Расчёт ЦВД турбины Т-100/120–130 (стр. 1 из 3)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По курсу
«Турбины ТЭС и АЭС»
Тема:
«Расчёт ЦВД турбины Т-100/120–130»
Москва 2006
1.Характеристики и краткое описание турбины УТМЗ Т-100/120–130
Номинальная мощность 105 МВт
Параметры свежего пара Р0=12,75 МПа, t0=555 °C
Конечное давление Рк=5 кПа
Максимальный расход пара (через ЦВД) G0max=485 т/ч
Минимальный расход пара (через ЦНД) Gminц.н.д.=18 т/ч
Частота вращения 50 с-1
Давление в верхнем отборе Рверхотб=60¸250 кПа
Давление в нижнем отборе Рнижотб=50¸200 кПа
Механический КПД турбины hм=0,99
Максимальный пропуск пара в конденсатор Gmaxк.=280 т/ч
Турбина представляет собой одновальный агрегат, состоящий из цилиндров высокого, среднего и низкого давлений. Имеется два теплофикационных отбора пара (верхний и нижний) для подогрева сетевой воды.
Проточная часть цилиндра высокого давления безобойменной конструкции включает в себя двухвенечную регулирующую и восемь ступеней активного типа. В цилиндре среднего давления восемь ступеней с цельнокованными дисками, последующие шесть ступеней имеют насадные диски. Цилиндр низкого давления выполнен двухпоточным с двумя ступенями в каждом потоке.
Парораспределение в турбине сопловое. Свежий пар по двум паропроводам подводится к стопорному клапану, затем по четырём перепускным трубам поступает к четырём коробкам регулирующих клапанов. Управление регулирующими клапанами осуществляется при помощи кулачкового распределительного устройства, вал которого приводится во вращение поршневым сервомотором посредством зубчатой рейки.
Паровпуск цилиндра высокого давления расположен со стороны ЦСД. Необходимое давление в нижнем отборе при отключенном верхнем отборе, а также в верхнем отборе при включенных обоих отопительных отборах поддерживается с помощью регулирующих диафрагм. Регулирующие диафрагмы установлены на входе в проточную часть ЦНД. Привод диафрагм осуществляется посредством сервомотора.
Регенеративная установка включает в себя холодильники эжекторов, четыпе подогревателя низкого давления (ПНД), деаэратор, три подогревателя высокого давления (ПВД), трубопроводы с необходимой арматурой.
Цилиндр высокого давления по направлению пара является противоточным относительно цилиндра среднего давления. В соответствии с этим лопаточный аппарат ЦВД имеет левое вращение. В ЦВД первый регенеративный отбор пара производится из его выхлопа. Отсутствие отборов из цилиндра упростило его конструкцию. Из ЦВД пар по четырём перепускным трубам направляется в ЦСД. Промежуточный перегрев пара отсутствует, так как выигрыш в экономичности от применения промежуточного перегрева в турбинах с отбором пара значительно ниже, чем в турбинах конденсационного типа.
Цилиндр среднего давления состоит из литой паровпускной части и сварнолитой выхлопной части, соединённых между собой в вертикальной плоскости фланцевым соединением.
Цилиндр низкого давления состоит из средней части и присоединённых к ней с обеих сторон двух выхлопных частей. В каждом из двух потоков ЦНД имеется две ступени: одна с регулирующей диафрагмой и ступень давления. Отработав в ЦНД, пар каждого потока поступает в конденсатор.
Концевые уплотнения турбины выполнены с подачей пара в предпоследние отсеки уплотнений из деаэратора 0,6 МПа через коллектор, в котором автоматически поддерживается давление в пределах 0,101¸0,105 МПа. из крайних отсеков уплотнений цилиндров, из верхних отсеков уплотнений штоков стопорного и регулирующих клапанов пар отсасывается специальным эжектором, работающим на паре из деаэратора 0,6 МПа.
Конденсационная установка состоит из двух конденсаторов поверхностного типа, которые присоединяется непосредственно к выхлопным патрубкам турбины путём сварки. Конденсаторы оборудованы встроенными пучками для подогрева сетевой воды. Общая поверхность конденсаторов 6200 м2. Расчётный пропуск (максимальный) воды через конденсатор 16000 м3/ч.
Воздухоотсасывающее устройство состоит из двух основных трёхступенчатых эжекторов, в которых может использоваться дросселированный свежий пар или пар из уравнительной линии деаэраторов. Рабочее давление пара перед соплами 0,4 МПа, расход пара на эжектор – 800 кг/ч.
Кроме основных, турбина снабжена одним пусковым эжектором для быстрого набора вакуума в конденсаторах до 500–600 мм. рт. ст. с расходом пара 600 кг/ч.
Полная длина турбины составляет 18,57 м, полная длина турбоагрегата 28,0 м. Частота вращения валоповоротного устройства 3,35 об/мин.
Общая масса турбины составляет 400 т. Масса наиболее тяжёлой части турбины при монтаже 72 т, при ревизии 38 т.
