Графическая часть

Продольный разрез турбины.

Введение

Краткое описание турбины ПТ-25-90/11

Начальные параметры пара этой турбины 90 атм. и 545°С, давление первого отбора 11 атм., давление второго отбора 1, 1 атм. Номинальная мощность турбины 25000 квт, но при номинальных параметрах свежего пара и при номинальных расходах и давлениях отборов может быть получена длительная максимальная мощность 30000 квт.

Проточная часть турбины состоит из регулирующей ступени с двухвенечным диском Кертиса и 18 ступеней давления, разбитых на 3 группы.

Ротор имеет гладкий вал постоянного диаметра с насаженными дисками плоского типа, не имеющими развитых втулок. Критическое число оборотов ротора турбины – 1690 в минуту, следовательно, ротор гибкий.

Передняя часть корпуса турбины с клапанной и сопловой коробками отлита из высоколегированной стали.

Диафрагмы, кроме трёх последних по ходу пара, стальные, сварные.

Корпус турбины опирается двумя лапами на передний подшипник и фиксируется гибкими элементами, расположенными сверху и снизу подшипника.

В свою очередь передний подшипник опирается на фундаментную плиту через две гибкие опоры.

На переднем конце ротора расположено колесо центробежного масляного насоса, откованное заодно с валом. Доковые поверхности этого колеса одновременно служат в качестве гребня упорного подшипника, что позволяет обеспечить надёжное маслоснабжение упорно-опорного узла при очень компактной его конструкции.

Концевые уплотнения выполнены в виде лабиринтов из усиков, зачеканенных в тело ротора против выточек в обоймах уплотнения.

Выхлопная часть турбины отлита заодно с корпусом заднего подшипника турбины переднего подшипника генератора. Валы подшипника и генератора соединены жёсткой муфтой.

Парораспределение ЧСД и ЧНД осуществляется поворотными диафрагмами.

Турбина имеет гидродинамическую систему регулирования, выполненную в виде конструктивного блока, установленного на корпусе переднего подшипника. В качестве регулятора скорости использован главный масляный насос, характеристика Q – H которого обеспечивает жёсткую зависимость развиваемого давления только от числа оборотов ротора.

Система регулирования имеет три импульсных линии, управляющих тремя сервомоторами. Полный вес турбинной установки в поставке Калужского турбинного завода 146 т.

1.1 Давление пара Р перед регулирующей ступени с учетом потерь на дросселирование в регулирующей ступени. КПа

Р 0 =0.95*9000=8550 КПа

1.2 Давление пара Р за последней ступенью турбины с учётом потерь в выхлопном патрубке. КПа

Р 2z = [1+l (Свп/100) ]*Р к

Р 2z = [1+0, 1*(100/100) ]*6 = 6, 6 КПа

1.3 Определяем распологаемый теплоперепад с учётом потерь на дросселирование в регулирующем клапане. КДж/кг

Н о = h о -h kt = 3510 - 24120 = 1390 КДж/кг

1.4 h по = 2920 КДж/кг h то = 2498 КДж/кг

1.5 Ориентировочный расход пара на турбину. Кг/сек

G о = N о /H о *h оэ +У по G по +У то G то

У по = Н о -Н о /Н о = 1390-590/1390 = 0, 58

Н о = h о -h по(t) = 3510-2920 = 590

У то = Н о -Н о -Н о /Н о = 1390-590-422/1390 = 0, 272

Н о = h по(t)- h то(t) = 422

G = 25000/1390 * 0, 79 + (0, 58*15+0, 272*15)=35, 55 кг/сек

2. Определяем уточнённый расход пара на турбину.

2.1 Задаёмся теплоперепадом регулиющей ступени.

Н о = 100 КДж/кг

h 2t = h 0 -H 0 = 3510-100 = 3410 КДж/кг

Р 2 = 6300 V 0 = 0.043

2.2 Определяем внутренний относительный КПД ступени.

N oj = 0.83-0.2/G о *Ö Р о /V о

N oj = 0.83-0.2/35, 55*Ö 8, 550/0.043 = 0.75

2.3 Определяем действительный теплоперепад регулирующей ступени. КДж/кг

Н j = H o *h oj = 100*0.75 = 75 КДж/кг

2.4 Ищем точку начала процесса в нерегулирующих ступенях.

h 2 = h о = h о -H j = 3510-75 = 3435

3 Расчёт первого отсека.

3.1 Определяем распологаемый теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Н о = h о -h kt = 3435-2940 = 495 КДж/кг

3.2 Определяем h oj, %

d =Р 2 /Р по = 6300/1100 = 5, 73

G о *V о = 35, 55*0.056 = 1, 991

h oj = 89%

3.3 Определяем дейсивительный теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Н j = H о *h oj = 495*0.89 = 440, 55 КДж/Кг

Строим действительный процесс расширения пара 1 отсека.

H k = h о -H j = 3435-440, 55 = 2994, 45

4 Расчёт 2 отсека.

h по = 0.9 P по = Р по *0, 9 = 1100*0, 9 = 990

4.2 h о = 2994, 45 V 0 = 0.25

4.3 Определяем распологаемый теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

Н о = h о -h kt = 2994, 45-2565 = 429, 45 КДж/кг

4.4 Определяем noj отсека по формуле. %

h oj = h oj -K у -x вс - Dn oj вл

(G о *V о) = (G о -G по)*V о = (35, 55-15)*0, 25 = 5, 14

d= Р по /Р то = 990/110 = 9 h oj = 91%

у 2t = у 2t *H о /H о = 5*160/429, 45 = 1, 86

у 2t = (1-x 2t)* 100% = (1-0.95)*100% = 5

H о = h-h kt = 2725-2565 = 160

P ср = Р по +Р о /2 = 990+110/2 = 550

N oj = 0.8 К у = 0, 99%

N oj = 91*0.99-0, 8 = 89, 29%

4.5 Определяем действительный теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

H j = H о *h oj = 429, 45*0, 89 = 382, 21

4.6 h k = h о -H j = 3041-410 = 2611, 24

5 Расчёт 3 отсека

h то = 0, 7 Р то = 0, 7*110 = 77

5.2 h о = h k = 2611, 24 V₀ = 2, 3

5.3 Определяем распологаемый теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

Н о = h о -h kt = 2611, 24-2260 = 351, 24

5.4 Определяем noj отсека по формуле. %

n oj = n oj *K у -x вс -Dn oj вл

(G о -V о) = (G о -G по -G то)*V 0 = (35, 55-15-15)*2, 3 = 12, 77

d = Р то /Р 2z = 77/6, 6 = 11, 67 h = 92, 4% Ky = 0, 998

xвс = Dh вс /Н о *100% =11/351, 24*100 = 3, 13

у 2t = у 2t = (1-x 2t)*100 = (1-0.872)*100 = 12.8

Р ср = Р то +Р 2z /2 = 77+6, 6/2 = 41, 8 =0, 041 МПа

Dh oj = 7%

h oj = 92, 4*0, 988-3, 13-7 = 81, 16%

5.5Определяем действительный теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

H j = H о *h oj = 351, 24*0, 812 = 285, 21

5.6 h k = h о -H j = 2611, 24-285, 21 = 2326, 03

6 Действительный теплоперепад турбины. КДж/кг

H j = h о -h k = 3510-2326, 03 = 1183, 97 КДж/кг

7 Уточняем расход пара на турбину. Кг/сек

G = N э /H j *h м *h г +У по *G по +У то *G то = 25000/1183, 97*0, 98*0, 96+0, 58*15+0, 272*15 = 35, 22 кг/сек

Расчёт регулирующей ступени.

8 Определение среднего диаметра ступени.

8.1 Н о = 100КДж/кг

8.2 Фиктивная изоэнтропийная скорость С ф. м/с

С ф = 2000*Н о = 2000*100 = 447 м/с

8.3 Определяем оптимальное отношение скоростей.

Х ф = 0, 385

8.4 Окружная скорость вращения рабочих лопаток. м/с

И = Х ф -С ф = 447*0, 385 = 172, 18

8.5 Средний диаметр ступени. м

d = И/П*п = 172, 18/3, 14*50с = 1, 09 м

9 Расчёт сопловой решётки

9.1 Распологаемый теплоперепад сопловой решётки. КДж/кг

Н ос = Н о *(1-р) = 100*(1-0, 1) = 90

9.2 Абсолютная теоретическая скорость потока на выходе из сопловой решётки при изоэнтропийном расширении пара. м/с

С 1t =Ö 2000*90 = 427 м/с

9.3 Число Маха для теоретического процесса расширения пара.

М 1t = C 1t /A 1t = 435/675, 4 = 0, 64

A 1t = Ö k*P 1 *V 1t *10 = 1, 3*6, 5*0, 053 *10³ = 669, 22

Расчёт суживающихся сопл при докритическом истечении пара.

9.4 Сечение для выхода пара из сопловой решётки.

F 1 = G*V 1t /m 1 *G 1t = 35, 22*0, 053/0, 91*427, 26 = 0, 0048

9.5 Произведение степени парциальности ступени на высоту сопловой решётки. м

e l1 = F 1 /П*d*sin 1 = 0, 0048/3, 14*1, 09*sin11 = 0, 00816м

9.6 Оптимальная степень парциальности.

е = 0, 5*Ö е l1 = 0, 5*Ö 0, 816 = 0, 45166

9.7 Высота сопловой решётки. см

l 1 = e l1 /e = 0, 816/0, 45166 = 1, 80666

9.8 Потеря энергии в соплах. КДж/кг

Dh c = (1-u)*H oc = (1-0, 97)*90 = 2, 7

9.9 Тип профиля сопловой решётки.

С-90-12А

9.10 По характеристике выбранной сопловой решётки принимаются:

t опт = 0, 8 в 1 = 62, 5 мм

9.11 Шаг решётки. мм

t = в 1 *t опт = 62, 5*0, 8 = 50

9.12 Число каналов сопловой решётки. Шт.

Z c = П*d*e/t = 3, 14*1, 09*0, 45166/0, 05 = 31 шт

9.13 Уточняем шаг в сопловой решётки. мм

t = П*d*e/Zc = 3, 14*1090*0, 45166/31 = 49, 87мм

10 Расчёт рабочей решётки.

10.1 Распологаемый теплоперепад рабочей решётки. КДж/кг

Н ор = r*Н о = 0, 1*100 = 10

10.2 Абсолютная скорость входа пара на рабочие лопатки. м/с

С 1 = 0, 97*427, 26 = 414, 44

10.3 Строим входной треугольник скоростей.

W 1 = 250 b 1 =20, 5C 2 =120 a 2 = 42

10.5 Высота рабочей лопатки, принимается из условия:

l 2 = l 1 +D1+D2 = 18, 07+1+2 = 21, 07мм

10.6 Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.

W 2t = Ö 2000*H op +W 1 = Ö 2000*10+250² = 287, 23 м/с

10.7 Действительная относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.

W 2 = W 2t *y = 287, 23*0, 86 = 247, 02м/с

10.8 Относительный угол входа потока пара на рабочую решётку.

b 2 = b 1 -(2-5) = 20, 5-3 = 17, 5

10.9 Строим входной треугольник скоростей.

10.11 Потеря энергии в рабочей решётке. КДж/кг

Dh p = (1-y)-W 2t /2000 = (1-0, 86² )*287, 23² * 2000 = 10, 74

10.12 Потеря энергии с выходной скоростью

Dh вс = С 2 /2000 =120² /2000 = 7, 2

10.13 Число Маха.

М 2t = W 2t /Ö k*P 2 *V 2t *10 = 287, 23/Ö 1, 3*6, 3*0, 052*10³= 0, 44

10.14 Выбираем профиль рабочей решётки.

Р-26-17А

t опт = 0, 7 в 2 = 25, 72 В = 25 W = 0, 225

10.16 Шаг решётки.

t = в 2 *t опт = 25, 72*0, 7 = 18, 004

10.17 Число каналов рабочей решётки.

Z p = p*d/t = 3, 14*1090/18, 004 = 190

10.18 Уточняем шаг в рабочей решётке.

t = p*d/Z p = 3, 14*1090*10 ³ = 18, 014

11 Изгибающее напряжение в рабочей лопатке. МПа

d изг = R u *l 2 /2*Z p *e*W = 16544, 95*0, 021/2*190*0, 45*0, 225 = 9, 01 МПа

R u = G*(W 1 *cos b1 +W 2 *cos b2) =35, 55*(250*cos20, 5+247, 02*cos17, 5) = 16544, 95 Н

12 Относительный лопаточный КПД ступени.

а) по потерям в ступени:

h ол = Н о -(Dh c +Dh p +Dh вс)/Н о = 100-(2, 7+10, 74+7, 2)/100 = 0, 79

б) по проекциям скоростей:

h ол = И*(C 1 *cosa 1 +C 2 *cosa 2)/H o *10 = 172, 18*(414, 4*cos11+120*cos42)/100*10 ³ = 0, 85

13 Относительный внутренний КПД ступени.

h oj = h ол -x тр -x парц

x тр = К тр *d/F 1 *(И/С ф) = 0, 6*10*1, 09/0, 0048*(172, 18/447) = 0, 0085

x парц = 0, 065/sina 1 *1-е-0, 5-е кож /е*(И/С ф)+0, 25*В*l 2 /F 1 (И/С ф)*h ол *n

x пар = 0, 065/sin11*1-0, 45-0, 5*0, 49/0, 45*(172, 18/447)+0, 25*25*0, 26/0, 0048*(172, 18/447, 21)*0, 82*4 = 0, 048

hoj = 0, 82-0, 0085-0, 048 = 0, 76

14 Полезно используемый теплоперепад в регулирующей ступени. КДж/кг

H j = H o *h oj = 100*0, 76 = 76

15 Внутренняя мощность ступени. КВт

N j = G*Hj = 35, 22*76 = 2676, 72

Расчёт нерегулируемых ступеней части высокого давления.

16 Давление пара перед отсеком.

Р о = Р 2 = 6300

Р 2 = 1100

17 Диаметр первой нерегулируемой ступени.

d = d-Dd = 1, 09-0, 25= 0, 84

18 Оптимальное отношение скоростей.

Х ф = И/С ф = 0, 4897

19 Распологаемый теплоперепад первой нерегулируемой ступени. КДж/кг

h o = 12, 325*(d/X ф) = 12, 325*(0, 84/0, 489) = 36, 26

20 Теплоперепад в сопловой решётке. КДж/кг

h oc = (1-r) *h o = (1-0, 1)*36, 26 = 32, 63

21 Высота сопловой решётки. м

l 1 = G*V 1 /p*d*e*m*C 1t *sina 1

l 1 = 35, 22*0, 059/3, 14*0, 84*1*0, 98*255, 45*sin12 = 0, 015

С 1t = 44, 72*Ö 32, 63 = 255, 45

22 Высота рабочей решётки первой ступени.

l 2 = l 1 +D1+D2 = 15+1+2 = 18 мм

23 Корневой диаметр ступени.

d k = d-l 2 = 0, 84-0, 018 = 0, 822

24 Распологаемый теплоперепад по статическим параметрам пара перед ступенью принимаем одинаковый для всех ступеней, кроме первой.

h o = h o *k o = 36, 26*0, 95 = 34, 45

25 Коэффициент возврата тепла.

a = К t *(1-h oj)*H o *Z-1/Z = 4, 8*10*(1-0, 89)*495*14, 37-1/14, 37 = 0, 0242

Z = H o /h o = 495/34, 45 = 14, 36865

26 Число ступеней отсека. шт.

Z = (1+a)*H o /(h o) ср = (1+0, 0224)*463/39, 59 = 11, 9

(h o) ср = h o +(Z-1)*h o /Z = 36, 26+(14-1)*34, 45/14 = 34, 58 кДж/кг

27 Невязка ±DH o, КДж/кг, должна быть распределена между всеми ступенями первого отсека.

±DH o = (1+a)*H o -Sh o = (1+0, 0242)*495-518, 56 = -11, 581

Sh o = h o +h o *(Z-1) = 36, 26+34, 45*(15-1) = 518, 56

28 Поправка к теплоперепаду для каждой ступени (кроме первой).

29 Скорректированный теплоперепад ступени.

h o = h o ±Dh o = 34, 45-0, 769 = 33, 681

Подробный расчёт первых пяти нерегулируемых ступеней (с построением треугольников скоростей)