Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения

• Название: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения
• Дата: 12.05.2018
• Размер: 416.78 Kb.
• Имя файла: Dostiarov_A_M__PiGT_Kur_proekt_Metodicheskie_ukazania_k_vypolnen.docx
• Тип: Методические указания; #43413
• страница: 3 из 8

2.6. Расчет последней ступени давления

 

В настоящей методике рассматривается тепловой расчет турбин с противодавлением. Разница в удельных объемах в начале и конце групп ступеней давления отличается значительно меньше, чем в конденсационных турбинах. Высоты лопаток вдоль проточной части при этом изменяются почти пропорционально объему пара. Это позволяет сохранить неизменным диаметр ободов дисков, а также размеры канавок для крепления хвостовиков лопаток. В результате для всех ступеней можно применять одинаковые профили сопловых и рабочих лопаток и их хвостовиков. Лопатки соседних ступеней будут отличаться только по высоте.

1. По i-s диаграмме определяем удельный объем пара ν_z,м³/кг за последней ступенью турбины (точка 5 на рисунке 2.1).

2. Вычисляем высоту рабочей лопатки

                                               , м                                       (2.29)

где ν₁  ν_1t¹, м³/кг.

3. Находим средний диаметр последней ступени d_z

                                                                              d_z = d_к +l_z , м.                                      (2.30)

4. Определяем располагаемый тепловой перепад на последнюю ступень h_o^z

                                               , кДж/кг.                       (2.31)

Величину х_о  взять той же, что и для первой ступени давления.

5 Рассчитаем величину θ_z

                                                                                                                                (2.32)

где l_c^z ≈ l_z.

 

2.7 Определение числа ступеней давления и распределение между ними располагаемого теплового перепада

 

1. Для того, чтобы найти число ступеней и распределить теплопадение между ними, построим рисунок 2.5. Здесь на оси абсцисс взят произвольный отрезок а и на крайних ординатах отложены диаметры первой и последней ступеней d₁ и  d_z в масштабе 1:10. Точки 1 и 2 соединяются прямой линией, что соответствует характеру проточной части противодавленческой турбины.
На той же базе поводим прямую х_о=const, поскольку отношение х_опринималось постоянным для всей проточной части отсека ступеней давления. Наносим на график значение d_к=const, чтобы получить длины лопаток на ступенях. Там же откладываем располагаемые теплоперепады



 

 

Рисунок 2.5 

первой и последней ступеней давления h_o¹  и h_o^z в масштабе 1:1. Точки 3 и 4 соединим прямой, поскольку диаметры изменяются по закону прямой, коэффициент х_о=const, следовательно, промежуточные значения h_o¹ будут лежать на одной прямой.

2. Определяем величину среднего располагаемого теплоперепада h_{o ср} группы ступеней давления

                                     , кДж/кг.                                    (2.33)

3. Находим величину располагаемого теплоперепада Н_о^* на всю группу ступеней давления (см. рисунок 2.1)

                                     Н_о^* = i₄ – i₈, кДж/кг.                                     (2.34)

4. Вычисляем величину использованного теплопадения Н_i^* на всю группу ступеней давления

                                     Н_i^* = i₄ – i_к ,  кДж/кг.                                    (2.35)

5. Определяем величину относительного внутреннего КПД η_оi^* группы ступеней давления

                                          .                                                   (2.36)

6. Оценим ориентировочное количество ступеней давления Z_o
 (без учета коэффициента возврата тепла)

                                           штук.                                          (2.37)

7. Находим коэффициент возврата тепла α

                                                                    (2.38)

где К = 0,2 – если вся линия процесса лежит в области перегретого пара;

К = 0,12 – если вся линия процесса лежит в области влажного пара;

К = 0,140,18 – если процесс переходит из области перегретого в область влажного пара.