Высота фундамента турбины от уровня пола машинного зала 8,0 м. Наименьшая высота подъёма крюка мостового крана над полом машинного зала 6,2 м.
Роторы ЦВД и ЦСД соединены жёсткой муфтой и имеют один общий упорный подшипник. Роторы ЦСД, ЦНД и генератора соединены полугибкими муфтами. Критические частоты вращения роторов турбины составляют: ЦВД-2325 об/мин, ЦСД-2210 об/мин, ЦНД-2425 об/мин.
2. Предварительный расчёт турбины
По известным р0=13,7 МПа и t0=554°С по hs-диаграмме находим h0=3475 кДж/кг, s0=6,60 кДж/(кг*К), v0=0,026 м3/кг.
Определяем давление перед стопорными клапанами:
Потери давления в стопорном и регулирующем клапане от состояния пара перед стопорными клапанами до состояния перед соплами первой ступени оценивается по формуле:
Dp0=(0,03¸0,05) p0,
где p0-давление перед стопорными клапанами. Принимаем потери в стопорных клапанах 0,05p0:
Dp0=0,05´13,70=0,69 МПа.
Тогда p0`= p0`-Dp0=13,70–0,690=13,01 МПа.
По p0`=13,01 МПа и h0=3475 кДж/кг находим по hs-диаграмме состояние пара перед ЦВД:
t0`=552°С, s0`=6,62 кДж/(кг*К), v0`=0,027 м3/кг.
По s0=6,60 кДж/(кг*К) и pк=2,1 МПа находим по hs-диаграмме состояние пара за ЦВД в адиабатическом процессе расширения пара:
tка=267°С, hка=2941 кДж/кг, vка=0,110 м3/кг.
Адиабатический теплоперепад в турбине:
H0=h0-hк=3475–2941=534 кДж/кг.
Предполагаемое значение внутреннего относительного КПД ЦВД: hoi=0,75. Используемый теплоперепад ЦВД:
Hi=H0´hoi=534´0,75=400.5 кДж/кг.
Расход пара G, кг/с, на турбину определяем по формуле:
где Nэр – расчётная мощность турбины, кВт;
Hi-приведенный теплоперепад, кДж/кг;
hм – механический КПД турбины;
hг – КПД электрического генератора.
Принимаем согласно методическим указаниям hм=0,98, hг=0,98.
Параметры пара за турбиной в реальном процессе: рк=2,1 МПа, tк=324°С, hк=3076 кДж/кг, sк=6,84 кДж/(кг*К), vк=0,125 м3/кг.
3. Расчёт регулирующей ступени
Выбираем для турбины сопловое парораспределение, т.к. КПД турбины с сопловым парораспределением более устойчив при изменении нагрузок. В качестве регулирующей ступени принимаем двухвенечную ступень, которая обеспечивает сохранение КПД в широких пределах изменения расхода пара, т.к. турбина предполагается для работы в теплофикационном режиме.
Для снижения температуры в камере регулирующей ступени примерно до 440°С, необходим теплоперепад в регулирующей ступени H0рс=300,0 кДж/кг.
Фиктивная изоэнтропийная скорость пара:
где H0рс – располагаемый теплоперепад регулирующей ступени.
Окружная скорость вращения регулирующей ступени:
u=p´dср´n;
Принимаем средний диаметр регулирующей ступени dср=0,95 м.
u=3,14´0,95´50=149 м/с.
Отношение скоростей u/cф=149/775=0,19.
Полученное отношение скоростей в регулирующей ступени существенно ниже оптимального (u/cф)опт=0,29¸0,275, но увеличение его при принятом теплоперепаде возможно только за счёт большего диаметра, что недопустимо по размерам поковки ротора.
Располагаемые теплоперепады в решетках ступени определены по принятым значениям степени реактивности в рабочей решётке первого ряда, направляющей и рабочей решётке второго ряда соответственно: r=0,02, rн=0,04 и r`=0,04:
H0c=(1-r-rн-r`)´H0=(1–0,02–0,04–0,04)´300=270,0 кДж/кг;
H0р=r´H0=0,02´300=6,0 кДж/кг;
H0н=rн´H0=0,04´300=12,0 кДж/кг;
H`0р=r`´H0=0,04 ´300=12,0 кДж/кг.
По этим теплоперепадам с помощью hs-диаграммы определены давления: за сопловой решеткой p1=5,60 МПа; за рабочей решёткой первого ряда p2=5,50 МПа; за направляющей решёткой p`1=5,27 МПа; за рабочей решёткой второго ряда p2=5,05 МПа.
Теоретическая скорость на выходе из сопловой решетки:
Удельный объём за сопловой решёткой из hs-диаграммы v1t=0,0522 м3/кг.
Число Маха:
Так как режим течения в сопловой решетке околозвуковой, проходная площадь её горловых сечений:
Принимаем угол выхода потока из сопловой решетки a1=12°. По этому углу и числу M1t=0,98 из атласа профилей выбираем профиль сопловой решетки С-90–12Б, рассчитанный на околозвуковые скорости M1t=0,85¸1,15. Далее определяем произведение el1:
и оцениваем оптимальную степень парциальности: