Пределение среднего диаметра регулирующей ступени

анесение линии состояния пара в рабочем процессе турбины в is-диаграмме осуществляется следующим образом.

т точки по изоэнтропе откладывается выбранный тепловой перепад на регулирующую ступень h0рс и строится точка С. Изобара, пересекающая точку С, соответствует давлению пара за регулирующей ступенью Р согласно рисунку 1.1.

Исходные данные для расчета берутся из приложения А.

1.10.2 По давлению за регулирующей ступенью Р :

- из точки опускаясь по изоэнтропе до пересечения с изобарой Р , получаем точку С. Длина отрезка являетсятеплоперападом регулирующей ступени h₀^рс согласно рисунку 1.1;

- зная теплоперепад регулирующей ступени, выбираем ее тип, соответственно с пунктом 1.10.1 .

Исходные данные для расчета по этой методике берутся из приложения Б.

1.10.3 По диаметру регулирующей ступени:

а) определяется окружная скорость на среднем диаметре ступени, м/с,

,

где n- число оборотов турбины в минуту;

d- диаметр регулирующей ступени, м.

б) скорость пара на выходе из сопловых лопаток , м/с,

,

где - отношение скоростей, выбирается соответственно рекомендациям:

- для одновенечной ступени целесообразно принять отношение скоростей >0,3;

- для двухвенечной регулирующей ступени целесообразно принять =0,17 0,3, причем:

- =0,19 0,22 при активном облопачивании;

- =0,22 0,3 при работе ступени с реактивностью.

в) определяется величина теплового перепада регулирующей ступени , кДж/кг,

.

Зная величину теплового перепада регулирующей ступени нанесение линии состояния пара в рабочем процессе осуществляется по пункту 1.10.1.

Исходные данные берутся из приложения В.

1.11 Для определения полезного использования теплового перепада в регулирующей ступени подсчитывают внутренний относительный КПД регулирующей ступени по формулам:

- для одновенечной ступени

;

- для двухвенечной ступени

,

где G – расход пара на турбину, кг/с;

Р₀΄ - давление пара перед соплами регулирующей ступени, Па;

V΄₀ – удельный объем пара перед соплами регулирующей ступени (соответствует изохоре, проходящей через точку согласно рисунку 1.1), м³/кг.

1.12 Полезно используемый тепловой перепад, кДж/кг,

h_i^pc = h₀^pc∙ η_оi^pc

отложенный от точки А₀ до точки С΄, определяет в этой точке в is-диаграмме энтальпию пара за регулирующей ступенью с учетом потерь. Проводим из точки С линию параллельную до пересечения с изобарой и получаем точку М, которая соответствует концу процесса в регулирующей ступени.

Последовательно соединяя точки А₀, А₀΄, М, Д, Е, К получаем линию соответствующую процессу расширения пара в турбине.

2 Тепловой расчет регулирующей ступени

В качестве регулирующей ступени в современных паровых турбинах с сопловым (количественным) парораспределением применяют двухвенечную ступень скорости или одновенечную ступень давления.

При дроссельном парораспределении регулирующая ступень в турбине отсутствует. Функции регулирующей ступени в этом случае как бы выполняет дроссельный регулирующий клапан. Турбины с дроссельным парораспределением при частичных нагрузках менее экономичны по сравнению с сопловым парораспределением и могут быть оправданы только при работе на номинальном режиме. Поэтому паровые турбины с дроссельным парораспределением целесообразно устанавливать на крупных станциях, несущих основную электрическую нагрузку.

В большинстве современных паровых турбин применяют сопловое парораспределение, при котором первая ступень является регулирующей.

Двухвенечная ступень представляет собой два ряда рабочих лопаток, которые размещены на одном рабочем колесе. Сопла же размещены только перед первым рядом рабочих лопаток, а между первым и вторым рядом рабочих лопаток размещаются направляющие лопатки, служащие только для изменения направления движения потока.

Применение одновенечной или двухвенечной регулирующей ступени обуславливается экономическими и конструктивными соображениями.

Одновенечная ступень при расчетном режиме имеет более высокий КПД, чем двухвенечная, однако при переменных нагрузках КПД ее изменяется более резко.

