Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УрФУ) Уральский энергетический институт Кафедра «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» Оценка Руководитель курсового проектирования Целищев Максим Федорович Члены комиссии Дата защиты ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по теме: Расчет ЦВД влажно-паровой турбины АЭС по дисциплине: Турбомашины АЭС Студент: Епифанов И.Д. (Подпись) Группа: ЭН-490018 Екатеринбург 2023 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УрФУ) Уральский энергетический институт Кафедра «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» Задание на курсовую работу Студент Епифанов Иван Дмитриевич Группа ЭН-490018 Специальность/направление подготовки 14.05.02 Атомные станции: проектирование, эксплуатация, инжиниринг. 1.Тема курсовой работы Расчет ЦВД влажно-паровой турбины АЭС 2.Содержание работы, в том числе состав графических работ и расчетов Курсовой проект содержит расчет цилиндра высокого давления влажно-паровой турбины АЭС, и состоит из пояснительной записки и графической части. Графическая часть состоит из рисунков треугольников скоростей ступеней ЦВД влажно-паровой турбины АЭС. 3.Дополнительные сведения 4. План выполнения курсовой работы Наименование элементов курсовой работы Сроки Примечания Отметка о выполнении Предварительный расчет цилиндра, выбор числа ступеней и распределение теплоперепада между ними Детальный расчет проточной части цилиндра и построение треугольников скоростей для каждой ступени Расчет внутренней мощности и относительного внутреннего КПД цилиндра Расчет концевых уплотнений Индивидуальное задание Руководитель ________________________/М. Ф. Целищев/ Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» РЕЦЕНЗИЯ на курсовую работу Студента ____Епифанова Ивана Дмитриевича ____________ группы _ЭН-490018___ (фамилия имя отчество) Тема курсовой работы: Расчет ЦВД влажно-паровой турбины АЭС. Модуль/дисциплина _Турбомашины АЭС__ ___________________________________________________________________________ 1 Соответствие результатов выполнения работы целям и задачам курсового проектирования, результатам обучения по дисциплине/модулю_____________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 2 Оригинальность и самостоятельность выполнения работы________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 3 Полнота и глубина проработки разделов ______________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 4 Общая грамотность и качество оформления текстового документа и графических материалов___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 5 Вопросы и замечания ______________________________________________________ ___________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 6 Общая оценка работы ______________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Сведения о рецензенте: Ф.И.О. Целищев Максим Федорович Место работы Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина Уч. звание Доцент ___________________ Уч. степень Кандидат технических наук Подпись ______________ Дата Содержание 1. Тепловой расчет цилиндра высокого давления влажнопаровой турбины АЭС .......... 3 Введение ....................................................................................................................................... 