Тепловой расчёт ЦВД паровой турбины

Значение тепловых электростанций. Определение расходов пара ступеней турбины, располагаемых теплоперепадов и параметров работы турбины. Расчет регулируемой и нерегулируемой ступеней и их теплоперепадов, действительной электрической мощности турбины.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Тепловой расчёт ЦВД паровой турбины»

Введение

Для производства электрической энергии используются природные энергетические ресурсы. В зависимости от вида энергетических ресурсов различают основные типы электростанций: тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС) и атомные (АЭС). Наиболее распространение в настоящее время имеют ТЭС, на которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия, вырабатываемая при сжигании органического топлива -- угля, мазута, газа и др. На ТЭС вырабатывается около 76 % всей вырабатываемой электроэнергии.

По роду двигателя ТЭС можно подразделить на паро- и газотурбинные. Газотурбинные установки (ГТУ) имеют ограниченную мощность (25-100 МВт), КПД - не более 28 % и работают только на жидком и газообразном топливе. Газотурбинные установки используются для покрытия пиков электрической нагрузки.

Паротурбинные электростанции подразделяются на конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). КЭС отпускают потребителям только один вид энергии - электрическую (за исключением небольшого отпуска теплоты жилому посёлку при электростанции). Электростанции оборудуются турбинами конденсационного типа, не имеющими регулируемых отборов пара и, как правило, сооружаются в местах с хорошими условиями технического водоснабжения, обеспечивающими экономический вакуум в конденсаторах с минимальными затратами на перекачку охлаждающей воды.

ТЭЦ оборудуются турбинами с противодавлением или с регулируемыми отборами. Эти электростанции предназначены для отпуска как электрической, так и тепловой энергии. Особенностью ТЭЦ является комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, характеризующая высокой тепловой экономичностью.

Тепло-электро централи сооружаются поблизости от потребителей теплоты, так как горячую воду и особенно пар невыгодно транспортировать на большие расстояния. Необходимость расположения ТЭЦ поблизости от тепловых потребителей не всегда позволяет сооружать их у источников водоснабжения. Поэтому многие ТЭЦ оборудуются искусственными охлаждающими устройствами компактного типа - градирнями. Электроэнергия от ТЭЦ передаётся к потребителям, как на высоком, так и на генераторном напряжении.

тепловой электростанция турбина мощность

Исходные данные

1) мощность турбины: Nэ=40 МВт;

2) начальное давление пара: p₀= 12,8 МПа;

3) начальная температура пара: t₀=555^оС;

4) противодавление за ЦВД: p₂= 1,3 МПа;

5) частота вращения: n=3000 об/мин.

Предварительный расчёт турбины

Определение расхода пара на турбину

; где

- коэффициент, учитывающий наличие нерегулируемых отборов пара на регенеративный подогрев питательной воды;

- расчётная электрическая нагрузка турбоагрегата; кВт.

H₀ - располагаемый теплоперепад турбины; кДж/кг

- внутренний относительный КПД турбины;

- механический КПД турбины;

- КПД электрического генератора.

Коэффициент m_p характеризует суммарную величину отборов пара на регенеративные подогреватели питательной воды. Принимаем для ЦВД с двумя отборами m_p=1,09.

Располагаемый теплоперепад турбины H₀ находится как разность начальной энтальпии пара при заданных начальных давлении и температуре с учётом дросселирования в паровпускных органах и конечной энтальпии, соответствующей окончанию изоэнтропийного процесса расширения в проточной части до заданного конечного давления.

Средние значения КПД для турбины мощностью 40000 кВт принимаем 0,85.

Средние значения механического КПД принимаем 0,98.

Значение КПД принимаем 0,987.

Располагаемый теплоперепад в турбине:

H₀=h₀-h_а=3490,5-2870,5=620 ;

Расход пара:

;

Расход пара на ЦВД отличается от расхода пара на турбину, на величину утечки пара через уплотнение.

