Расчёт регулирующей ступени
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ
Факультет Атомной энергетики
Кафедра АЭС и ТБ
Специальность Атомные электрические станции и установки
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине Турбомашины АЭС___________________
на тему Расчет Р-2,5-35/5 _______________
Выполнил студент 4 курса АЭС-10-Д1 .
курс, группа фамилия, и.о.
Руководитель Бандурко А. Н.
должность, звание фамилия, и.о.
Защита принята с оценкой
"___"______________ 2014 г.
_____________________
подпись
ВОЛГОДОНСК 2013
Введение
Целью данного курсового проекта является определение внутреннего относительного КПД, основных размеров проточной части, расхода пара на турбину, параметров пара за каждой ступенью и за турбиной в целом.
Турбина типа Р является турбиной с противодавлением. Это одноцилиндровые паровые турбины. Пар из выхлопа турбины направляется на производственные нужды.
Исходные данные
Таблица №1
| Номинальная электрическая мощность, кВт | Nэ | |
| Частота вращения, с-1 | n | |
| Частота вращения, об/мин | n | |
| Давление пара перед турбиной, кгс/см2 | P0 | |
| Давление пара перед турбиной, МПа | P0 | 3,5 |
| Температура пара перед турбиной | t0 | |
| Давление отработавшего пара, кгс/см2 | P’2 | |
| Давление отработавшего пара, МПа | P’2 |
Определение расхода пара
Таблица №2
| Экономическая мощность, кВт | Nэк=0,9∙Nэ | |
| Скорость пара в выходном сечении выхлопного патрубка турбины, м/с | Cвп | |
| Коэффициент сопротивления выхлопного патрубка | λ | 0,07 |
| Давление перед соплами регулирующей ступени при расчётном режиме, МПа | P’0=0,95∙P0 | 3,325 |
| Потеря давления в выходном патрубке, МПа | ∆P=P’2∙λ∙(Cвп/100)2 | 0,0175 |
| Давление за рабочими лопатками последней ступени, МПа | P2= P’2+∆P | 1,0175 |
| Энтальпия, кДж/кг | h0=f(P0; t0) | 3303,612 |
| Энтропия, кДж/(кг∙К) | S0=f(P0; t0) | 6,9593 |
| Энтальпия, кДж/кг | h’2=f(P’2; S0) | 2960,445 |
| Энтропия, кДж/(кг∙К) | S2=f(P’0; h0) | 6,9820 |
| Энтальпия, кДж/кг | h2=f(P2; S2) | 2976,725 |
| Располагаемый теплоперепад идеальной турбины, кДж/кг | H’0ид= h0- h’2 | 343,167 |
| Располагаемый теплоперепад турбины, кДж/кг | H’0= h0- h2 | 326,887 |
| Коэффициент дросселирования | ηдр= H’0/ H’0ид | 0,942 |
| Внутренний относительный КПД | η’0i(принимаем) | 0,8 |
| Коэффициент выхода внутренней работы | η’ввр(принимаем) | |
| Механический КПД турбины | η’м(принимаем) | 0,98 |
| КПД турбогенератора | η’r(принимаем) | 0,97 |
| Относительный электрический КПД | η’оэ= ηдр∙ η’0i∙ η’ввр∙ η’м∙ η’r | 0,716 |
| Предварительный расчётный расход пара на турбину, кг/с | G= Nэк/( H’0ид∙ η’оэ) | 9,16 |
Предварительный расчёт последней ступени
Таблица №3
| Внутренний теплоперепад турбины, кДж/кг | H’i= H’0∙ η’0i | 261,51 |
| Коэффициент выходной потери последней ступени | ζвид(принимаем) | 0,01288 |
| Потеря с выходной скоростью, кДж/кг | HBZ= H’0ид∙ζвид | 4,42 |
| Энтальпия пара за турбиной, кДж/кг | hK=h0- H’i | 3042,102 |
| Энтальпия пара в точке, кДж/кг | hKZ= hK- HBZ | 3037,682 |
| Удельный объём пара Vkz, м3/кг | Vkz=f(P2; hKZ) | 0,25033 |
| Скорость пара на выходе из рабочей решётки последней ступени, м/с | c2=(2000∙ HBZ)1/2 | 94,021 |
| Отношение среднего диаметра последней ступени (d) к выходной длине лопатки последней ступени (l2) | v=d/l2(принимаем) | |
| Диаметр последней ступени, м | d=(G∙ Vkz∙ v/(π∙ c2))1/2 | 0,176 |
| Длина рабочих лопаток, м | l2=d/v | 0,044 |
| Окружная скорость на среднем диаметре ступени, м/с | u=π∙d∙n | 27,632 |
| Окружная скорость на конце лопатки, м/с | uВ=u∙(d+l2)∙d | 1,07 |
| Диаметр корневого сечения, м | dK=d- l2 | 0,132 |
| Окружная скорость лопаток в корневом сечении, м/с | uK=π∙ dK∙n | 20,724 |
| Коэффициент скорости | φ(принимаем) | 0,95 |
| Угол, град | α1(принимаем) | |
| Располагаемый теплоперепад, перерабатываемый в турбинной ступени с наибольшей экономичностью, кДж/кг | H0=2∙ u2K/ φ2∙(cos α1)2∙1000 | 1,033 |
| Оптимальный диаметр корневого сечения ступени, м | dK= φ∙ cos α1∙(500∙H0)1/2/( π∙n) | 0,132 |
Расчёт регулирующей ступени
Выбираем регулирующую ступень в виде двухвенечного диска Кертиса. Расчёт сделан для пяти вариантов значения отношения (и/ca), с целью выбрать наибольший внутренний относительный КПД регулирующей ступени ηст0i и соответствующий этому КПД диаметр.
Таблица №4
| Тепловой перепад на ступени (примем равным 35% от общего), кДж/кг | Hpc0=0,35∙ H’0 | 114,41 |
| Адиабатная скорость пара, м/c | Cа=(2000∙ Hpc0)1/2 | 478,351 |
| Степень реактивности первой рабочей решётки | PP1(принимаем) | |
| Степень реактивности направляющей решётки | PН(принимаем) | 0,05 |
| Степень реактивности второй рабочей решётки | PР2(принимаем) | |
| Теплоперепад (перерабатываемый в сопловой решётке), кДж/кг | Н01= Hpc0(1- PP1- PН-P2) | 108,6895 |
| Теплоперепад (перерабатываемый в направляющей решётке), кДж/кг | Н0H= Hpc0∙ PН | 5,7205 |
| Теплоперепад на рабочих лопатках первого венца, кДж/кг | Н’02= Hpc0∙ PP1 | |
| Теплоперепад на рабочих лопатках второго венца, кДж/кг | Н’’02= Hpc0∙ PР2 | |
| Коэффициент скорости | φ(принимаем) | 0,965 |
| Действительная скорость пара на выходе из сопловой решётки, м/c | С11= φ∙(2000∙H01)1/2 | 449,921 |
| Потеря в соплах, кДж/кг | Hc=(1- φ2)∙ Н01 | 7,48 |
| Энтальпия пара в точке а1, кДж/кг | h11= h0- Н01- Hc | 3187,4425 |
| Энтальпия пара в точке а11i, кДж/кг | h1i1= h0- H01 | 3194,923 |
| Давление пара в точке ац, МПа | P11=f(S2; h1i1) | 2,32 |
| Удельный объём пара в точке а1, м3/кг | V11 | 0,13 |
| Угол выхода потока пара из сопловой решётки, град | α11(принимаем) | 12,5 |
| Энтальпия пара в точке а21, кДж/кг | h2i1= h0- Н01- Н’02 | 3194,923 |
| Давление пара в точке а21, МПа | P11=f(S2; h2i1) | 2,32 |
| Энтальпия пара в точке а12, кДж/кг | h1i2= h0- Н01- Н’02- Н0H | 3189,202 |
| Давление пара в точке а12, МПа | P12=f(S2; h1i2) | 2,28 |
| Энтальпия пара в точке а2i2, кДж/кг | h2i2= h0- Н01- Н’02- Н’’02 -Н0H | 3189,202 |
| Давление пара в точке а22, МПа | P22=f(S2; h2i2) | 2,32 |
Таблица №5
| U/Ca | (принимаем) | 0,2 | 0,22 | 0,24 | 0,26 | 0,28 |
| Окружная скорость, м/с | U= (U/Ca)∙ Ca | - | 117,138 | - | - | - |
| Средний диаметр ступени, м | d=u/(π∙n) | - | 0,74 | - | - | - |
| Произведение Е-1Ц, м | ɛ∙l11=G∙V11/ (π∙d∙c1∙sinα11) | - | 0,00684 | - | - | - |
| Степень парциональноетм | ɛопт=3∙( ɛ∙l11) | - | 0,02052 | - | - | - |
| Длина сопловых решёток, м | l11∙( ɛ∙l11)/ ɛоптb11 | - | 0,0215 | - | - | - |
| Ширина сопловых решёток, м | b11(принимаем) | - | 0,04 | - | - | - |
| Коэффициент скорости сопловой решётки | ϕ | - | 0,9663 | - | - | - |
| Размеры лопаток рабочих и направляющих решёток, м | l21=1,02∙ l11+0,002 l12=1,02∙ l21+0,002 l22=1,02∙ l22+0,002 b21(принимаем) b12(принимаем) b22(принимаем) | - | 0,0292 0,0323 0,0355 0,0249 0,0252 0,0256 | - | - | - |
| Абсолютная скорость пара на выходе из сопловой решётки, м/с | С11=ϕ∙(2000∙ Hpc0)1/2 | - | 514,5 | - | - | - |
| Потеря энергии в сопловой решётке, кДж/кг | Нс=(1-ϕ2)∙ Н01 | - | 4,04 | - | - | - |
| Абсолютная скорость пара на входе в рабочую решётки, м/с | С21=ϕ∙(2000∙ Н01)1/2 | - | 331,44 | - | - | - |
| Окружная составляющая абсолютной скорости потока пара на входе в рабочую решётку, м/c | С1u1= С11∙cosα11 | - | 502,3 | - | - | - |
| Осевые составляющие абсолютной и относительной скоростей потока пара на входе в рабочую решётку, м/c | С1а1=w1а1= С11∙ sinα11 | - | 111,35 | - | - | - |
| Окружная составляющая относительной скорости потока на входе в рабочую решётку, м/c | W1u1= С1u1-u | - | 386,12 | - | - | - |
| Относительная скорость пара на входе в первую рабочую решётку, м/c | W11=( W21u1+W21a1) | - | 401,85 | - | - | - |
| Угол входа потока в первую рабочую решётку, град | β11=arcsin(w1а1/w11) | - | 11,26 | - | - | - |
| Угол поворота потока, град | ∆β=180-(β11+β21) | - | 149,56 | - | - | - |
| Коэффициент скорости первой рабочей решётки | ΨР1=0,972-[0,0037+0,0002(∆β-90)]∙(1,4+b21/l21) | - | 0,912 | - | - | - |
| Теоретическая относительная скорость пара на выходе из первой рабочей решётки, м/с | W2n1=(2000∙h’02+w211)1/2 | - | 598,489 | - | - | - |
| Потеря энергии на рабочих лопатках первого венца, кДж/кг | Нn1 | - | 5,03 | - | - | - |
| Энтальпия пара в точке Э21, кДж/кг | h21 | - | 3019,74 | - | - | - |
| Удельный объём пара в точке аг1, м3/кг | V21 | - | 0,0991 | - | - | - |
| Осевые составляющие абсолютной и относительной скоростей потока пара на выходе из первой рабочей решётки, м/с | С2w1= w2а1= С1а1l11∙V21/ /( l21∙V11) | - | 150,856 | - | - | - |
| Действительная относительная скорость потока пара в выходном сечении первой рабочей решётка, м/с | W21=ψP1∙W2n1 | - | 545,82 | - | - | - |
| Угол выхода потока пара из первой рабочей решётки, град | β21=arcsin(W2a1/ W21) | - | 12,65 | - | - | - |
| Окружная составляющая относительной скорости на выходе из рабочей решётки первого венца, м/c | W2u1=-( W221- W22a1)1/2 | - | -598,489 | - | - | - |
| Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе, м/c | C2u1=W2u1+U | - | -481,351 | - | - | - |
| абсолютная скорость на выходе из первой рабочей решётки, м/c | C21=( C22u1+С22а1)1/2 | - | 516,145 | - | - | - |
| Угол выхода потока пара из первой рабочей решётки в абсолютном движении, град | α21=arcsin(С2а1/C21) | - | 25,66 | - | - | - |
| Угол поворота потока, град | ∆β | - | 142,26 | - | - | - |
| Коэффициент скорости направляющей решётки | ϕн=0,972-[0,0037+0,0002(∆β-90)]∙(1,4+b12/l12) | - | 0,945 | - | - | - |
| Теоретическая скорость потока на выходе из направляющей решётки, м/с | c112=(2000∙ Н0H+ C221)1/2 | - | 501,08 | - | - | - |
| Действительная абсолютная скорость на выходе из направляющей решётки, м/с | C12= ϕн∙ c112 | - | 473,52 | - | - | - |
| Потери энергии в направляющей решётке, кДж/кг | Нн=(1-ϕ2н)∙ ∙(Н0H+с221/2000) | - | 13,845 | - | - | - |
| Энтальпия пара в точке а12, кДж/кг | h12= h21- Н0H∙ Нн | - | 3031,45 | - | - | - |
| Удельный объём пара в точке а12, м3/кг | V12=f(P12;h12) | - | 0,102 | - | - | - |
| Осевая составляющая абсолютной скорости на выходе из направляющей решётки, м/с | C1a2= C2a1∙l21∙V12/ /( l12∙V21) | - | 133,36 | - | - | - |
| Угол выхода потока из направляющей решётки, град | α21=arcsin(c1a2/c12) | - | 17,45 | - | - | - |
| Окружная составляющая абсолютной скоро`сти потока пара на входе во вторую рабочую решётку, м/с | C1u2=C12cos α12 | - | 356,78 | - | - | - |
| Осевые составляющие абсолютной и относительной скоростей потока пара на входе во вторую рабочую решётку, м/с | C1a2=W1a2=C12sin α12 | - | 168,14 | - | - | - |
| Окружная составляющая относительной скорости потока пара на входе во вторую рабочую решётку, м/с | W1u2= C1u2-U | - | 238,862 | -- | - | - |
| Относительная скорость пара на входе во вторую рабочую решётку, м/с | W12=( W21u2- W21a2)1/2 | - | 288,98 | - | - | - |
| Угол входа пара во вторую рабочую решётку, град | β12=arcsin(W1a2/ W12) | - | 41,54 | - | - | - |
| Угол поворота потока, град | ∆β | - | 113,66 | - | - | - |
| Коэффициент скорости второй рабочей решётки | ψP2=0,972-[0,0037+0,0002(∆β-90)]∙(1,4+b22/l22) | - | 0,9746 | - | - | - |
| Теоретическая относительная скорость потока на входе из рабочих лопаток второго венца, м/с | W2n2=(2000∙h’’02+w212)1/2 | - | 288,12 | - | - | - |
| Действительная относительная скорость потока на выходе из рабочих лопаток второго венца, м/с | W22= ψP2∙ W2n2 | - | 280,8 | - | - | - |
| Потеря энергии на второй рабочей решётке, кДж/кг | Hn2=(W22n2-W222)/2000 | - | 2,7 | - | - | - |
| Энтальпия пара в точке а22, кДж/кг | h22=h12- h’’02+Hn2 | 3002,4 | - | - | - | |
| Удельный объём пара в точке а22, м3/кг | V22=f(P22;h22) | - | 0,11898 | - | - | - |
| Осевые составляющие абсолютной и относительной скоростей потока пара на выходе из рабочих лопаток второго венца, м/с | С2а2=W2а2 W2а2=W1a2∙l12∙V22/(l22∙V12) | - | 89,45 | - | - | - |
| Угол выхода потока пара из второй рабочей решётки, град | Β22= arcsin(W2a2/ W22) | - | 29,69 | - | - | - |
| Окружная составляющая относительной скорости на выходе из рабочей решётки второго венца, м/с | W2u2=-(W222/ W22a2) | - | -178,98 | - | - | - |
| Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе, м/с | C2u2= W2u2+U | -61,842 |
| Абсолютная скорость на выходе из первой рабочей решётки, м/с | С22=(С22u2+C22a2)1/2 | - | 187,63 | - | - | - |
| Угол выхода потока пара из первой рабочей решётки в абсолютном движении, град | α22= arccos(-C2u2/ C22) | - | 66,13 | - | - | - |
| Потеря энергии с выходной скоростью ступени, кДж/кг | НВ=с222/2000 | - | 17,6 | - | - | - |
| Механическая энергия, полученная рабочими лопатками, кДж/кг | L=U[C1u1- C2u1)∙( C1u2-c2u2)]/1000 | - | 78,12 | - | - | - |
| Потеря энергии в сопловой решётке, кДж/кг | Нс=(1-ϕ2)∙ Н01 | - | 4,04 | - | - | - |
| Потеря энергии на рабочих лопатках первого венца, кДж/кг | Нn1=(1-ψ2P1)∙w22n1/2000 | - | 6,78 | - | - | - |
| Потери энергии в направляющей решётке, кДж/кг | НН=(1-ϕ2н)∙w22n1/2000 | - | 10,34 | - | - | - |
| Потери энергии на второй рабочей решётке, кДж/кг | Нn2=(w22n2-w222)/2000 | - | 3,047 | - | - | - |
| Потеря энергии с выходной скоростью ступени, кДж/кг | НВ=с222/2000 | - | 17,6 | - | - | - |
| И того, кДж/кг | Н’’0=L+HC+Hn1+HH+Hn2+HВ | - | 119,927 | - | - | - |
| Относительный лопаточный КПД ступени | ηол=L/ Hpc0 | - | 0,55 | - | - | - |
| Потеря мощности на трении и вентиляцию, кДж/кг | NТВ=[d2+0,4∙(1-ɛ)∙ ∙1001,5∙d∙(l1,521+l1,522)]∙2∙u3/ /(1003∙(v11+v22)) | - | 84,52 | - | - | - |
| Удельные потери на трении и вентиляцию, кДж/кг | НТВ=NТВ/G | - | 11,5 | - | - | - |
| Площадь выходного сечения сопел, см2 | F=G∙v11/c1 | - | 47,06 | - | - | - |
| Число групп сопел регулирующих клапанов | m(принимаем) | - | - | - | - | |
| Коэффициент сегментных потерь (“выколачивания”) | £ВК=[(b21∙l21)+(b22∙l22)]∙ ∙0,11ηоп∙mu/(cа∙F) | - | 0,023763 | - | - | - |
| Потери сегментные, кДж/кг | Нвк∙Нpc0∙£ВК | - | 9,875 | - | - | - |
| Степень сухости пара на выходе из сопловой решётки | X11f(P11;h11) | - | - | - | - | |
| Степень сухости пара на входе из рабочей решётки второго венца | X22f(P22;h22) | - | - | - | - | |
| Потери от влажности, кДж/кг | НВЛ=0,425∙Нpc0∙(2-Х11-Х22) | - | - | - | - | - |
| Внутренний относительный КПД ступени | ηст0i=ηоп-( НТВ+ НВК+НВЛ)/ /Нpc0 | - | 0,7789 | - | - | - |
| Внутренний (использованный) теплоперепад ступени, кДж/кг | Нi= Нpc0∙ ηст0i | - | 110,4 | - | - | - |
| Энтальпия пара на выходе из ступени, кДж/кг | hK=h0- Нi | - | 3192,6 | - | - | - |
Наибольший внутренний относительный КПД регулирующей ступени ηст0i=0,7789, что соответствует отношению (U/Ca)0,22 и среднему диаметру ступени 0,74м. Энтальпия hK принимается как hpc и является начальным параметром для расчёта нерегулируемых ступеней.