Выбор и расчет теплового двигателя и нагнетателей паротурбинной установки с противодавлением и теплового потребителя

Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели» студентами дневного обучения

Специальность 100700

«Промышленная теплоэнергетика»

Киров 2006

УДК 658.26.075

Авторы: кандидат технических наук, доцент Д.М. Суворов,

кандидат технических наук, доцент Р.Ю. Акчурин

Р е ц е н з е н т: зав. каф. физики, к.т.н., доцент Гребенщиков Л.Т.

Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели» студентами дневной формы обучения специальности 100700 «Промышленная теплоэнергетика». В методических указаниях приводятся задание на курсовую работу, методики расчета тепловой схемы турбины с противодавлением и ее последней ступени для заданного режима, выбора дутьевого вентилятора котла и основных насосов – питательного и конденсатного, с учетом гидравлической характеристики сети. Содержится необходимый для выполнения работы справочный материал. Приведен пример расчета.

Авторская редакция

Подп. в печ. Усл. печ. л. 3,4 Зак. Тир. 50

610000, г. Киров, ул. Московская, 36

Оформление обложки, изготовление – ПРИП

Ó Вятский государственный университет, 2006г.

Ó Д.М. Суворов, 2006г

Ó Р.Ю. Акчурин, 2006г

Задание на курсовую работу

Курсовая работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием согласно варианту, заданному преподавателем. Численные параметры варианта студент выбирает из таблиц 1 и 2, причем вариант схемы линии гидравлического расчета – схема «а» или «б» устанавливает и сообщает студентам преподаватель, вместе с номером варианта.

Заданием предусматривается для паротурбинного энергоблока, включающего турбину с противодавлением и работающего по открытой схеме на внешнюю тепловую нагрузку, следующее (см. рисунок 1):

1.1. Выполнить упрощенный расчет тепловой схемы турбоустановки и определить расход рабочего тела через все элементы, а также электрическую мощность турбины, мощность теплового потребителя и удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении.

Рисунок 1 – Упрощенная тепловая схема энергоблока и теплового потребителя

Обозначения элементов схемы:

Т – турбина с противодавлением; Г – генератор; ТП – тепловой потребитель;

Д – деаэратор; НПК – насос производственного конденсата;

ПН – питательный насос; ПК – паровой котел;

ДВ – дутьевой вентилятор; ДС – дымосос

Обозначения параметров пара и воды см. в п.п. 3.1, 3.2

а) – линия питательной воды; б) – линия производственного конденсата

Рисунок 2 – Гидравлические схемы линий

Обозначения:

ПК – паровой котел; Д – деаэратор; КС – конденсатосборник;

ПН – питательный насос; НПК – насос производственного конденсата;

ТК – тепловой компенсатор

1.2. Для заданных конструктивных размеров проточной части последней ступени турбины выполнить упрощенный тепловой расчет этой ступени и определить ее к.п.д. при заданном расходе пара.

1.3. Рассчитать производительность дутьевого вентилятора котла при сжигании природного газа и выбрать типоразмер этого вентилятора.

1.4. Рассчитать гидравлические характеристики сети для линии производственного конденсата или питательной линии парового котла (согласно заданию, таблица 2) и выбрать насос для заданных линий. Схемы трубопроводов изображены на рисунке 2, а их размеры приведены в таблице 2.

1.5. Рассчитать кавитационный запас насоса.

1.6. В графической части на листе формата А1 или А2 изобразить сечения сопловой и рабочей решеток последней ступени турбины на ее среднем диаметре и треугольники скоростей в определенном масштабе.

Исходные данные вариантов курсовой работы

для выполнения п.п. 1.1, 1.2, 1.3 «Задания»

Таблица 1

№ п/п	, кг/с	, МПа	, оС	, МПа	, МПа	, оС		, оС	Параметры последней ступени турбины
	, м		, град	, м	, град	, м
		3,5		0,2	0,1		0,95		0,47	1,30	0,10		0,025		0,028
		3,5		0,3	0,1		0,90		0,46	1,25	0,11		0,021		0,024
		3,5		0,4	0,2		0,85		0,45	1,20	0,12		0,022		0,025
		3,5		0,5	0,3		0,80		0,44	1,15	0,13		0,025		0,028
		3,5		0,6	0,4		0,75		0,45	1.10	0,14		0,028		0,031
		3,5		0,7	0,5		0,70		0,46	1,05	0,13		0,030		0,033
		3,5		0,8	0,6		0,65		0,47		0,12		0,033		0,036
		3,5		0,9	0,5		0,60		0,48	1,05	0,11		0,034		0,037
		8,8		1,0	0,4		0,55		0,47	0,85	0,10		0,022		0,025
		8,8		0,2	0,1		0,50		0,49	1,35	0,15		0,048		0,051
		8,8		0,3	0,2		0,45		0,48	1,30	0,14		0,041		0,045
		8,8		0,4	0,3		0,40		0,47	1,20	0,13		0,041		0,044
		8,8		0,5	0,4		0,95		0,46	1,15	0,12		0,042		0,046
		8,8		0,6	0,4		0,90		0,45	1,10	0,11		0,045		0,047
		8,8		0,7	0,4		0,85		0,44	1,05	0,10		0,046		0,049
		8,8		0,8	0,4		0,80		0,45	1,00	0,09		0,050		0,053
		13,7		0,9	0,5		0,75		0,46	0,95	0,08		0,021		0,023
		13,7		1,0	0,6		0,70		0,47	1,00	0,07		0,022		0,024
		13,7		1,1	0,7		0,65		0,46	1,05	0,06		0,021		0,023
		13,7		1,2	0,8		0,60		0,45	1,10	0,05		0,022		0,024
		13,7		1,3	0,9		0,55		0,44	1,05	0,06		0,022		0,027
		13,7		1,4	0,9		0,50		0,43	1,00	0,07		0,030		0,033
		13,7		1,5	0,9		0,45		0,48	1,05	0,08		0,032		0,035
		13,7		1,6	0,9		0,40		0,47	1,00	0,09		0,037		0,040
		3,5		1,0	0,7		0,95		0,46	0,90	0,10		0,022		0,025
		3,5		0,9	0,6		0,9		0,45	1,00	0,11		0,024		0,027
		3,5		0,8	0,5		0,85		0,46	1,00	0,12		0,025		0,028
		3,5		0,7	0,4		0,80		0,47	1,05	0,13		0,032		0,035
		3,5		0,6	0,3		0,75		0,48	1.20	0,14		0,037		0,040
		3,5		0,5	0,2		0,70		0,49	1,25	0,15		0,048		0,051
		3,5		0,4	0,1		0,65		0,50	1,10	0,16		0,073		0,077
		3,5		0,3	0,1		0,65		0,51	1,20	0,14		0,100		0,105
		8,8		0,2	0,1		0,55		0,52	1,35	0,15		0,067		0,071
		8,8		2,0	1,0		0,50		0,42	0,90	0,05		0,021		0,023
		8,8		1,9	0,9		0,45		0,43	0,95	0,06		0,021		0,024
		8,8		1,8	0,8		0,40		0,44	0,97	0,07		0,022		0,024
		8,8		1,7	0,7		0,95		0,45	1,00	0,08		0,025		0,027
		8,8		1,6	0,6		0,90		0,46	1,05	0,09		0,026		0,029
		8,8		1.5	0,5		0,85		0,47	1,10	0,10		0,030		0,033
		13,7		1,4	0,4		0,80		0,48	1,05	0,09		0,041		0,044
		13,7		1,3	0,3		0,75		0,49	1,10	0,08		0,034		0,037
		13,7		1,2	0,3		0,70		0,50	1,15	0,07		0,038		0,041
		13,7		1,1	0,3		0,65		0,49	1,20	0,06		0,042		0,046
		13,7		1,0	0,2		0,60		0,48	1,00	0,05		0,061		0,065
		13,7		0,9	0,3		0,55		0,47	1,05	0,06		0,069		0,073
		13,7		0,8	0,2		0,50		0,46	1,20	0,07		0,100		0,104
		13,7		0,7	0,4		0,45		0,45	1,15	0,08		0,092		0,097
		3,5		0,6	0,3		0,40		0,46	1,20	0,09		0,025		0,027
		3,5		0,5	0,2		0,95		0,47	1,05	0,10		0,021		0,023
		3,5		0,4	0,2		0,9		0,48	1,10	0,11		0,038		0,042
		3,5		0,3	0,1		0,85		0,49	1,15	0,12		0,045		0,048
		3,5		0,2	0,1		0,80		0,50	1,35	0,13		0,080		0,084
		3,5		0,7	0,4		0,75		0,48	1,05	0,11		0,033		0,036
		3,5		0,8	0,5		0,70		0,47	1,00	0,10		0,043		0,046
		3,5		0,9	0,6		0,65		0,46	1,05	0,09		0,036		0,039
		8,8		1,0	0,7		0,60		0,45	1.00	0,08		0,041		0,044
		8,8		1.1	0,8		0,55		0,44	1.10	0,07		0,030		0,033
		8,8		1.2	0,9		0,50		0,45	1.00	0,06		0,036		0,039
		8,8		1,3	1,0		0,45		0,44	1,05	0,05		0,036		0,039
		8,8		1,4	1,0		0,40		0,43	0,95	0,04		0,044		0,047

Примечания к таблице 1:

1. При расчете и профилировании лопаток сопловой и рабочей решеток задавать: мм при 50 мм; мм при мм; ; ; .

2. Углы установки , и другие геометрические характеристики профилей определить самостоятельно и указать на чертеже сечений сопловой и рабочей решеток.

3. Длины сопловой и рабочей лопаток последней ступени заданы для первого приближения и уточняются в ходе расчета итерационным методом.

В таблице 1 и примечаниях к ней использованы следующие обозначения:

- расход пара на турбину;

- давление свежего пара;

- температура свежего пара;

- противодавление турбины;

- давление производственного конденсата;

- доля возврата производственного конденсата;

- температура производственного конденсата;

- температура добавочной воды;

- характеристический параметр ступени;

- средний диаметр ступени;

- длины профилей (лопаток) сопловой и рабочей решеток;

- хорды профилей сопловой и рабочей решеток;

- относительные шаги установки профилей сопловой и рабочей решеток;

- эффективные углы выхода потока из сопловой и рабочей решеток;

- углы установки профилей сопловой и рабочей решеток;

- степень реакции ступени на заданном режиме.

Исходные данные вариантов для курсовой работы

Для выполнения п. 1.4. «Задания»

Таблица 2

№ п/п	Схема а)	Схема б)
, м	, м	, м	, м	, м	, м	, м	, м
						1,0
	10,2	22,2	25,2		24,8	1,1	3,1
	10,4	22,4	25,4		24,6	1,2	3,2
	10,6	22,6	25,6		24,4	1,3	3,3
	10,8	22,8	25,8		24,2	1,4	3,4
	11,0					1,5	3,5
	11,2	23,2	26,2		23,8	1,6	3,6
	11,4	23,4	26,4		23,6	1,7	3,7
	11,6	23,6	26,6		23,4	1,8	3,8
	11,8	23,8	26,8		23,2	1,9	3,9
	12,0					2,0	4,0
	12,2	24,2	27,2		22,8	2,1	4,1
	12,4	24,4	27,4		22,6	2,2	4,2
	12,6	24,6	27,6		22,4	2,3	4,3
	12,8	24,8	27,8		22,2	2,4	4,4
						2,5	4,5
	13,2		28,2			2,6	4,6
	13,4	22,2	28,4		24,8	2,7	4,7
	13,6	22,4	28,6		24,6	2,8	4,8
	13,8	22,6			24,4	2,9	4,9
	14,0	22,8	29,2		24,2	3,0	5,0
	14,2		29,4			1,0	5,1
	14,4	23,2	29,6		23,8	1,1	5,2
	14,6	23,4	29,8		23,6	1,2	5,3
	14,8	23,6			23,4	1,3	5,4
	15,0	23,8	30,2		23,2	1,4	5,5
			30,4			1,5	5,6
	10,2	24,2	30,6		22,8	1,6	5,7
	10,4	24,4	30,8		22,6	1,7	5,8
	10,6	24,6			22,4	1,8	5,9
	10,8		31,2		22,2	1,9	6,0
			31,4		22,1	2,0	3,0
	11,2	22,2	31,6			2,1	3,1
	11,4	22,4	31,8		24,8	2,2	3,2
	11,6	22,6			24,6	2,3	3,3
	11,8	22,8			24,4	2.4	3,4
			25,2		24,2	2,5	3,5
	12,2	23,2	25,4			2,6	3,6
	12,4	23,4	25,6		23,8	2,7	3,7
	12,6	23,6	25,8		23,6	2,8	3,8
	12,8	23,8			23,4	2,9	3,9
			26,2		23,2	3,0	4,0
	13,2	24,2	26,4			1,0	4,1
	13,4	24,4	26,6		22,8	1,1	4,2
	13,6	24,6	26,8		22,6	1,2	4,3
	13,8	24,8			22,4	1,3	4,4
			27,2		22.2	1,4	4,5
	14,2		27,4			1,5	4,6
	14,4	22,2	27,6		24,8	1,6	4,7
	14,6	22,4	27,8		24,6	1,7	4,8
	14,8	22,6			24,4	1,8	4,9
		22,8	28,2		24,2	1,9	5,0
	12,2		28,4		24,0	2,0	5,1
	12,4	23,2	28,6		23,8	2,2	5,2
	12,6	23,4	28,8		23,6	2,4	5,3
	12,8	23,6			23,4	2,6	5,4
		23,8	29,2		23,2	2,8	5,5
	13,2		29,4			2,9	5,6
		24,5	29,6		22,8	3,0	5,7
						2,5

Примечания:

- берутся из таблицы 1. ; ; , где - находится из расчета тепловой схемы; - плотность питательной воды; - плотность производственного конденсата; - определяется из справочника [2].

- определяется из справочника [2].

В таблице 2 использованы следующие обозначения:

- геометрическая высота нагнетания;

- подпор (отрицательная геометрическая высота всасывания);

- длина всасывающей линии;

- длина напорной линии.

2. Общие методические рекомендации

Курсовая работа «Выбор и расчет теплового двигателя и нагнетателей паротурбинной установки с противодавлением и теплового потребителя» по курсу «Тепловые двигатели и нагнетатели» выполняется для закрепления теоретического материала курса и овладения основами расчетов и обоснований для паровой турбины, насосов и дутьевого вентилятора.

Состав оборудования как теплового потребителя, так и источника теплоты (ТЭЦ с противодавленческой турбиной) и тепловая схема (рисунок 1) заданы упрощенно. Поэтому в данной работе пренебрегают потерями пара и теплоты в элементах схемы, а также не учитывают расходы пара и теплоты на собственные нужды паротурбинной установки: подогрев сырой и химочищенной воды, на уплотнения, на непрерывную продувку котла и т.д. Система регенеративного подогрева питательной воды представлена одним подогревателем – деаэратором, работающим на скользящем давлении (близком к противодавлению турбины). Потери давления в трубопроводах возвратного конденсата и питательной воды рассчитываются при выборе насосов. При упрощенном расчете тепловой схемы потерями давления в паропроводе от турбины до потребителя, а также увеличением энтальпии жидкости при повышении давления насосами пренебрегают.