Техническая эксплуатация судовых турбинных установок

Построение рабочего процесса турбины и определение расхода пара, выбор типа регулирующей ступени. Расчет топливной системы ПТУ и изменения параметров рабочего процесса. Особенности эксплуатации систем СЭУ и порядок обслуживания турбинных установок.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра судовых энергетических установок

Курсовая работа

по дисциплине «Техническая эксплуатация СЭУ»

на тему "Техническая эксплуатация судовых турбинных установок"

Задание

Курсовая работа состоит из 6 разделов. По каждому из разделов необходимо:

1. Дать описание установки согласно варианту, привести технические данные, схему установки, описание схемы. Выполнить предварительный расчет турбинной установки.

2. Дать описание системы обслуживающей турбинную установку, рассчитать основные параметры системы.

3. Рассчитать, как измениться мощность турбинной установки на долевом режиме.

4. Описание работы установки при характерной неполадке и дать рекомендации по устранению неисправности.

5. Рассчитать работу установки при изменении внешнего условия.

6. Составить инструкцию по выводу установки на режим, обслуживанию на режиме.

Провести расчеты и разработать инструкцию по эксплуатации судовой турбинной установки ГТЗА Арктика - ТВД - турбина переднего хода

Исходные данные:

Мощность турбины, Ne, МВт ……………………………..………….. 27.5

Давление газа/пара перед ступенью Р_о, МПа …………..…………… 2,94

Температура газов перед ступенью, Т_о, К ……………………..…….. 723

Скорость газов на входе в сопла, С_о, м\с ……………………………… 20

Давление газов/пара за ступенью, Р₂, МПа ………………………… 0,007

Расход газа/пара, G, кг\с ………………………………………………... 54

Частота вращения ротора турбины, n, об/мин …………….………... 5800

Удельный расход топлива на установку, g_e, кг/кВт·ч …...………….. 0,16

Автономность, сут ……………………………………………………... 240

Диаметр ступени, м……………………………………………………... 1,4

Введение

Качественная техническая эксплуатация судовой энергетической установки (ЭУ) может быть обеспечено только при условии грамотной и технически верной эксплуатации элементов СЭУ. Техническая эксплуатация СЭУ в первую очередь зависит от качества и объема знаний судовых специалистов, обслуживающих установку.

Поэтому в подготовке судомехаников особое место заслуживает изучение конструкции систем судовых энергетических установок (СЭУ).

Цель работы: подведение итогов изучения судовых энергетических установок (СЭУ) турбинных установок, обобщение опыта их эксплуатации с учетом особенностей схем компоновки, режимов работы. Выработка умения анализа конструктивных и эксплуатационных факторов, определяющих энергетические и трудовые затраты при эксплуатации турбинных установок.

1. Турбинная установка

Тепловой расчет турбины выполняется с целью определения основных размеров и характеристик проточной части: числа и диаметров ступеней, высот их сопловых и рабочих решеток и типов профилей, к.п.д. ступеней, отдельных цилиндров и турбины в целом. Тепловой расчет турбины выполняется на заданную мощность, заданные начальные и конечные параметры пара, число оборотов; при проектировании турбины с регулируемыми отборами пара, кроме того, на заданные давления и величину отборов.

1.1 Построение рабочего процесса турбины и определение расхода пара на турбину

Процесс расширения начинают строить с состояния пара перед стопорным клапаном турбины (см. рисунок 1), определяемого начальными параметрами P₀, t₀.

Состояние пара перед соплами первой ступени определяют с учётом его дросселирования в клапанах:

P'⁰ = (0,950,97)·P₀,

где P₀ - давление пара перед ступенью (турбиной).

P'⁰ = 0.96*2,94=2,82 Мпа.

Для турбин с n = 50 сек^-1 КПД регулирующей ступени зависит в основном от площади сопловой решётки, пропорциональной объёмному расходу пара.

В турбинах в качестве регулирующей ступени устанавливают: до мощности 40 МВт включительно как одновенечные, так и двухвенечные ступени, выше 50 МВт - одновенечные. Одновенечные имеют - h_о^рс=95 кДж/кг.

Располагаемый теплоперепад в турбине определяем по формуле:

H₀ = h₀ - h_к,

Ho=3000-2325=675 кДж/кг.

Для расчета энтальпий h₀, h_к воспользуемся i-s диаграммой водяного пара (см. рисунок 2).

От точки, найденной по Р_о^/ и t₀ по изоэнтропе откладывается выбранный тепловой перепад на регулирующую ступень H_о. Изобара Р₂^рс, проведенная через точку конца отрезка H_о, соответствует давлению за регулирующей ступенью. Для того чтобы на этой изобаре найти точку начала процесса в нерегулируемых ступенях, необходимо учесть потери в регулирующей ступени.

Рисунок 1 - Процесс расширения пара в турбине в i-s-диаграмме



Рисунок 2 - i-s диаграмма водяного пара

КПД одновенечной регулирующей ступени можно найти по формуле:

где k^I_u/с - коэффициент, учитывающий отклонение отношения скоростей u/с^ф от оптимального значения, принимается в пределах 0,971;принимаем k^I_u/с=1; Р₀, v₀ - давление, Па, и удельный объём, мі/кг, перед соплами регулирующей ступени; D - расход пара через ступень, кг/с, берется из задания.

з_oiI=1*(0.83-2*10(-4)/54 =0.81.

Чтобы определить удельный объем v0, необходимо воспользоваться i-s диаграммой водяного пара (см. рисунок 2).

1.2 Выбор и расчёт регулирующей ступени

судовой турбинный установка эксплуатация

Первая ступень в турбинах с сопловым парораспределением работает с переменной парциальностью при изменении расхода пара и называется регулирующей. В турбинах с дроссельным парораспределением регулирующая ступень отсутствует.

В качестве регулирующей ступени может быть использована одновенечная ступень или двухвенечная ступень скорости. Выбор типа регулирующей ступени производится с учетом ее влияния на конструкцию и экономичность турбины. Использование теплоперепада в одновенечной (80…120 кДж/кг) приводит к сокращению числа нерегулируемых ступеней и снижению металлоемкости и стоимости турбины. При этом уменьшится температура и давление пара перед нерегулируемыми ступенями, а это позволит применить более дешевые, низколегированные стали для их изготовления, снизить утечки пара через переднее концевое уплотнение и увеличить высоту лопаток первой нерегулируемой ступени. Расчет регулирующей ступени сводится к определению ее геометрических размеров, выбору профилей сопловых и рабочих лопаток, нахождению мощности и КПД ступени. Поскольку характеристики этой ступени оказывают существенное влияние на конструкцию, число ступеней и КПД всей турбины, то необходимо стремиться спроектировать эту ступень с высоким КПД. Исходными данными для расчета регулирующей ступени являются частота вращения ротора турбины, расход пара на турбину и параметры пара перед ступенью. В качестве определяющего размера принимают средний диаметр ступени d. Расчет одновенечной регулирующей ступени (рисунок 3) производят в следующей последовательности.

Находят окружную скорость ступени и выбирают степень реактивности с на среднем диаметре в пределах 0,03-0,08. Такая величина с исключает возможность появления отрицательной реактивности у корня лопаток на нерасчетных режимах.

Рисунок 3 - Ступень турбины

Большое влияние на характеристики ступени оказывает характеристический коэффициент ч_ф. В первом приближении его можно принять равным , обеспечивающим максимум лопаточного КПД:

,

где - фиктивная скорость пара; ц - коэффициент скорости сопловой решетки; - угол выхода пара из сопловой решетки; - степень реактивности турбинной ступени, принимается в диапазонах 0,30,5; принимаем равным 0,4.

Xф=0,95cos14/(2 *)=0.595.

Предварительно можно принять , ц=0,95 с последующим уточнением по формуле:

.

Действительное отношение u/c_ф рекомендуется принять меньше оптимального для увеличения теплоперепада на регулирующую ступень.

Фиктивная скорость на выходе из сопловой решетки:

.

Она позволяет определить располагаемый теплоперепад, срабатываемый в ступени:

.

Cф==435,88.

С учетом принятой степени реактивности с находят располагаемый теплоперепад в сопловой и рабочей решетках, а также теоретическую скорость пара на выходе из сопел:

;

.

Находим:

hoc=(1-0.4)95=57 кДж/кг;

hop=0,4*95=38 кДж/кг....