Двухвенечная регулирующая ступень скорости на расчетном режиме имеет более низкий КПД, чем одновенечная, однако при переменных нагрузках КПД ее более устойчив. Двухвенечная ступень перерабатывает значительно большие теплоперепады, чем одновенечная, что приводит к сокращению числа нерегулируемых ступеней, уменьшению длины и упрощению конструкции турбины в целом, позволяет уменьшить утечки пара через переднее концевое уплотнение.

С другой стороны большой тепловой перепад, приходящийся на двухвенечную ступень, приводит к снижению КПД всей турбины, так как КПД регулирующей ступени ниже чем регулируемых ступеней давления.

Выбор типа регулирующей ступени во многом зависит от объемного расхода пара на турбину.

Применение турбин только с многовенечными ступенями скорости оправдано при необходимости использования больших перепадов тепла при минимальном числе ступеней (это приводы вспомогательных механизмов, резервных, когда вопросы минимальной стоимости, компактности и простоты конструкции являются более важными, чем повышение КПД – это например, механизмы периодического действия).

Регулирующая ступень, как правило, выполняется по активному принципу и позволяет осуществлять в них парциальный подвод пара, что позволяет, в свою очередь осуществлять сопловое парораспределение, дающее во всех условиях лучшие эксплуатационные показатели, чем другие типы парораспределения.

пределение среднего диаметра регулирующей ступени

2.1.1 Данный расчет не выполняется, если определение теплового перепада регулирующей ступени осуществляется по методике согласно пункту 1.10.3.

2.1.2 Диаметр регулирующей ступени определяется величиной теплового перепада h₀^pc и отношением U/C_ф. Отношение окружной скорости к фиктивной (установленной) изоэнтропийной скорости C_ф, вычисляемой по располагаемому теплоперепаду определить по графикам рисунка 2.1 и уточняется по формуле

.

Рекомендации по выбору U/C_ф смотреть согласно пункту 1.10.3.

2.1.3 Фиктивная изоэнтропийная скорость пара, подсчитывается по располагаемому теплоперепаду ступени, м/с,

.

2.1.4 Окружная скорость вращения диска по среднему диаметру ступени, м/c,

U = (U/C_ф) ∙С_ф.

Средний диаметр ступени, м,

d^pc = (60∙U)/(π ∙ n),

где n – число оборотов ротора турбины, n=3000 об/мин.

асчет сопловой решетки

2.2.1 Определение типа сопловой решетки

2.2.1.1 Располагаемый тепловой перепад сопловой решетки, кДж/кг,

h_o1^pc = h₀^pc(1 – ρ),

где h₀^pc – располагаемый тепловой перепад в регулирующей ступени, кДж/кг;

ρ – степень реакции ступени, выбирается в пределах 8 – 12 %. Для двухвенечной ступени

ρ = ρ¹+ ρ^н+ ρ²,

где ρ¹, ρ^н, ρ² – степень реакции соответственно, на рабочих лопатках первого венца, на направляющих лопатках, на рабочих лопатках второго венца.

2.2.1.2 Теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки, м/с, при изоэнтропийном расширении

С_1t = .

2.2.1.3 Число Маха для теоретического процесса в соплах

М_1t = C_1t/а_1t,

где а_1t – скорость звука на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном истечении, м/с,

а_1t = ;

k – показатель изоэнтропы, k = 1,3 для перегретого пара;

Р₁^рс – давление за соплами, cогласно рисунку 2.2, Па;

V_1t – теоретический удельный объем пара за соплами согласно рисунку 2.2 (изохора, проходящая через точку а), м³/кг.

Рисунок 2.1 – Зависимость отношения скоростей от располагаемого теплоперепада регулирующей ступени

Рисунок 2.2 – Процесс расширения пара в регулирующей ступени

Рисунок 2.3 – Зависимость числа Маха от относительного конечного давления за соплами

Число Маха, подсчитанное по формуле, может быть проверено по графику согласно рисунка 2.3, где оно дано в функции относительного конечного давления за соплами: Є₁ = Р₀/Р₀΄ (степени расширения).

2.2.1.4 Форма профиля и канала в первую очередь определяется безразмерной скоростью потока М_1t (число Маха). По величине М_1t выбирается тип решетки: если М_1t<1,4 применяются профили решеток с суживающимися каналами. При М_1t>1,4 применяются профили, образующие расширяющиеся каналы.

2.2.2 Расчет суживающихся сопел

2.2.2.1 Определяем выходное сечение суживающихся сопел, мм²,

,

где G – расход пара на турбину, кг/с;

G_ут – количество пара, утекающее через переднее концевое уплотнение турбины , кг/с,

;

V_1t – теоретический удельный объем пара за соплами, м³/кг;

μ₁ – коэффициент расхода сопловой решетки, принимается равным 0,97 (для пара практически с любым перегревом);

С_1т – теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном расширении, м/с.

2.2.2.2 Произведение степени парциальности ступени на высоту cопловой решетки определяется по формуле, мм,

,

где ε – степень парциальности ступени, представляет собой долю рабочих лопаток от общего числа, которые в данный момент времени находятся против сопл подачи пара на рабочее колесо;

l₁ – высота сопловой решетки, мм;

d^pc – средний диаметр регулирующей ступени, м;

α₁ – выходной угол сопл ( ) выбирается из таблицы 2.1.

Таблица 2.1 – Выходной угол сопл в зависимости от мощности турбины

Nэ, МВт		10-25	25-50	50-100	100-300	300-500	500-800	более 800
α1, град

2.2.2.3Оптимальная степень парциальности для одновенечной ступени

;

для двухвенечной ступени

,

где значение ε∙l₁ должно подставляться в сантиметрах.

2.2.2.4 Высота сопловой решетки, мм ,

.

2.2.2.5 По известным М_1t и α₁ согласно приложения Г для сопловой решетки выбираются :обозначение профиля; угол выхода потока ; угол входа потока ; оптимальный относительный шаг ; число Маха М_1t ; хорда профиля b_1.

2.2.2.6 По характеристике выбранной решетки принимается оптимальный относительный шаг t_опт. Шаг решетки, мм,

где b₁ – хорда профиля согласно приложения Г, мм .

2.2.2.7 Потери тепла в соплах, кДж/кг,

,

где – располагаемый тепловой перепад сопловой решетки, кДж/кг;

– скоростной коэффициент сопловой решетки, принимается в зависимости от согласно рисунку 2.4.

2.2.2.8 Выходная ширина канала сопловой решетки, мм,

.

2.2.2.9 Число сопел

.

Полученное значение z₁ округляют до целого, а для решеток диафрагм, которые состоят из двух половин, z₁ принимают четным, чтобы в каждой половине диафрагмы располагалось целое число сопл.

2.2.2.10 В соответствии с принятым значением числа лопаток z₁ корректируют шаг профилей в решетке

.

2.2.3. Расчет расширяющихся сопл

2.2.3.1 Площадь минимального сечения, мм²,

,

где G – расход пара на турбину, кг/с;

G_ут – количество пара, утекающего через переднее концевое уплотнение турбины, кг/с,

;

- давление пара перед соплами согласно рисунку 1.1, Па;

- теоретический удельный объем пара перед соплами согласно рисунку 1.1, м³/кг.

2.2.3.2 Площадь выходного сечения сопел, мм²,

.

2.2.3.3 Относительная величина выходного сечения каналов сопловой решетки (степень расширения сопла)

.

2.2.3.4 Определение ε_опт, l₁, Δh_c, t₁, а₁, z₁ производится по формулам для расчета суживающихся сопл. Выбор типа профиля сопловой решетки производится по приложению Г, в зависимости от значения М_1t и .

2.2.3.5 Ширина минимального сечения сопловой решетки, мм,

.

-d/l₁>10; --------- - d/l₁< 4

Рисунок 2.4 - Коэффициент скорости для сопловых решеток в зависимости от b/l и от угла

Рисунок 2.5 - Коэффициент расхода сопловых и рабочих решеток в зависимости от состояния пара и степени реакции