8. Уточняем число ступеней давления:

                                     , штук.                                        (2.39)

9. Разбивая базу а на (z-1) равных частей, на границах участков
(от начала базы) наносим номера ступеней и непосредственно из графика для каждой ступени отсчитываем диаметр d_i, длину рабочей лопатки l_pⁱ  и тепловые перепады h_{o гр}ⁱ.

Результаты сводим в таблицу 2.1 (столбцы № 1, 2, 3, 4, 5, 6).

Далее определяем Σh_{о гр} (сумма величин столбца № 6). В том случае, если Σh_{о гр}≠ (1+α)*Н_о^*, то вычисляется суммарная невязка

∆ = (1+α)*Н_о^*- Σh_{о гр}, кДж/кг.                                         (2.40)

Данная невязка распределяется по ступеням пропорционально определенным тепловым перепадам (столбец № 7)

∆h_oⁱ= (∆/(Σh_{o гр}))* h_{о гр}ⁱ, кДж/кг.                           (2.41)

В столбец № 8 таблицы 2.1 заносятся откорректированные значения

h_oⁱ= h_{o гр}ⁱ± ∆h_oⁱ. кДж/кг         .                               (2.42)

Величины d_i, θ_i, h_oⁱидут в основу подробного (окончательного) расчета ступеней турбины.

 

Таблица 2.1 – Результаты расчетов по определению числа ступеней давления и распределение располагаемого теплового перепада между ними

Номер ступени	di, м	lpi = di - dк, м	lci = lpi - ∆k - ∆п, м	θi=di/lci	ho грi, кДж/кг	∆hoi, кДж/кг	hoi, кДж/кг
1	2	3	4	5	6	7	8
1	d1	lp1	lc1	θ1	ho гр1	∆ho1	ho1
2	d2	lp2	lc2	θ2	ho гр2	∆ho2	ho2
………	….	………..	……….	……	……..	…….	………
z	dz	lpz	lcz	θz	ho грz	∆hoz	hoz
					Σhо гр	Σ∆hoi=∆	Σ hoi = (1+α)*Но*

 

3 Методика окончательного теплового расчета турбины

 

3.1 Расчет утечек пара через переднее концевое лабиринтное уплотнение

В данном разделе курсовой работы производиться выбор типа уплотнений и схемы течения лабиринтового пара (см. рисунок 3.1).

В паровых турбинах могут применяться ступенчатые лабиринтовые уплотнения с заделкой уплотнительных гребешков в специальных сегментах статора. Ступенчатые канавки выполняются на роторе (см. рисунок 3.2).

Расчет лабиринтного уплотнения сводится к определению утечки пара при известных размерах уплотнения и параметрах пара перед уплотнением.

 

1. Выбираем диаметр уплотнения d_у из прототипа (см. Приложение А).

2. Определяем число гребешков в уплотнении

                                     Z_ку = , штук(3.1)

где Р₁  – давление пара перед уплотнением, бар (Р₁ = Р₁^рс, где
Р₁^рс берется из предварительного расчета);

Р₂ – давление за первой группой уплотнительных гребешков, берется равным давлению в выхлопном патрубке турбины Р₂ = Р_к, бар;

0,8 бар/греб – приблизительный перепад давления, срабатываемый одним гребешком уплотнения.

3. Находим площадь зазора в уплотнении

                                     , м²                                                (3.2)

где , м, но не менее 0,3 * 10^-3, м (см. рисунок 3.2).

 

 



 

 

Рисунок 3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Вычисляем величину утечки пара через концевые уплотнения

, кг/с                                 (3.3)

где μ_ку  – коэффициент расхода, принимается по графику для принятой формы гребешков (см. рисунок 3.2);

Р₁  – давление пара перед уплотнением, бар;

Р₂ – давление за первой группой уплотнительных гребешков, бар;

ν₁ – удельный объем пара в камере перед уплотнением, м³/кг.

Данный объем равен удельному объему в точке 3 предварительного теплового процесса (см. рисунок 2.1).

5. Определяем полный расход пара G_о на турбину при расчетной мощности N_э

                                     G_o=G+G_ку, кг/с                                               (3.4)

где G- расчетный расход пара на турбину (см. формулу (2.9)).

 

3.2 Расчет регулирующей ступени

 

1. Уточняем высоту сопл ступени

                                               ,  м                                          (3.5)

где l_c – высота сопла, взятая из предварительного расчета ступени.

Расчет ведется для докритического истечения пара в сопловых и рабочих решетках с использованием моделей МЭИ, приведенных в
таблице 3.1.

 

Таблица 3.1  - Характеристики сопловых и рабочих решеток

Обозначе-ние ступени	Наименование решетки	Профиль лопатки	Угол выхода, град, 1 и 2	Относитель-ный шаг решетки,  = t / b	Отношение выходных сече-ний решеток, Fр / Fc
КС - ОА	Сопловая Первая рабочая Направляющая Вторая рабочая	С9012А Р2314А Р3021А Р4623А	11  13 14  16 20  22 27  30	0,70  0,80 0,63  0,69 0,60  0,66 0,52  0,59	1,0 1,53  1,59 2,35  2,50 3,40  3,80
КС - 1А	Сопловая Первая рабочая Направляющая Вторая рабочая	С9015А Р2617А Р3525А Р5033А	14  16 17,5 19 23  26 29  34	0,72  0,80 0,59  0,67 0,54  0,62 0,52  0,59	1,0 1,50  1,55 2,35  2,50 3,40  3,80
КД-1-2А	Сопловая Рабочая	С9012А Р2617А	11  13 17,519	0,72  0,87 0,59  0,65	1,0 1,60  1,85
КД-2-3А	Сопловая Рабочая	С9015А Р3021А	13  17 19  24	0,70  0,85 0,58  0,68	1,0 1,50  1,80

Примечания

1 КС – колесо скорости (двухвенечная ступень),

2 КД – колесо давления (ступень давления).

Комплект (КС-ОА) и (КД-1-2А) рекомендуется для формирования проточной части турбины мощностью до 50 МВт, а комплект (КС-1А) и
(КД-2-3А) для турбин мощностью 50 МВт и выше.

2. По заданной мощности выбираем тип колеса скорости КС-0А или
КС-1А, и из рисунка 3.3 – длину хорды профиля сопловой решетки b_c.

3. Определяем отношение: b_c/l_c^*, где l_c^*- уточненная высота сопловой решетки.

4. Находим отношение sinα_o/sinα₁,где α_о = 90 ^о – угол входа пара в сопловую решетку; α₁ – угол выхода пара из сопловой решетки, известный из предварительного расчета регулирующей ступени.

5. Из рисунка 3.4 определяем коэффициент расхода μ_спо вычисленным b_c/l_c^* и sinα_o/sinα₁.

6. Вычисляем площадь выходного сечения сопла F<sub>c

                                                               ,</sub>  м²                                                (3.6)

где ν_1t и С_1t известны из предварительного расчета.

7. Находим степень парциальности ступени

                                     .                                                   (3.7)

8. Из рисунка 3.3 определяем относительный шаг решетки  по известному углу α₁ и принятому установочному углу α_у. Угол α_у выбирается с таким расчетом, чтобы искомый относительный шаг  находился в оптимальном диапазоне  = 0,7  0,8.

9. Вычисляем шаг t_с сопловой решетки

                                      , м.                                                     (3.8)

10. Определяем осевую ширину сопловой решетки

                          , м.                                (3.9)

11. Находим ширину сопловых каналов

                                                                _,  м.                                               (3.10)

12. Вычисляем число сопл Z_c в решетке

                                     , штук.                                    (3.11)

13. Уточняем величину степени парциальности

                                                               _.                                                                                   (3.12)

14. Задаемся по данным таблицы 3.1 отношениями горловых сечений венцов первой, направляющей и второй рабочей решеток в пропорции

.                               (3.13)

 





 

Рисунок 3.3

 



 

Рисунок 3.4

 

