Лабораторная работа: Тепловой расчет промежуточной ступени

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Иркутский государственный технический университет

Кафедра теплоэнергетики

"Тепловой расчет промежуточной ступени"

Выполнил: студент

гр. ТЭ-07

Маналжав. Н.

Проверил:

доцент кафедры ТЭ

Фролов.А.Г

Иркутск 2010г

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Задание

Исходные данные

1. Процесс расширения пара в турбинной ступени

2. Построение треугольники скоростей

3. Расчет потери теплоперепада

4. Выбор тип профиля сопловой и рабочей решетек

5. Расчет размеров сопловых и рабочих решетек

6. Расчет относительный лопаточный КПД

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Большое развитие энергетики и в частности турбостроения требует широкого круга инженеров-конструкторов, монтажников, наладчиков и эксплуатационного персонала электростанций, глубокого понимания процессов, проходящих в турбине при различных режимах работы, хорошего знания конструкции ее деталей и узлов, безукоризненного знания и понимания существа правил и инструкций по эксплуатации.

Производство электроэнергии в нашей стране в частности осуществляется на тепловых электрических станциях – крупных промышленных предприятиях, на которых тепловая энергия органического топлива посредством котла, турбины и генератора преобразуется в электрический ток. Неотъемлемым элементом электростанции является паротурбинный агрегат, - совокупность паровой турбины и генератора – электрической машины, преобразующей механическую энергию вращения ротора в электрический ток. В свою очередь турбина – это машина, в которой потенциальная энергия рабочего тела (пара) преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины.

ЗАДАНИЕ

1.  Построить процесс расширения пара в сопловой и рабочей лопатках в ступени.

2.  Построить треугольники скоростей на входе и выходе из рабочих лопаток.

3.  Определить углы входа и выхода пара сопловых и рабочих лопаток.

4.  По углам входа и выхода выбрать тип профиля сопловой и рабочей решетек.

5.  В соответствий с выбранными профилями определить число рабочих и сопловых лопаток решетки.

6.  Определить эффективность турбинной ступени из треугольники скоростей и по балансу потерь энергии.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Расход пара G₀=65кг/с

Частота вращения ротора n = 50 об/с

Начальное давление пара Р₀=4,0МПа

Давление за рабочей решетки P₂=3,6МПа

Начальная температура пара t₀=410⁰C

Начальная скорость потока С₀=70м/с

Степень реактивности

Коэффициент скорости сопловой решетки

Коэффициент скорости рабочей решетки

Коэффициент расхода сопловой решетки μ₁= 0,95

Коэффициент расхода рабочей решетки μ₂= 0,93

1.  Процесс расширения пара в турбинной ступени

Рис.1. Процесс расширение пара в сопловой решетке

Определяем начальные параметры пара перед сопловым аппаратом из h,s диаграмма: при P₀=4,0МПа и t₀=410°C, h₀=3240кДж/кг

Напишем уравнение сохранения энергии для точки 0, :

Из уравнения сохранения энергии определяем энтальпия пара в точке торможения:

При известной энтальпии находим остальные параметры пара в точке торможения при ,

Чтобы определить параметры пара перед и после рабочей решетки построим процесс рашсширения в h,s диаграмме.

Рис.2. Процесс расширения пара в турбинной ступени

Определяем конечные параметры пара после рабочей решетки из h,s диаграмма: при P_2t’=3,6МПа и t_2t’=393°C, h_2t’=3208кДж/кг

Теперь мы можем найти изоэнтропийный теплоперепад энтальпий:

Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый в сопловой решетке

Тогда энтальпия в точке 1t составляет

Изоэнтропийный перепад энтальпий, срабатываемый в сопловой решетке

2.  Построение треугольников скоростей

Принимаем средный диаметр регулирующей ступени равному d_ср=0,8м

Тогда окружная скорость на среднем диаметру составляет

Отношение скорости U/C_у равняется

где - условная скорость, рассчитанная по изоэтропийному перепаду энтальпий на ступень.

Рассчитанное отношение скорости входит в диапазон , в котором находится максимальное значение η_oi для одновенечной ступени.

Теоретическая скорость истечения пара в сопловой решетке

Действительная скорость истечения пара в сопловой решетке

Построим треугольник скоростей для сопловой решетки. Принимаем угол выхода потока из сопловой решетки α₁=14°.

Рис.2. Треугольник скоростей сопловой решетки.

По треугольнику скоростей определили относительную скорость сопловой решетки W₁=123,5м/с и угол входа потока в рабочую решетку β=28°С.

Проверим эти значения расчетным путем. Относительная скорость пара на входе в рабочую решетку равна

Угол входа потока в рабочую решетку

Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решетки

Действительная относительная скорость потока на выходе из рабочей решетки

Угол выхода потока пара из рабочей решетки

Действительная скорость на выходе из рабочей решетки

 Угол входа потока в сопловую решетку второй ступени

Достроим треугольник скоростей

Рис.3 Треугольники скоростей сопловой и рабочей решеток

3.  Расчет потери теплоперепада

Потеря теплоперепада в сопловой решетке составляет

Энтальпия пара после действительного расширения в сопловой решетке

Потеря теплоперепада в рабочей решетке составляет

Потеря с выходной скоростью в камере регулирующей ступени

Суммарная потеря составляет

4.  Выбор тип профиля сопловой и рабочей решетки

Выбор профиля сопловой решетки

Теоретический удельный объем после расширения в сопловой решетке  по давлению р₁=3,7МПа и энтальпии h_1t=3210,88кДж/кг.

Для подбора сопловой решетки исходными параметрами являются углы входа, выхода потока пара (α₁ и α₂) и также число Маха M_C1. Число Маха составляет

где  - скорость звука в среде; k – показатель изоэнтропы (для перегретого пара k=1,3-1,34).

Выбираем профиль по /1/ С-90-15А

Хорда профиля

Шаг решетки

Площадь выходного сечения сопловой решетки

Высота лопаток

где - проекция на оси Z

Число сопловых лопаток

Выбор профиля рабочей решетки

Теоретический удельный объем отработавщего пара в рабочей решетке:

 по давлению P₂=3,6МПа и энтальпии h_2t=3208кДж/кг.

Для подбора рабочей решетки исходными параметрами являются углы входа, выхода потока пара (β₁ и β₂) и также число Маха M_W1. Число Маха составляет

где  - скорость звука в среде;

Выбираем профиль по /1/ Р-35-21А

Хорда профиля

Шаг решетки

Площадь выходного сечения рабочей решетки

Высота рабочих лопаток

где - проекция на оси Z

Число рабочих лопаток

5.  Расчет относительный лопаточный КПД

Относительный лопаточный КПД по потерям энергии

Для проверки правильности расчета η_ол определим относительный лопаточный КПД по треугольникам скоростей

Где

- работа 1кг пара с учетом потерь в сопловом аппарате, на рабочей лопатке и с выходной скоростью, кДж/кг; кДж/кг – распологаемая энергия ступени при промежуточной ступени равно распологаемому теплоперепаду.

Относительный лопаточный КПД η_ол равняется

Погрешность относительного лопаточного КПД составляет

Для определения эффективности турбинной ступени определим внутренний относительный КПД :

Потери от влажности составляет .

Потери от трения составляет

где - коэффициент трения; F₁=0,022м² – площадь выходного сечения сопловой решетки

Парциальные потери:

Вентиляционные потери:

Сегментные потери:

где - коэффициент сегмента; i=4 - число групп сопел

Внутренный относительный КПД равняется

Действительный теплоперепад ступени

Мощность регулируещей ступени

Заключение

В данной курсовой работе был произведены расчет промежуточной (регулирующей) ступени турбоустановки. Определили углы входа и выхода турбинных решетек по треугольником скоростей. По полученными значениями углы выбирали профиль С-90-15А.

Были получены следующие результаты:

Относительный лопаточный КПД турбины

Внутренный относительный КПД турбины

Действительный теплоперепад ступени

Мощность регулирующей ступени

Список литературы

1.  Тепловой расчет паровой турбины: учебное пособие для студентов теплоэнергетических специальностей / Под редакцией А.Н. Кудрящов, А.Г. Фролов. –Иркутск, – 2004. – 87с.

2.  Паровые и газовые турбины / Под ред. А. Г. Костюка и В.В. Фролова, 4-е изд., стереотипное. М.: Энергоавтомиздат, 1985. – 351с.

3.  Трухный А. Д. Стационарные паровые турбины: учебник для студентов технических вузов. Изд. 2-е, перераб. М.: Энергия, 1981. – 456 с.

4.  Лекции по курсу "Тепловые двигатели", 2010г.

5.  Диаграмма h,s для водяного пара.

6.  Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. службой стандартных справочных данных. ГСССД Р-776-98. – 2-е изд., стереот. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 168 с.