Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Промышленность, производство->Реферат
Масложировая промышленность – одна из важных отраслей пищевой промышленности, наиболее сложная по структуре. В её состав входят масла прессовые и масл...полностью>>
Промышленность, производство->Курсовая работа
Данная курсовая работа носит учебно-исследовательский характер. В ее основе лежит самостоятельная творческая деятельность. Для ее выполнения потребова...полностью>>
Промышленность, производство->Курсовая работа
Свиноводство — одна из важных отраслей животноводства. Дальнейший рост поголовья свиней и повышение их продуктив­ности позволят в короткий срок значит...полностью>>
Промышленность, производство->Реферат
Нормативно-методическая база делопроизводства – это совокупность законов, нормативных правовых актов и методических документов, регламентирующих техно...полностью>>

Главная > Лекция >Промышленность, производство

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Лекция № 10. Основы проектирования паровых турбин

10.1. Основные показатели паровых турбин и их компоновки

Проектируемые турбина и турбоустановка (ТУ) должны отвечать регламентируемой ГОСТ 4.424-86 системе показателей качества (семь групп), которые характеризуют технический уровень турбин и ТУ. Например, среди показателей назначения установлены номинальная мощность Nном (наибольшая мощность, которую турбина должна длительное время обеспечивать при номинальных параметрах рабочих сред), максимальная мощность Nмах, которую турбина реализует при изменении начальных параметров водяного пара, давления рк, отключении ряда отборов пара и пр., тепловая нагрузка отопительных (регулируемых) отборов пара Qт, ГДж/час, частота вращения n, с-1, давление и температура свежего пара (р0, t0), температура промперегрева (tпп), температура охлаждающей воды для конденсатора ТУ (t), давление в конденсаторе рк, температура питательной воды tпв. Кроме них устанавливаются массогабаритные показатели турбины и характеристики ее маневренности (время пуска, допустимое число пусков, регулировочный диапазон автоматического изменения мощности). К основным также относятся такие показатели надежности, как наработка на отказ (не менее 5500 ч); установленный ресурс до списания (не менее 40 лет) и между капитальными ремонтами (4-6 лет), а также показатель экономичности - удельный расход теплоты брутто qЭбр, кДж/(кВтч))

Для обеспечения установленных показателей осуществляется выбор тепловой схемы и компоновки турбоагрегата на основе технико-экономических расчетов и обоснований. В частности, выбираются разделительное давление, определяющее давление пара в тракте промежуточного перегрева рпп, способ деаэрации питательной воды и давление в деаэраторе рд, число регенеративных подогревателей Zпод, а также схема и параметры системы сепарации и промперегрева для турбин АЭС. ГОСТы устанавливает необходимость организации промежуточного перегрева для турбин ТЭС, проектируемых на давление свежего пара р012,3 МПа. Число регенеративных отборов пара для подогрева питательной воды и соответствующий расход Gотб определяют в итоге конденсационный расход пара в турбине (Gк), который составляет 50-70% от расхода свежего пара (G0).

Современные мощные турбины выполняются многоступенчатыми с компоновкой проточной части посредством цилиндров высокого давления (ЦВД), давление за которым определяется давлением промежуточного перегрева пара, среднего давления (ЦСД) и низкого давления (ЦНД). На рис.10.1 представлена компоновка турбины К-800-23,5 ЛМЗ, номинальная мощность которой NЭ=800 МВт, расход G0=650 кг/с, oi=0,85, располагаемый теплоперепад турбины Н0=1400 кДж/кг, число ступеней zЦВД=12, zЦСД=8 (на один поток), zЦНД=4 (на один поток).

Рис. 10.1. Схема компоновки паровой турбины К-800-23,5 ЛМЗ

Многоступенчатое исполнение паровых турбин позволяет:

  1. реализовать большие мощности (NЭ=500-1500 МВт при Н0=1000-1600 кДж/кг);

  2. проектировать проточную часть турбины из условия uф=(uф)опт для всех ступеней (чем дороже топливо, используемое на электростанции, тем экономичнее должно быть ее основное и вспомогательное оборудование);

  3. использовать эффект промперегрева, посредством которого повышаются термический КПД цикла, растет oiЦСД, снижается степень влажности в последних ступенях ЦНД;

  4. осуществлять оптимальным образом отборы пара на регенеративный подогрев питательной воды, которые существенно повышают КПД турбоустановки;

  5. организовывать эффективную схему компенсации осевых нагрузок валопровода;

  6. использовать энергию выходной скорости предыдущей турбинной ступени для роста располагаемой энергии последующей за ней ступени. Таким образом, увеличивается располагаемый теплоперепад ступеней;

  7. использовать эффект возврата теплоты, связанный с тем, что потери энергии в ступени переходят в теплоту и повышают энтальпию (теплосодержание) водяного пара за турбинной ступенью. В области перегретого пара этот эффект приводит к повышению температуры t2 за ступенью, а в области влажного – к увеличению степени сухости пара х. За счет повышения t2 или х фактический теплоперепад ступени увеличивается (рис. 10.2) в сравнении с тепловым перепадом, определяемым по основной изоэнтропе. В результате этого эффекта сумма располагаемых теплоперепадов всех ступеней в многоступенчатой турбине больше, чем теплоперепад турбины Н0т, определяемый по основной изоэнтропе. Разность , где Q –теплота, которая «возвращается» в поток водяного пара в проточной части турбинных ступеней в процессах формирования в них потерь энергии (речь идет о формировании тепловой энергии). Предположив, что внутренний относительный oiст для всех ступеней одинаков по значению, КПД всей турбины можно представить следующим образом:

(10.1)

В (10.1) qвт=Q/H0т – коэффициент возврата теплоты.

Рис. 10.2. Процесс расширения

в многоступенчатой турбине

Итак, относительный внутренний КПД паровой турбины oi при ее многоступенчатом исполнении увеличивается за счет эффекта возврата теплоты. В расчетах коэффициент возврата теплоты обычно оценивают по формуле

, (10.2)

где коэффициент kt=4,810-4 для турбинных ступеней, работающих в области перегретого пара; kt=(3,2…4,3)10-4 – для ступеней, часть которых работает в области перегретого пара, а часть – в области влажного пара; kt=2,810-4 - для ступеней, работающих в области влажного пара. Обычно значение qвт в зависимости от числа турбинных ступеней z и располагаемого теплоперепада турбины Н0т изменяется от 0,02 до 0,10.

Отечественное турбостроение выпускает паровые турбины активного типа, хотя в проточной части ЦСД и ЦНД степень реактивности ступеней в их сечениях со средним диаметром приближается к значению ср=0,3…0,5, а в последних ступенях ЦНД турбины и того выше. Конструктивным признаком турбин активного типа является использование в них роторов дисковой конструкции. Большинство турбин ТЭС эксплуатируются с переменной мощностью, т.е. участвуют в диспетчерском графике изменения нагрузок энергосистемы. Это предполагает использование системы соплового парораспределения турбины, признаком которой является наличие регулирующей ступени в ЦВД. Исключение составляют паровая турбина К-1200-23,5 ЛМЗ и большинство турбин АЭС, которые предназначены для обеспечения в энергосистемах преимущественно базовых нагрузок. В этих турбинах применяется дроссельное парораспределение.

Компоновочные решения для паровых турбин, изготовленных для ТЭС турбостроительными заводами бывшего СССР, показаны на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Компоновочные решения для паровых турбин ТЭС

10.2. Предельная мощность однопоточной конденсационной турбины

Предельная мощность паровой турбины определяется расходом водяного пара через последнюю ступень (G2), который ограничивается значением абсолютной скорости с2 за ее рабочей решеткой из условия Мс21, удельным объемом влажного пара v2, зависящим от давления рк в конденсаторе, а также площадью рабочей решетки последней ступени F2=d2l2sin2. Последние ступени отличаются большими длинами лопаток, т.к. при низких значениях давления рк необходимо реализовывать огромные по значению объемные расходы (G2v2) водяного пара в конденсатор (Gк=G2). В связи с большой длиной рабочих лопаток их механическая прочность находится на предельных уровнях по напряжениям растяжения, формируемых в корневых сечениях лопаток от действия центробежных сил. Отсюда предельный расход водяного пара, который можно пропустить через последнюю ступень, зависит от механической прочности ее рабочих лопаток.

Предельный расход пара определяет и предельное значение внутренней мощности однопоточной конденсационной турбины (рис. 10.4), которую можно оценить по формуле

Ni=mGкH0тoiт, (10.3)

где m=1,1…1,3 – коэффициент, учитывающий выработку мощности потоками водяного пара, направляемого в соответствующие регенеративные отборы турбины.

Рис. 10.4. Упрощенная тепловая схема конденсационной ПТУ

Учитывая, что направление абсолютной скорости с2 выбирается с приближением к углу 2=900 (sin2=1), расход пара в конденсатор однопоточной турбины определяется из уравнения неразрывности следующим образом:

, (10.4)

где 2=d2l2 – аксиальная (осевая) площадь выхода из рабочих лопаток последней ступени; с2, v2 – осредненные по высоте выходного сечения рабочей решетки значения абсолютной скорости и удельного объема. Максимальные значения напряжения растяжения р, мах от действия центробежных сил Rцс при вращении ротора с угловой частотой =2n имеют место в корневом сечении рабочей лопатки. При постоянном значении площади fл сечений профиля по высоте лопатки (рабочие лопатки постоянного сечения) напряжения р, махпост определяется следующим образом:

, (10.5)

где ст – плотность материала лопаток, n – частота вращения ротора турбины.

