы в масштабе отрезки  и , и а также и . Концы отрезков соединяем прямыми линиями. Проводим также линию d_к = const. Разделив базу диаграммы на 4 равные части, получаем пять условных ступеней, для каждой из которых определяем по диаграмме значения средних диаметров и .

 

2.5.42  По ним определяем теплоперепад для каждой ступени, кДж/кг:

 

(2.76)

Для промежуточных  ступеней принимаем k₀ = 0,94.

 

 

 

Таблица 3. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,983	0,493	45,97
2	1,009	0,505	46,16
3	1,036	0,517	46,43
4	1,063	0,529	46,69
5	1,09	0,541	46,93

 

2.5.43 Затем находим среднеарифметический теплоперепад одной ступени ЧСД, кДж/кг: