Турбины ТЭС и АЭС расчет турбины К-12-35

 

(2.77)

 

 

2.5.44  Находим число ступеней:

(2.78)

 

Здесь – теплоперепад нерегулируемых ступеней ЧСД, кДж/кг, рис. 2, 6;

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

Так как число ступеней ЧСД Z получается намного выше, чем у прототипа, 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 3а. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,983	0,42	63,33
2	1,009	0,4325	62,93
3	1,036	0,445	62,67
4	1,063	0,4575	62,42
5	1,09	0,47	62,19

 

 

 

 

 

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

(2.79)

 

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.

 

2.5.46  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.

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

(2.80)

Таблица 4. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м		, кДж/кг
1	0,983	0,42	63,33
2	1,0044	0,43	63,08
3	1,0258	0,44	62,84
4	1,0472	0,45	62,61
5	1,0686	0,46	62,39
6	1,09	0,47	62,19

 

 

 

Для промежуточных  ступеней k₀ = 0,92–0,96.

 

2.5.48  Находим сумму теплоперепадов всех ступеней , кДж/кг:

 

2.5.49 Сравниваем с известным располагаемым теплоперепадом нерегулируемых ступеней ЧСД с учетом возврата тепла:

(2.81)

 

 

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

 

(2.82)

 

 

2.5.51  Корректируем теплоперепады каждой ступени, кДж/кг:

 

(2.83)

 

 

 

 

 

 

 

 

Предварительный расчёт ЧНД.

 

2.5.52  Высоту рабочих лопаток первой ступени ЧНД можно оценить так же, как и в ЧСД:

 

= + (15–20 мм), (2.84)

 

 

2.5.53  Тогда высота сопловых лопаток

 

= – ∆, (2.85)

 

 

где перекрыша ∆ = 7 мм [табл. I.1].

2.5.54  Приняв корневой диаметр первой ступени ЧНД таким же, как в ЧСД или задавшись им по прототипу, определяют средний диаметр первой ступени ЧНД, м:

 

(2.86)

 

 

Степень реактивности первой ступени  ЧНД принимается несколько выше, чем в последней ступени ЧСД.

 

Рисунок 6. Процесс  расширения в ЧНД

2.5.55  Средний диаметр последней ступени , м, определяется по следующей формуле

 

, (2.87)

где – расход пара, кг/с;

 – удельный  объем за последней ступенью  ЧНД, определяется по предварительно  построенному процессу расширения (см. рис.6);

 –   веерность ступени, характеризует  пропускную способность ступени, для ЧНД турбин малой мощности (менее 50 МВт) = 3,5–4, принимаем равной 4,0;

  – угол выхода из ступени, стремятся обеспечить близким к 90^о. принимаем равным 85°;

 – скорость  пара за последней ступенью, определяется  потерей с выходной скоростью ∆H_вс. В турбинах малой мощности ∆H_вс = 16–20 кДж/кг, большой мощности – 25–45 кДж/кг. Тогда скорость

 м/с. (2.88)

 

Для обеспечения  приемлемых углов и выбора профилей задаемся средним диаметром последней  ступени м.

2.5.56    Высота рабочих лопаток последней ступени , м, определяется по следующей формуле

, (2.89)

 

.

 

2.5.57  Корневой диаметр последней ступени , м, определяется по следующей формуле:

 

, (2.90)

.

 

2.5.58  Степень реактивности определяется по следующей формуле:

 

, (2.91)

.

 

2.5.59  Оптимальное отношение скоростей последней ступени находится по формуле

, (2.92)

.

(2.93)

 

2.5.60  Теплоперепад последней ступени, кДж/кг:

 

, (2.94)

 

После определения  среднего диаметра и отношения  последней ступени ЧНД целесообразно произвести для нее предварительную проверку ожидаемых углов и оценку размеров в следующем порядке

 

2.5.61  Теплоперепад в сопловой и рабочей решетке,кДж/кг

 

, (2.95)

 

, (2.96)

 

 

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

 

, (2.97)

 

 

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

 

, (2.98)

 

 

2.5.64   Окружная скорость, м/с.

, (2.99)

 

 

2.5.65  Площадь проходного сечения сопловой решетки, м²:

, (2.100)

 

 

2.5.66  Высота сопловой решетки, м:

, (2.101)

 

 

2.5.67  Угол α_{1эф ,}град.

, (2.102)

 

 

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

 

, (2.103)

 

 

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

 

, (2.104)

 

 

 

 

 

2.5.70  Выходная площадь рабочей решетки, м²:

 

, (2.105)

 

 

71.  Угол выхода из рабочей решетки, град

 

, (2.106)

 

 

2.5.72 Затем определяем число ступеней и их теплоперепады, как и в ЧСД. На диаграмме наносим линию изменения корневых диаметров ЧНД. (см. рис. 7)

Теплоперепад  каждой ступени , кДж/кг, находится по формуле

 

. (2.107)

 

2.5.73  Определяем число ступеней ЧСД и их теплоперепады. Для этого используем расчетно-графический способ, рис. 7. 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 .

 

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

 

(2.108)

 

Таблица 5. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м	, м		, кДж/кг
1	0,938	1,106	0,47	68,11
2	1,0035	1,2295	0,49475	75,96
3	1,069	1,353	0,5195	83,43
4	1,1345	1,4765	0,54425	90,53
5	1,2	1,6	0,569	97,26

 

 

 

 

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

 

(2.109)

 

 

2.5.75  Находим число ступеней:

(2.110)

 

 

Здесь – теплоперепад нерегулируемых ступеней ЧНД, кДж/кг,

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

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

(2.111)

 

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.

 

2.5.77  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.

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

(2.112)

Таблица 6. Теплоперепады для каждой ступени

Номер ступени	, м	, м		, кДж/кг
1	0,938	1,106	0,47	64,02
2	1,0035	1,1795	0,49475	71,40
3	1,069	1,253	0,5195	78,43
4	1,1345	1,3265	0,54425	85,09
5	1,2	1,4	0,569	91,42

 

Для промежуточных  ступеней k₀ = 0,92–0,96.

2.5.79  Находим сумму теплоперепадов всех ступеней , кДж/кг:

 

 

 

2.5.80 Сравниваем с известным располагаемым теплоперепадом нерегулируемых ступеней ЧСД с учетом возврата тепла:

(2.113)

 

 

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

 

(2.114)

 

 

2.5.82  Корректируем теплоперепады каждой ступени, кДж/кг:

 

(2.115)

 

 

 

 

 

 

 

 

3.   Детальный расчет.

 

3.1 Расчет двухвенечной регулирующей  ступени

 

3.1.1 Суммарная  степень реактивности ступени  определяется между рабочей решеткой  первого венца, поворотной решеткой  и рабочей решеткой второго  венца,

 

_(3.1)

 

 

 

 

3.1.2 Распологаемые  теплоперепады в сопловой решетке,  рабочей решетке первого венца,  поворотной решетке и рабочей  решетке второго венца,кДж/кг:

 

_(3.2)

 

 

 

3.1.3 По диаграмме определяются параметры пара за решетками, Бар и м³/кг.

 

P_ос  =  19,09  V = 0,14389

P_ол =  18,904  V = 0,14499

P_оп  =  18,595  V = 0,14690

P^′_ол  =  18,11  V = 0,14989

 

3.1.4 Теоретическая  абсолютная скорость выхода из  сопловой решетки, м/с:

 

_(3.3)

 

 

3.1.5 Скорость  звука в потоке пара за сопловой  решеткой.м/с:

 

_(3.4)

 

 

где  - показатель изоэнтропы; для перегретого пара = 1,3.

3.1.6 Число  Маха сопловой решетки:

_(3.5)

 

 

Рисунок 7 – Тепловой процесс двухвенечной регулирующей ступени.

 

Профили лопаток  выбираются по углам входа–выхода потока и числам Маха (Приложение XI, Л1). Для сопловых лопаток это углы α₀, α_1эф и М_1t, для рабочих – β₁, β_2эф и М_2t. Необходимо обратить внимание на правильный выбор хорд b₁ и b₂ для профилей сопловых и рабочих лопаток ступени. Размер хорды определяет напряжение изгиба в лопатке. Чем больше хорда, тем меньше изгибающие напряжения, тем прочнее лопатка. С другой стороны, с увеличением хорды возрастают профильные потери, снижается КПД ступени. Поэтому значение хорды по большому счету должно определяться из прочностного расчета лопатки. Поскольку в рамках курсового проекта расчет на прочность всех лопаток не производится, значения хорд b₁ и b₂ целесообразно принимать по чертежу заданного прототипа. На чертеже прототипа выбирается ступень с близкими высотами лопаток и для нее определяются соотношения хорды и высоты b₁/l₁ и b₂/l₂. Принимая эти же соотношения, по известным высотам l₁ и l₂ рассчитываемой ступени определяют их хорды b₁ и b₂. Нередко принимают одинаковые хорды сопловых, а также рабочих лопаток на протяжении какого-то отсека (ЧВД, например). Хорды сопловых лопаток могут составлять b₁ = 50–100 мм, рабочих лопаток b₂ = 30–80 мм. Число лопаток должно быть целым.

Поэтому принятые значения хорды и шага в дальнейшем корректируются.

По значениям  числа , углов = 90⁰ и   выбирается профиль сопловой решетки  С 90-12Б   t  = 0,75

 

3.1.7 Выходная  площадь сопловой решетки предварительная,  м²:

                                 

при M_1t<1               _(3.6)