Поскольку лопатки последних ступеней выполняют с переменным сечением профиля по высоте l2 (площадь сечения уменьшается от корня к периферии рабочей лопатки), что приводит к снижению напряжения р в корневом сечении, то в (10.5) следует ввести коэффициент разгрузки kразгр, определяемый отношением площадей сечений у вершины и корня лопатки fпер/fкор, а также законом изменения площадей по высоте, из выражения:

1/kразгр0,35+0,65fпер/fкор. (10.6)

Наименьшие значения fпер/fкор достигают 0,1…0,14, для которых kразгр2,30…2,4. Тогда напряжение растяжения в корневом сечении для лопатки переменного профиля

. (10.7)

Решение (10.7) относительно осевой площади и подстановка его в выражение (10.4), а далее в (10.3), позволяет получить формулу для определения предельного значения внутренней мощности однопоточной турбины (с учетом допускаемого значения напряжения на растяжение для материала лопаток [р]):

. (10.8)

Из этой формулы следует, что предельная мощность турбины кроме располагаемого теплоперепада турбины Нот, ее относительного внутреннего КПД oiт, коэффициентов m и kразгр зависит от следующих величин:

  1. напряжения растяжения, значение которого определяется допустимым напряжением [р] для материала лопатки (для высоколегированной стали [р]450 МПа);

  2. плотности материала лопатки ст (для нержавеющих сталей ст=7,8103 кг/м3);

  3. скорости с2, определяемой ограничениями потерь с выходной скоростью Нвс=0,5с22 и допустимым диапазоном режимов течения по числу Маха (Мс20,9). Для мощных турбин потери энергии с выходной скоростью составляют 20-40 кДж/кг. Их изменение для влажнопаровых турбин АЭС оказывает большее влияние на экономичность, чем для турбин, работающих с перегретым паром;

  4. удельного объема v2 водяного пара, зависящего от давления рк в конденсаторе;

  5. частоты вращения ротора n (при переходе с n=50 с-1 к n=25 с-1 предельная мощность турбины увеличивается в четыре раза).

Например, для стальных лопаток при n=50 с-1 реализуется предельное значение площади рабочей решетки последней ступени =8,6 м2, при которой внутренняя мощность турбины при р0=23,5 МПа, t0=565 0С и рк=4 кПа Niпред=117 МВт.

Располагаемый теплоперепад турбины зависит от параметров пара перед турбиной. Сегодня кроме сверхкритических параметров водяного пара (р0=23,5 МПа) начинают применять и сверхвысокие его параметры (СВП) с давлением р0=25…39 МПа и температурой t0=570…6000С, что увеличивает располагаемый теплоперепад турбины Нот. В турбоустановках с СВП чаще применяются две ступени промперегрева, что увеличивает термический КПД турбоустановки и значение располагаемого теплоперепада турбины. Следует понимать, что для турбин АЭС, работающих на влажном паре (р0=5…7 МПа), Н0т значительно меньше, чем для турбин перегретого пара, что определяет сокращение их предельной мощности примерно на 20%. Повышение давления рк в конденсаторе, например, с 3,5 кПа до 5,0 кПа увеличивает предельную мощность при прочих равных условий на 43% (за счет уменьшения удельного объема пара v2). Но, при этом, абсолютный электрический КПД паротурбинных установок ТЭС уменьшается на Э/Э=0,5% и на Э/Э=0,9% для турбоустановок АЭС. В общем случае выбор давления в конденсаторе зависит от климатических условий места нахождения электростанции, системы ее водоснабжения, вида и стоимости топлива, а также ряда других факторов.



Загрузить файл

Похожие страницы:

  1. Основные расчеты при проектировании паровой турбины

    Лекция >> Промышленность, производство
    Лекция № 11. Основные расчеты при проектировании паровой турбины 11.1. Построение процесса расширения водяного ... dz. Для определения dz на основе построенного процесса расширения водяного пара ...
  2. Паровые турбины как основной двигатель на тепловых электростанциях

    Реферат >> Физика
    ... и упростить конструкцию. Типовая конструкция современной паровой турбины При проектировании паровой турбины учитывают ряд предъявляемых к ней ... проблемы дальнейшего развития сверхмощных турбин на широкой основе с использованием как быстроходных, так ...
  3. Особенности переменных режимов работы паровой турбины

    Лекция >> Промышленность, производство
    ... режимов работы паровой турбины 13.1. Общая характеристика переменных режимов При проектировании паровой турбины ее экономические ... на основе расчетов от состояния водяного пара за ступенью. В большинстве паровых турбин их ...
  4. Тепловые испытания паровых турбин и турбинного оборудования

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... испытания оборудования. На основе материалов испытаний оборудования ... за счет использования модернизированных методов проектирования (решение прямой и обратной ... от периферии к центру. ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ Основные элементы паровой турбины – корпус, сопла и ...
  5. Проектирование тепловой электрической станции для обеспечения города с населением 190 тысяч жителей

    Дипломная работа >> Физика
    ... повышение эффективности на основе совершенствования существующего оборудования, ... конденсации пара в конденсаторах паровых турбин, обеспечиваемое техническим водоснабжением электростанции ... ряд вопросов, связанных с проектированием ТЭЦ: - выбрано основное ...

Хочу больше похожих работ...

Generated in 0.0018332004547119