Утечка пара через уплотнение определится по формуле:

Число уплотнительных гребней: ;

Диаметр щелей под гребнями: ;

Размер щели: ;

Коэффициент расхода: (определён по рисунку 1;3.25)

Таким образом расход пара на регулирующую ступень составляет:

Расчёт регулирующей ступени

На предварительном этапе расчёта задачей расчета регулирующей ступени является выбор её типа ,располагаемого теплоперепада и (или) диаметра , определение экономичности и параметров пара за регулирующей ступенью(в камере регулирующей ступени). Значение теплоперепада выбирается в зависимости от мощности и типа проектируемой турбины, начальных параметров пара, особенностей работы ступени в ожидаемых условиях эксплуатации, экономичности ступени и других обстоятельств.

Значение располагаемого теплоперепада одновенечной ступени составляет .

Регулирующая ступень - это первая ступень турбины при сопловом парораспределении. Основной конструктивной особенностью регулирующей ступени является изменяющаяся степень парциональности при изменении расхода пара на турбину. В связи с этим сопла регулирующей ступени объединены в группы. К каждой группе сопл пар подводится через самостоятельный регулирующий клапан. При одном открытом клапане работает одна группа сопл и поэтому ступень работает при малой степени парциональности. По мере открытия следующих регулирующих клапанов степень парциональности растёт. При всех открытых регулирующих клапанах степень парциональности регулирующей ступени всегда меньше единицы. Регулирующая ступень конструктивно отделена ёмкой камерой от последующих нерегулируемых ступеней. Эта камера необходима для растекания пара в окружном направлении, чтобы обеспечить подвод пара к первой нерегулируемой ступени по всей окружности без существенных аэродинамических потерь энергии.

В турбинах с дроссельным парораспределением регулирующая ступень отсутствует.

КПД регулирующей ступени зависит , главным образом , от площади проходного сечения сопловой решётки и отношения скоростей

Экономичность регулирующей ступени характеризуется внутренним относительным КПД который рассчитывается по формуле:

; где

- поправка на КПД регулирующей ступени при отклонении отношения скоростей от оптимального значения ;

- давление пара перед соплами регулирующей ступени; Па.

- объём пара перед соплами регулирующей ступени; м³/кг.(по h-s диаграмме )

- расход пара; кг/с.

- отношение окружной скорости u к фиктивной скорости определяемой из соотношения :

n - частота вращения ротора;

Диаметр регулирующей ступени принимается в пределах 0,8-1,2 м при n=50 с^-1. При выполнении ротора цельнокованым средний диаметр регулирующей ступени не должен превышать 1,1 м по технологическим условиям его изготовления.

Принимаем м,

Значение оптимального отношения скоростей можно определить из условия максимума КПД по формуле:

; где

- коэффициент скорости сопловой решетки (принимается =0,96);

_1э-эффективный угол выхода потока пара из сопловой решетки;

- число венцов в ступени (при одновенечной );

при расчёте можно принять следующие значения угла выхода и степени парциональности:

-для одновенечной ступени значение угла выхода_1э =11-14⁰; =0,05-0,12;принимается12 и 0,1

Для регулирующей ступени из-за потерь энергии на трение диска, от утечек пара и др. отношение скоростей выбирают несколько меньшими, чем их оптимальные значения, рассчитанные по формуле:

 принимаем несколько меньшим равным 0,43;

;

По графику (1,с 126) ;

При принятом м, рассчитываем теплоперепад регулирующей ступени:

; где

- коэффициент скорости сопловой решетки;

- коэффициент скорости рабочих лопаток;

- угол выхода потока пара из сопловой решетки;

- угол направления относительной скорости на входе в рабочую решётку;

- угол направления относительной скорости на выходе из рабочей решётки.

Определение размеров первой и последней нерегулируемых ступеней

В h-s диаграмме от точки, характеризующей состояние пара перед первой нерегулируемой ступенью, по полезно используемому теплоперепаду и заданному конечному давлению пара осуществляется построение предварительного реального процесса расширения пара в группе нерегулируемых ступеней.

...