 

Тогда выходное сечение лопаточного аппарата:

а) первой рабочей решетки  

                                     F_p1 = 1,5*F_c, м²;    (3.14)

б) направляющей решетки

                                     F_н = 2,5*F_c, м²;    (3.15)

в) второй рабочей решетки

                                     F_p2 = 3,8*F_c, м².    (3.16)

15. Задаемся отношением венцов первой рабочей, направляющей и второй рабочей решетки к высоте сопловой

                                                                    (3.17)

Тогда высоты выходных сечений:

а) первого рабочего венца

                                     l_p1 = 1,2*l_c^*,м;    (3.18)

б) направляющей решетки

                                     l_н = 1,44*l_c^*,м;                                                (3.19)

в) второго рабочего венца

                                     l_р2 = 1,73*l_c^*,м.                                              (3.20)      16. Определяем углы выхода потока пара из:

а) рабочих лопаток первого венца

                                     ;                                       (3.21)

б) направляющих лопаток                                                                                                                      ;                                       (3.22)

в) рабочих лопаток второго венца

.                                       (3.23)

17. Из рисунка 3.5 определяем относительный шаг решеток и установочные углы:

а) первой рабочей ;

б) направляющей ;

в) второй рабочей .

 

18. Вычисляем шаги решеток:

а) первого рабочего венца

, м                                                 (3.24)

где b_p1 –хорда профиля первой рабочей решетки (см. рисунок 3.5).

б) направляющей

, м                                                   (3.25)

где b_н - хорда профиля Р-3021А  или Р-3525А (см. рисунок 3.5).



Рисунок 3.5

в) второго рабочего венца

, м                                             (3.26)

где b_p2 –хорда профиля Р-4623А или Р-5033А (см. рисунок 3.5).

 

19. Определяем число лопаток:

а) первого рабочего венца

, шт,                                             (3.27)

б) направляющих

, шт,                                             (3.28)

в) второго венца

, шт.                                             (3.29)

Полученные значения лопаток округляются до ближайшего целого числа.

20. Находим осевую ширину решеток:

а) первого рабочего венца

, м;                         (3.30)

б) направляющей

, м;                         (3.31)

в) второго рабочего венца

, м.                         (3.32)

Поправку (0,001 ÷ 0,0015) следует выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить равенство , с целью унификации осевой ширины решеток.

21. Уточняем величину коэффициента скорости сопла по найденному значению высоты сопловой решетки φ^*_сиз рисунка 2.3.

При   1 % необходимо уточнить величину потерь в соплах , кДж/кг. При   1 %,  сохраняется равной величине  из предварительного расчета.

22. Определяем действительную скорость пара за сопловой решеткой

, м/с                                             (3.33)

где  - берется из предварительного расчета.

23. По известным U, α₁, С₁ строим выходной треугольник скоростей сопловой решетки (рисунок 3.6) в масштабе 1 мм – 5 м/с, из которого определяем графически относительную скорость пара на входе в рабочие лопатки первого венца W₁ и входной угол β₁.

 

 



Рисунок 3.6

24. По полученным значениям β_1, β₂, l_p1 из рисунка 3.7 находим величину коэффициента скорости ψ_р1  рабочих лопаток первого венца.

25. Распределяем суммарную реактивность на регулирующей ступени
Σρ (п.6 § 2.4), по рабочим и направляющим лопаткам в пропорции:

а) на первый рабочий венец

ρ₁ = 0,2 Σρ;                                                             (3.34)

б) на направляющие лопатки

ρ_н = 0,5 Σρ;                                                             (3.35)

в) на второй рабочий венец

ρ₂ = 0,3 Σρ.                                                   (3.36)

26. Рассчитываем располагаемые тепловые перепады на лопатках:

а) рабочих первого венца

, кДж/кг;                                      (3.37)

б) направляющих

, кДж/кг;                                    (3.38)

в) рабочих второго венца

, кДж/кг.                                      (3.39)