Расчет второй (первой нерегулируемой) ступени - Расчет паровой турбины

Для расчета ступени предварительно заданы или найдены следующие параметры:

    1) располагаемый теплоперепад Н0= 90.544 кДж/кг; 2) примем длины сопловых и рабочих лопаток l1=0.014 м, l2 =0.016 м; 3) средний диаметр ступени d= dК+l2= 1.2498+0.016= 1.2658 м; 4) состояние пара перед ступенью (после регулирующей ступени-точка a0 на рис. 4): h0 =hКРс = 2999.7255 кДж/кг, p0= pКРс =0.965 МПа; 5) расход пара через ступень G= 11.239 кг/с; 6) скорость пара на входе в ступень с0 = 0 (для последующих ступеней с0 > 0 и зависит от скорости с2 предыдущей ступени).

В среднем сечении степень реактивности с определяется по выражению

С=1-(1-сК)-( dК/d)1,8=1-(1-0)-(1.2498/1.2658)1,8=0.023,

Где dК- диаметр корневого сечения.

Pасполагаемый теплоперепад H0 перерабатывается в сопловой и рабочей решетках. В сопловой решетке перерабатывается теплоперепад

Н01 = (1 - с)Н0= (1 -0.023)-90.544 = 88.494 кДж/кг.

В рабочей решетке перерабатывается теплоперепад

Н02 = с-Н0 = Н0- Н01 = 90.544-88.494=2.05 кДж/кг.

процесс расширения пара в турбинной ступени в h,s-диаграмме

Рис.3. Процесс расширения пара в турбинной ступени в h, s-диаграмме

Откладывая на изоэнтропе, проходящей через точку а0 на h, s-диаграмме (рис. 3), теплоперепад Н01 и Н02, найдем изобары р1 = 0.663 МПа (проходит через точку а1t) и p2= 0.657 МПа (проходит через точку a2t).

Предварительно примем коэффициент скорости сопловой решетки ц=0.964.

Потери в сопловой решетке

НС= (1-ц2) - (H0l + с02/2000)=(1 -0.9642) -88.494 = 6.269 кДж/кг.

Точка a1 на изобаре р1 определяется по энтальпии

H1 = h0-Н01+НС = 3261.36-88.494+6.269 = 2916.754 кДж/кг.

В точке a1 на h, s-диаграмме определяем удельный объем пара на выходе из сопловой решетки v1= 0.3422 м3/кг.

Действительная скорость выхода пара из сопловой решетки

С1=ц-0.964-405.525 м/c.

Угол выхода пара из сопловой решетки для первой нерегулируемой ступени в турбинах небольшой мощности желательно принимать минимальным б1= 11О для получения максимальной длины лопаток.

По уравнению сплошности для выходного сечения сопловой решетки находим произведение е-l1:

Е-l1=G-v1/(р-d-c1-sinб1)=

=11.239-0.3422/(р-1.2658-405.525-sin11O)=0.012 м.

L1= е-l1/ еОпт.

В нашем случае е-l1> 0.01м, степень парциальности принимаем е=1, поэтому окончательная длина сопловых лопаток

L1= е-l1/ е =0.014/1=0.012 м.

В нашем случае принимаем b1=0.0465 м. Уточняем коэффициент скорости ц по выражению (4):

Ц= 0.98- 0.009-b1/ l1=0.964.

Окружная скорость на среднем диаметре

U=р-d-n= р-1.2658-50=198.831 м/c.

Определяем все параметры потока пара на входе в рабочую решетку:

C1u= с1-сosб1= 405.525-сos11O= 398.074 м/c;

C1a=w1a = с1-sin б1=405.525-sin11O =77.378 м/c;

W1u= c1u- u =398.074-198.831 = 199.243 м/c;

W1==213.741 м/c;

В1=аrcsin (w1a/ w1)= аrcsin(77.378/ 213.741)= 21.224O.

Окончательно длину рабочих лопаток принимаем с учетом перекрыши Дl=(0,002...0,01) м (с ростом длины лопаток перекрышу увеличивают):

L2=l1+ Дl=0.012+0.002=0.014 м.

Ширину рабочих лопаток b2 принимают в зависимости от длины l2:

При l2<0,03 м b2=(0.025...0.03) м;

В нашем случае принимаем b2= 0.025м.

Угол выхода потока пара из рабочей решетки в2 можно оценить предварительно в2=в1-(2...5)О = 180 И найти угол поворота Дв=180-( в1+ в2).

Коэффициент скорости рабочей решетки ш определяют по графикам (рис. 4) или по выражению

Ш =0.972-[0.0037+0.00021-(Дв-90)]-(1.4+ b2/ l2)

Для нашего расчета Дв=180-(21.224+19.224)=139.5520;

B2/ l2=0.025/0.016=1.56;

Ш =0,972-[0,0037+0,00021-(140.468-90)]-(1.4+ 1.56)=0.928.

Теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки

W2п==223.124м/c. Действительная относительная скорость пара на выходе из решетки

W2=ш- w2п=0.928-223.124=207.044 м/c.

Потери в рабочей решетке

НЛ=(1-ш2)- w22п/2000=(1-0.9282)-223.1242/2000=3.459 кДж/кг.

Определяем положение точки а2 на изобаре р2=0.657 МПа h, s-диаграммы (рис. 9) по энтальпии

H2=h1-H02+HЛ=2916.754-2.05+3.459=2918.141 кДж/кг

И находим удельный объем пара за рабочей решеткой в точке а2 H, s-диаграммы: v2=0.34584 м3/кг.

Из уравнений сплошности для выходных сечений сопловой и рабочей решеток следует (пренебрегая утечками пара через лабиринтовые уплотнения в пределах ступени) по аналогии с формулой (8):

С2а=w2a=w1a-l1-v2/(l2-v1)=

=77.378-0.014-0.3458/(0.016-0.3422)=67.415 м/c.

Находим другие элементы выходного треугольника скоростей:

= -195.761 м/c;

С2u=w2u+u= -195.761+198.831=3.071 м/c;

=67.485 м/c;

В2=arcsin(w2a/w2)= arcsin(2.926/207.044)=19.002;

Б2=arccos(-c2u/c2)= arccos(8.192/8.698)=87.3920.

Потеря с выходной скоростью ступени

НВ=с22/2000=67.4852/2000=2.277 кДж/кг.

Удельная работа пара на лопатках ступени (по уравнению

Л. Эйлера)

L=u-(c1u-c2u)/1000=198.831-(398.074+3.071)/1000=78.539 кДж/кг.

Проверка энергетического баланса ступени

Располагаемый теплоперепад ступени (приход энергии)

Н'0=H0+c20 /2000=90.544 кДж/кг.

Расход энергии

L+HC+HЛ+НВ=78.539+6.269+3.459+2.277=90.544 кДж/кг.

Погрешность расчета д=100-(90.544-90.544)/90.544=0%. Увязка баланса удовлетворительная.

Относительный лопаточный КПД ступени

ЗОл=L/H?0=78.539/90.544=0.867.

Кроме потерь на венце (НС, НЛ, НВ) в турбинной ступени имеют место другие, так называемые дополнительные потери:

Потери от утечек рабочего тела в пределах ступени;

Потери энергии на преодоление трения вращающегося диска в вязкой среде;

Потери, связанные с парциальным подводом пара в турбинной ступени;

Потери от влажности пара.

- диаметр уплотнения, м;

ДУ- радиальный зазор в уплотнении, м;

Z - число гребней в лабиринтном уплотнении диафрагмы.

Примем конструктивно dУ=0.35 м, дУ=0.0003 м, z=3, получим при

U/c?Из=198.131/=0.4656:

Коэффициент потерь от утечек пара через диафрагменное уплотнение, где, - коэффициенты расхода через диафрагменное уплотнение и через сопловую решетку ступени соответственно; их численные величины принимают в пределах:

, ;

;

Коэффициент потерь на трение диска жТ определяют по выражению

,

Где kТр- эмпирический коэффициент, принимаемый в пределах(0.45...0.8).10-3.

;

ЖПц=0, т. к. степень парциальности еОпт=1.0;

ЖВл=0, т. к. х=1.0.

Внутренний относительный КПД ступени зОi определяют с учетом всех потерь ступени:

=0.867-0.01081-0.007545-0-0=0.751.

Суммарные дополнительные потери ступени

=

=(0.01081+0.007545+0+0)-90.544=1.6619 кДж/кг.

Внутренний теплоперепад ступени, кДж/кг, являющийся удельной механической энергией, передаваемой на вал турбины (рис. 9), находится по выражению

НI=(Н0 +c02/2000) зOi=90.544-0.751=67.999 кДж/кг.

Полная внутренняя мощность ступени

=11.239-67.999=764.2356 кВт.

Полная энтальпия пара за ступенью

HК=h0-HI=2999.7255-67.999=2931.7265 кДж/кг.

По результатам расчета турбинной ступени можно начертить эскиз этой ступени с указанием всех геометрических параметров решеток лопаток и кинематических характеристик потока пара, проходящего через эти решетки

эскиз турбинной ступени (а) и распределение параметров пара в ней (б)

Рис.4. Эскиз турбинной ступени (а) и распределение параметров пара в ней (б): 1 - диафрагма, 2- сопловые лопатки, 3- корпус турбины, 4- рабочие лопатки, 5 - диск ступени, 6- вал турбины

Похожие статьи




Расчет второй (первой нерегулируемой) ступени - Расчет паровой турбины

Предыдущая | Следующая