3 1.1 Исходные данные ............................................................................................................ 4 1.2 Предварительное построение теплового процесса турбины в H-S диаграмме .. 5 1.3 Распределение теплоперепада цилиндра между ступенями ................................... 8 1.4 Расчет процесса течения пара через сопловую и рабочую решетки .................. 10 1.5 Расчет скоростей на входе в решетки ступеней ...................................................... 15 1.6 Расчет треугольников скоростей ............................................................................... 18 1.7 Расчет КПД и мощности ступени .............................................................................. 22 1.8 Расчет концевых уплотнений ..................................................................................... 33 Заключение ............................................................................................................................... 35 2 1. Тепловой расчет цилиндра высокого давления влажнопаровой турбины АЭС Введение Основной путь получения электроэнергии на АЭС – применение электрических генераторов машинного типа с механическим приводом от паровой турбины. Тепловая энергия пара при его расширении в проточной части турбины превращается в кинетическую энергию потока пара, которая используется для вращения ротора турбины электрогенератора. Особенности влажнопаровых турбин АЭС связаны с их работой на насыщенном паре с относительно малым теплоперепадом, что влечет за собой большие расходы пара, и большая часть ступеней турбины работает на влажном паре. В процессе расширения насыщенного пара в турбине его влажность непрерывно возрастает и достигает значений, при которых возникает эрозионный износ проточной части турбины. Тепловой расчет цилиндра высокого давления влажнопаровой турбины АЭС приводится в данной курсовой работе. 3 1.1 Исходные данные Исходные данные представлены в табл. 1. Таблица 1 – Исходные данные № Наименование Обозначение Размерность Величина 1 Начальное давление пара P0 МПа 6,8 2 Начальная степень сухости пара X0 - 0,98 3 Давление пара на выходе из цилиндра Pk МПа 1,2 4 Расход свежего пара G0 кг/с 125 5 Частота вращения ротора n Гц 50 6 Давление пара в отборе Pотб МПа 2,7 7 Расход пара в отборе Gотб кг/с 6 4 1.2 Предварительное построение теплового процесса турбины в H-S диаграмме Процесс предварительного построения теплового процесса турбины в h-s диаграмме представлен в табл. 2. H-s диаграмма процесса расширения пара в турбине представлена на рис. 1. Таблица 2 – Предварительное построение теплового процесса турбины в h-s диаграмме Обознач. Размер. h0 кДж/кг S0 кДж/(кг*К) 3 Наименование Энтальпия пара в начале процесса расширения Энтропия пара в начале процесса расширения Энтропия пара в точке kt Skt кДж/(кг*К) 4 Энтальпия пара в точке kt hkt кДж/кг из H-S диаграммы по Pк, Skt 2439,322 5 Располагаемый теплоперепад на цилиндр Давление пара перед соплами первой ступени на номинальном режиме работы Поправочный коэффициент Скорость пара в выхлопном патрубке Давление пара на выходе из цилиндра за последней ступенью H0 кДж/кг H0=h0-hkt 305,450 P1 МПа P1=(0,95...0,97)P0 6,528 λ C м/с принимается принимается 0,1 P2 МПа 10 Энтальпия пара в точке 1 h1 кДж/кг h1=h0 2744,772 11 Энтропия пара в точке 1 S1 кДж/(кг*К) из H-S диаграммы по P1,h1(h1=h0) 5,789 № 1 2 6 7 8 9 5 Расчётная формула из H-S диаграммы по P0, X0 из H-S диаграммы по P0, X0 Skt=S0 𝑃2 = 𝑃𝑘 ⋅ (1 + 𝜆 ⋅ ( 𝐶 2 ) ) 100 Величина 2744,772 5,775 5,775 60,000 1,243 12 Энтропия пара в точке 2t S2t кДж/(кг*К) S2t=S1 5,789 13 Энтальпия пара в точке 2t h2t кДж/кг из H-S диаграммы по P2,S2t(S2t=S1) 2451,487 14 Степень сухости в точке 2t X2t - из H-S диаграммы по P2,S2t(S2t=S1) 0,832 H'0 кДж/кг H'0=h0-h2t 293,285 ηoi - принимается:0,86…0,88 0,870 Xср - 𝑋ср = (𝑋0 + 𝑋2𝑡 ) 2 0,906 ηoi(вл) - ηoi(вл)=ηoi∙Xср 0,788 Hi кДж/кг Hi=H'0∙ηoi(вл) 231,110 hk кДж/кг hk=h0-Hi 2513,662 15 16 17 Располагаемый теплоперепад проточной части цилиндра КПД ЦВД турбины, работающей на перегретом паре Средняя степень сухости пара 19 Предварительный относительный внутренний КПД ЦВД влажнопаровой турбины Использованный теплоперепад цилиндра 20 Энтальпия пара на выходе из цилиндра 18 6 Рисунок 1 – h-s диаграмма процесса расширения пара в турбине 7 1.3 Распределение теплоперепада цилиндра между ступенями Расчет распределения теплоперепада по ступеням и определение числа ступеней представлен в таблице 3. Таблица 3 – Распределение теплоперепада цилиндра между ступенями № Наименование Обозначение Размерность Расчетная формула 1 отсек 2 отсек 1 Корневой диаметр Dk м При n = 50 Гц => Dk=0,8…1,2 м 0,8 0,8 2 Степень реактивности в корневом сечении ρk - задаётся 0,03..0,05 0,03 0,03 3 Скоростной коэффициент сопловой решётки φ - задается 0,96..0,98 0,96 0,96 4 Эффективный угол выхода потока из сопловой решётки в корневом сечении α1э градусы задаётся 12..16 13 13 5 Расход пара через отсек G1,G2 кг/с G1=G0, G2=G1-Gотб 125 119 6 Энтропия отбора S0отб кДж/(кг*К) S0отб=S1 5,789 5,789 7 Энтальпия отбора h0отб кДж/кг из H-S диаграммы по Pотб,S0отб 8 Располагаемый теплоперепад для отсека H0отс кДж/кг H0отс1=h0 - hотб H0отс2=hотб- h2t 8 2583,21 2583,21 161,56 131,72 9 Коэффициент возврата теплоты α - задаётся 0,03..0,05 10 Фактический располагаемый теплоперепад отсека (H0отс)факт кДж/кг (H0отс)факт = H0отс*(1+α) 11 Оптимальное значение отношения скоростей для ступеней отсека (Xф)опт - 12 Оптимальный теплоперепад ступени отсека H0ст.опт кДж/кг 1 π ⋅ n ⋅ Dк ∙( ) 2 (Xф )опт 13 Коэффициент K0 - принимается 0,92..0,96 14 Адиабатический теплоперепад ступени H0ст.ад кДж/кг H0ст.ад.=H0ст.опт.*K0 15 Приблизительное число ступеней отсека Z'отс - 16 Фактическое число ступеней Zотс - 17 Фактическое значение располагаемого теплоперепада ступени H0ст 18 Фактический адиабатический теплоперепад промежуточных ступеней отсека H0ад φ ⋅ cos( α1э ) 2 ⋅ √1 − ρк 1+ 0,03 0,03 166,407 135,676 0,475 0,475 35,013 35,013 0,938 0,958 2 H0ст.факт. − H0ст.опт H0ст.ад 32,8423 33,5426 5,0008 4,0010 округление Z' 5 4 кДж/кг (H0.отс )факт Zотс ⋅ K 0 − K 0 + 1 35,018 35,022 кДж/кг H0ад=H0ст*К0 32,847 33,551 9 1.4 Расчет процесса течения пара через сопловую и рабочую решетки Расчет процесса течения пара через сопловую и рабочую решетки приведен в табл. 4. Таблица 4 – Расчет процесса течения пара через сопловую и рабочую решетки № Наименование Обоз Размерн. Расчетная формула 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Энтальпия пара на входе в ступень h0 кДж/кг h0=h2 предыдущей ступени 2744,8 2713,1 2683,4 2653,8 2624,1 2598,3 2566,5 2536,2 2505,8 5,789 5,795 5,801 5,807 5,813 5,819 5,825 5,832 5,839 6,528 5,418 4,541 3,797 3,168 2,700 2,213 1,824 1,497 0,980 0,952 0,932 0,914 0,899 0,888 0,875 0,864 0,854 35,018 32,847 32,847 32,847 28,604 35,022 33,551 33,551 31,123 2 3 4 5 6 7 8 Энтропия пара на входе в в ступень Давление на входе в ступень Степень сухости на входе в ступень s0 кДж/кг*К p0 МПа Распологаемый теплоперепад H0ст Энтальпия пара на выходе из ступени Давление на выходе из ступени Удельный объём в конце идеального процесса расширения пара в ступени x0 кДж/кг s0=s2 предыдущей ступени p0=p2 предыдущей ступени x0=x2 предыдущей ступени Рассчитан заранее h2t кДж/кг h2t=h0-H0ст 2709,8 2680,2 2650,6 2620,9 2595,5 2563,2 2532,9 2502,6 2474,7 P2 Мпа из H-S диаграммы по h2t и S0 5,418 4,541 3,797 3,168 2,700 2,213 1,824 1,497 1,243 v2t м3/кг из H-S диаграммы по h2t и S0 0,034 0,041 0,048 0,057 0,066 0,079 0,094 0,113 0,133 10 9 Степень сухости пара на выходе из ступени x2t 10 Расход пара по ступеням Gст 11 Приблизительная высота лопатки ступени l1прибл 12 из H-S диаграммы по h2t и S0 0,950 0,930 0,913 0,898 0,886 0,873 0,862 0,852 0,843 кг/с 125 125 125 125 125 119 119 119 119 л м 0,028 0,033 0,038 0,044 0,053 0,055 0,064 0,074 0,088 Приближенный средний диаметр dсрприбл м 0,828 0,833 0,838 0,844 0,853 0,855 0,864 0,874 0,888 13 Эффективный угол выхода пара из сопловой решётки без учёта влажности пара α1э.ср. град 13,442 13,515 13,593 13,686 13,830 13,867 13,998 14,160 14,381 14 Уточнённый эффективный угол выхода пара из сопловой решётки с учётом влажности α1э.вл.с град 13,581 13,859 14,093 14,326 14,599 14,737 14,988 15,262 15,595 15 Коэффициент m - 1,796 1,796 1,796 1,796 1,796 1,796 1,796 1,796 1,796 dк+l1приблл 11 16 Степень реактивности на среднем диаметре ρср - 17 Скорость пара на входе в ступень C0 м/с 18 Полная располагаемая энергия ступени E0ст 19 Располагаемый теплоперепад сопловой решётки 20 21 22 23 0,089 0,098 0,107 0,119 0,136 0,140 0,155 0,173 0,197 0 53,509 55,215 57,240 58,910 0 62,397 64,476 64,612 КДж/кг 35,018 34,279 34,372 34,485 30,340 35,022 35,498 35,630 33,210 H0c КДж/кг 31,918 30,932 30,682 30,394 26,224 30,120 29,999 29,467 26,683 Располагаемый теплоперепад рабочей решётки H0р КДж/кг 3,101 3,347 3,690 4,092 4,115 4,903 5,499 6,163 6,527 Энтальпия пара на выходе из сопловой решётки h1t КДж/кг 2712,9 2683,6 2654,3 2625,0 2599,6 2568,1 2538,4 2508,8 2481,3 P1 Мпа Из h-S диаграммы P1(h1t,S0) 5,509 4,624 3,875 3,241 2,763 2,276 1,883 1,553 1,293 V1t м^3/кг Из h-S диаграммы v1t(h1t,S0) 0,034 0,040 0,047 0,056 0,064 0,077 0,091 0,109 0,129 Давление пара на выходе из сопловой решётки Удельный обьём пара на выходе из сопловой решётки С01ст=0; С0=С2апред. 12 24 Потери в сопловой решётке Δhc КДж/кг 2,502 2,425 2,405 2,383 2,056 2,361 2,352 2,310 2,092 25 Энтальпия пара на выходе из сопловой решётки h1 КДж/кг 2715,4 2686,0 2656,7 2627,4 2601,7 2570,5 2540,8 2511,1 2483,3 26 Энтропия пара на выходе из сопловой решётки s1 КДж/кг*К Из h-S диаграммы S1(h1,P1) 5,793 5,799 5,805 5,812 5,817 5,823 5,830 5,837 5,843 27 Степь сухости пара на выходе из сопловой решётки x1 Из h-S диаграммы X1(h1,P1) 0,954 0,933 0,916 0,901 0,889 0,876 0,865 0,855 0,846 28 29 30 31 Удельный обьём пара на выходе из сопловой решётки Теоретическая энтальпия на выходе из рабочей решётки Уточненный располагаемый теплоперепад рабочей решётки Коэффициент скорости для рабочей решётки v1 м^3/кг Из h-S диаграммы v1(h1,P1) 0,034 0,040 0,047 0,056 0,064 0,077 0,092 0,109 0,129 h'2t КДж/кг Из h-S диаграммы h'2t(S1,P2) 2712,3 2682,6 2653,0 2623,3 2597,6 2565,6 2535,3 2504,9 2476,8 Н'0p КДж/кг 3,105 3,352 3,695 4,097 4,120 4,910 5,506 6,171 6,535 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 Ѱ задается: 0,93…0,96 13 32 Потери в рабочей решётке ΔHр КДж/кг 0,808 0,791 0,806 0,823 0,687 0,869 0,905 0,932 0,866 33 Энтальпия пара на выходе из рабочей решётки h2 КДж/кг 2713,1 2683,4 2653,8 2624,1 2598,3 2566,5 2536,2 2505,8 2477,7 34 Энтропия пара на выходе из рабочей решётки s2 КДж/кг*К Из h-S диаграммы S2(h2,P2) 5,795 5,801 5,807 5,813 5,819 5,825 5,832 5,839 5,845 35 Степень сухости пара на выходе из рабочей решётки x2 Из h-S диаграммы X2(h2,P2) 0,952 0,932 0,914 0,899 0,888 0,875 0,864 0,854 0,845 36 Удельный обьём пара на выходе из рабочей решётки v2 Из h-S диаграммы v2(h2,P2) 0,035 0,041 0,048 0,057 0,066 0,079 0,094 0,113 0,133 КДж/кг 14 1.5 Расчет скоростей на входе в решетки ступеней Порядок расчета скоростей на входе в решетки ступеней приведен в табл. 5. Таблица 5 – Расчет скоростей на входе в решетки ступеней № Наименование Обоз. Размер. 1 Теоретическая скорость рабочего тела на выходе из сопловой решётки С1t 2 Реальная скорость пара на выходе из сопловой решётки С1 3 Коэффициент расхода сопловой решётки µс 4 5 Параметр сопловой решётки Влажность на выходе из сопел Расчетная формула 1 2 3 4 5 6 7 8 9 м/c 252,66 248,72 247,72 246,55 229,02 245,44 244,95 242,76 231,01 м/c 242,55 238,77 237,81 236,69 219,86 235,62 235,15 233,05 221,77 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,474 0,496 0,518 0,540 0,560 0,584 0,607 0,631 0,653 % 4,630 6,669 8,403 9,907 11,082 12,368 13,473 14,483 15,359 - 0,089 0,098 0,107 0,119 0,136 0,140 0,155 0,173 0,197 1,012 1,017 1,025 1,027 1,032 1,036 1,038 1,04 1,042 принимается: 0,95…0,98 Кср 6 Степень реактивности на среднем диаметре ρcp 7 Коэффициент µср по рисунку 13 15 8 Уточнённый коэффициент расхода для сопловой решётки µсвл 9 Выходная площадь сопловой решётки Fc 10 Высота сопловой лопатки 11 0,976 0,978 0,983 0,984 0,987 0,990 0,992 0,994 0,997 м^2 0,017 0,021 0,024 0,029 0,036 0,038 0,045 0,054 0,066 L1 м 0,028 0,033 0,038 0,044 0,053 0,055 0,064 0,074 0,089 Разница в высотах - % 0,155 0,212 0,293 0,404 0,643 0,692 0,079 0,018 0,156 12 Теоретическая скорость на выходе из рабочей решётки W2t м/c 143,57 142,02 143,33 144,86 132,34 148,83 151,86 154,10 148,62 13 Реальная скорость на выходе из рабочей решётки W2 м/с 137,8 136,3 137,6 139,1 127,0 142,9 145,8 147,9 142,7 14 Периферийная перекрыша м Принимается с учетом высоты сопловой решетки 0,0018 0,0018 0,0018 0,0018 0,0018 0,0018 0,0018 0,0034 0,0034 Принимается с учетом высоты сопловой решетки 0,0016 0,0016 0,0016 0,0018 0,0018 0,0018 0,0018 0,0021 0,0021 0,032 0,036 0,041 0,047 0,056 0,059 0,067 0,080 0,094 Δlп 15 Корневая перекрыша Δlк м 16 Высота рабочей лопатки l2 м 16 17 Коэффициент расхода рабочей решётки µр 18 Параметр рабочей лопатки принимается: 0,95…0,98 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 0,96 Кр 0,474 0,496 0,518 0,540 0,560 0,584 0,607 0,631 0,653 19 Коэффициент расхода рабочей решётки с учётом влажности пара µрвл 0,965 0,968 0,972 0,974 0,977 0,980 0,982 0,984 0,986 20 Эффективный угол выхода пара из рабочих лопаток β2эф.ср. 22,232 22,987 23,415 23,662 24,918 24,084 24,244 23,773 24,318 21 Угол выхода пара из рабочей лопатки β2вл.ср. 22,844 23,891 24,582 25,063 26,586 25,895 26,248 25,897 26,644 17 1.6 Расчет треугольников скоростей Порядок расчета треугольников скоростей представлен в табл. 6. Таблица 6 – Расчет треугольников скоростей № Наименование Обоз. Размер. 1 Диаметр средний d1ср 2 Окружная скорость сопловой решетки 3 Проекции абс. скорости на выходе из сопловой решетки Расчетная формула 1 2 3 4 5 6 7 8 9 м 0,828 0,833 0,838 0,844 0,853 0,855 0,864 0,874 0,889 U1 м/с 130,09 130,81 131,60 132,52 133,94 134,31 135,68 137,33 139,58 C1u м/с 235,77 231,82 230,65 229,33 212,76 227,87 227,15 224,83 213,61 18 4 Проекция абс. скорости выхода рабочего тела из сопловой решетки на ось координат a C1a м/с 5 Проекции относительной скорости на входе в рабочую решетку W1a м/с 6 Проекция относ. скорости выхода пара из сопловой решетки на ось координат a W1u 7 Относительная скорость выхода пара из сопловой решетки W1 56,96 57,19 57,90 58,56 55,42 59,94 60,81 61,35 59,62 56,96 57,19 57,90 58,56 55,42 59,94 60,81 61,35 59,62 м/с 105,68 101,01 99,05 96,81 78,81 93,56 91,47 87,51 74,02 м/с 120,05 116,08 114,74 113,14 96,35 111,11 109,84 106,87 95,05 C1a 19 8 Относительный угол выхода пара из сопловой решетки β1 9 Диаметр средний d2ср 10 Окружная скорость рабочей решетки U2 11 Проекции относительной скорости на выходе из рабочей решетки град 28,32 29,52 30,31 31,17 35,11 32,65 33,62 35,03 38,85 0,83 0,84 0,84 0,85 0,86 0,86 0,87 0,88 0,89 м/с 130,62 131,35 132,13 133,09 134,51 134,88 136,25 138,19 140,45 W2u м/с 127,02 124,65 125,13 125,97 113,61 128,53 130,75 133,08 127,53 12 Проекция абс. скорости выхода пара из рабочей решетки на ось координат u W2a м/с 53,51 55,22 57,24 58,91 56,86 62,40 64,48 64,61 63,98 13 Проекции абсолютной скорости на выходе из рабочей решетки C2a м/с 53,51 55,22 57,24 58,91 56,86 62,40 64,48 64,61 63,98 W2a 20 14 Относительная скорость выхода пара из рабочей решетки C2u м/с -3,60 -6,70 -7,00 -7,12 -20,90 -6,35 -5,49 -5,11 -12,92 15 Абсолютная скорость на выходе из рабочей решетки C2 м/с 53,63 55,62 57,67 59,34 60,58 62,72 64,71 64,81 65,27 16 Угол выхода абсолютной скорости из рабочей решетки α2 град 93,85 96,91 96,98 96,89 110,18 95,81 94,87 94,53 101,42 21 1.7 Расчет КПД и мощности ступени Порядок расчета КПД и мощности ступени приведен в табл. 7. Таблица 7 – Расчет КПД и мощности ступени № Наименование Обоз. Разм. Расчётная формула 1 ст. 2 ступ 3 ступ 4 ступ 5 ступ 6 ступ 7 ступ 8 ступ 9 ступ 1 Профиль сопловой лопатки - - Принимается: по α1э.срвл и α2 С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А С-9015А 2 Напряжение в муфте τ МПа 40 40 40 40 40 40 40 40 40 3 Механический КПД ступени ηмех - 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 0,996 4 КПД генератора ηген - 0,987 0,987 0,987 0,987 0,987 0,987 0,987 0,987 0,987 5 Теплоперепад цилиндра H0 кДж/кг Из предварительного расчета 305,4501 6 Относительный внутренний КПД цилиндра η0iвл - Из предварительного расчета 0,7880 7 Диаметр муфты Dм м 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 0,091 8 Диаметр диафрагменных уплотнений dупл м 0,113 0,113 0,113 0,113 0,113 0,113 0,113 0,113 0,113 Принимается: 35…45 Принимается: 0,995…0,997 Принимается: 0,985…0,990 1,25 D 22 9 Зазор в диафрагменных уплотнениях δ м 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 10 Площадь зазора в диафрагменных уплотнениях f м2 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 11 Коэффициент расхода через уплотнения диафрагм μупл - 0,780 0,783 0,786 0,787 0,790 0,792 0,794 0,796 0,797 12 Утечка пара через диафрагменное уплотнение Gут кг/с 1,034 0,866 0,735 0,621 0,500 0,450 0,378 0,316 0,255 13 Скорость звука в паре за ступенью a2t м/с 460,39 457,83 454,95 451,82 448,96 445,11 441,31 437,37 433,61 14 Число маха за ступенью M2t - 0,312 0,310 0,315 0,321 0,295 0,334 0,344 0,352 0,343 23 15 Оптимальный относительный шаг рабочих лопаток 16 Входной угол рабочих лопаток β1л град 17 Профиль рабочих лопаток - - 18 Угол установки рабочих лопаток βy 19 Ширина рабочих лопаток 20 Хорда рабочих лопаток Принимается: по атласу профилей 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 31,32 32,52 33,31 34,17 38,11 35,65 36,62 38,03 41,85 Р-3021А Р-3525А Р-3525А Р-3525А Р-3525А Р-3525А Р-3525А Р-3525А Р-3525А м 81,4 78,3 78,9 79,3 80,3 79,9 80,1 79,6 80,2 B м 0,008 0,009 0,01 0,012 0,014 0,015 0,017 0,02 0,024 b м 0,008 0,009 0,010 0,012 0,014 0,015 0,017 0,020 0,024 Принимается: по β1л и β2л 24 21 Отношение - - 0,256 0,254 0,248 0,258 0,252 0,260 0,256 0,255 0,259 22 Число рабочих лопаток Z'p - 556,7 492,8 447,1 375,8 326,6 305,3 272,2 234,3 198,8 23 Принятое число рабочих лопаток Zp - 557 493 448 376 327 306 273 235 199 24 Фактических относительный шаг рабочих лопаток 0,5797 0,5798 0,5788 0,5797 0,5792 0,5786 0,5784 0,5784 0,5796 25 Коэффициент потерь ζ1 - 0,065 0,053 0,054 0,052 0,045 0,049 0,044 0,043 0,041 26 Коэффициент потерь ζ2 - 0,051 0,052 0,051 0,05 0,048 0,049 0,049 0,044 0,043 27 Коэффициент потерь 0,047 0,042 0,042 0,041 0,039 0,04 0,039 0,038 0,037 Округляем по Z'р - ζ3 - Определяется по характеристикам профиля по М2t Определяется по характеристикам профиля 25 28 Коэффициент потерь ζ4 - 29 0,06 0,055 0,054 0,056 0,052 0,053 0,052 0,051 0,053 3,902 3,937 4,040 3,871 3,965 3,850 3,904 3,922 3,864 30 Суммарные коэффициенты потерь рабочей решетки ζp - 0,223 0,202 0,201 0,199 0,184 0,191 0,184 0,176 0,174 31 Коэффициент скорости рабочей решетки Ψp - 0,881 0,893 0,894 0,895 0,903 0,899 0,903 0,908 0,909 32 Скорость выхода пара из рабочей решетки W2 м/с 126,56 126,86 128,12 129,65 119,54 133,86 137,18 139,88 135,07 33 Потери в рабочих решетках ∆Hр кДж/к г 2,298 2,037 2,065 2,088 1,611 2,115 2,122 2,090 1,922 26 34 Энтальпия пара за рабочими решетками h2 кДж/кг 35 Степень сухости пара за рабочими решетками X2 - 36 Веерность рабочих лопаток θ - 37 Коэффициент Ψ/K y По h-S диаграмме по h2 и P2 2714,5 2684,7 2655 2625,4 2599,2 2567,7 2537,4 2507 2478,7 0,9528 0,9324 0,9151 0,9001 0,8882 0,8755 0,8644 0,8541 0,8453 26,34 23,11 20,43 17,92 15,21 14,64 12,87 11,03 9,50 - По характеристикам профиля 0,27 0,23 0,22 0,19 0,18 0,17 0,16 0,16 0,13 По характеристикам профиля 0,8 1 1,3 1,5 1,6 1,6 1,6 1,6 1,4 38 Коэффициент Ky - 39 Коэффициент сепарации Ψ - 0,216 0,23 0,286 0,285 0,288 0,272 0,256 0,256 0,182 40 Изменение сухости пара за счет сепарации пара ∆X2 - 0,010 0,016 0,024 0,028 0,032 0,034 0,035 0,037 0,028 27 41 Изменение сухости пара за рабочей решеткой с учетом сепарации влаги X2сеп - 0,963 0,948 0,939 0,929 0,920 0,909 0,899 0,891 0,873 42 Температура пара за рабочей решеткой T K 542,16 531,14 520,44 510,05 501,24 490,72 480,92 471,36 462,72 43 Энтальпия пара за рабочей решеткой с учетом сепарации влаги h2сеп кДж/кг 2731,0 2710,7 2697,0 2676,1 2657,8 2631,0 2603,7 2579,7 2534,5 44 Изменение энтальпии пара за счет сепарации влаги кДж/кг 16,4 26,0 42,0 50,7 58,6 63,3 66,3 72,7 55,7 45 Угол выхода пара из ступени л град 273,9 276,9 277,0 276,9 290,2 275,8 274,9 274,5 281,4 46 Скорость выхода пара из ступени С2 м/с 53,630 55,620 57,666 59,338 60,577 62,719 64,709 64,814 65,274 ∆hсе п α2срв По h-S диаграмме по X2сеп и P2 28 ∆hвы кДж/к г 1,438 1,547 1,663 1,761 1,835 1,967 2,094 2,100 2,130 кДж/к г 0,868 1,493 1,927 2,355 2,378 3,091 3,492 3,794 3,944 1 1 1 1 0 1 1 1 0 - 0,838 0,826 0,814 0,802 0,740 0,784 0,776 0,770 0,696 Nтр кВт 39,218 34,216 29,906 26,286 23,935 20,323 17,978 16,199 14,874 ∆hтр кДж/к г 0,314 0,274 0,239 0,210 0,191 0,171 0,151 0,136 0,125 47 Выходная энергия пара 48 Потеря от влажности пара 49 Коэффициент использования выходной скорости в последующей ступени X - 50 Относительны лопаточный КПД ступени ηол 51 Мощность трения о диск 52 Потери на трение диска х ∆hвл Принимается для последней ступени отсека 0, для промежуточных - 1 29 53 Потери с утечками через диафрагменное уплотнение 54 ∆hут диаф кДж/к г 0,290 0,237 0,202 0,171 0,121 0,132 0,113 0,094 0,071 Периферийный диаметр рабочих лопаток dn м 0,863 0,872 0,882 0,895 0,913 0,917 0,935 0,960 0,988 55 Угол выхода потока из сопел в периферийном сечении для перегретого пара α1nпп град 13,99 14,13 14,29 14,48 14,75 14,83 15,10 15,48 15,92 56 Синус угла выхода пара из сопел в периферийном сечении sin(α вл 1n ) - 0,248 0,253 0,258 0,263 0,270 0,273 0,280 0,289 0,298 57 Угол выхода пара из сопел в периферийном сечении α1nвл град 14,33 14,64 14,94 15,27 15,67 15,87 16,26 16,77 17,34 58 Косинус угла выхода пара из сопел в периферийном сечении cos(α вл 1n ) - 0,969 0,968 0,966 0,965 0,963 0,962 0,960 0,957 0,955 59 Реактивность в периферийном сечении ρn - 0,159 0,176 0,193 0,213 0,242 0,249 0,274 0,308 0,344 - 30 60 Осевой зазор в периферии δап м Принимается: 1,5…3 мм 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 61 Радиальный зазор в периферии δr м Принимается: 1,5…3 мм 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 0,002 62 Число усиков в радиальном уплотнении Zr - 2 2 2 2 2 2 2 2 2 63 Эквивалентный радиальный зазор δэквn м 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 64 Коэффициент потерь с утечками через радиальный зазор ζутn - 0,049 0,044 0,039 0,035 0,028 0,029 0,026 0,024 0,019 65 Потери с утечками через радиальный зазор ∆hут кДж/к г 1,730 1,492 1,332 1,194 0,856 1,011 0,921 0,841 0,632 66 Относительный внутренний КПД ступени 0,771 0,768 0,762 0,756 0,702 0,746 0,742 0,740 0,671 n η0i 31 68 69 70 Полезный теплоперепад ступени Коэффициент использования выходной скорости предыдущей ступени Внутренняя мощность hi кДж/к г Принимается для первой ступени отсека 0, для промежуточных - 1 27,017 26,327 26,223 26,108 21,317 26,140 26,368 26,379 22,307 0 1 1 1 1 0 1 1 1 μ - Ni кВт 3377,1 3290,9 3277,8 3263,5 2664,6 3110,6 3137,8 3139,1 2654,5 2701,3 2659,3 2613,7 2575,3 2542,4 2508,9 2471,9 2435,0 2425,7 71 Энтальпия пара за ступенью ho2 кДж/к г 72 Температура пара за ступенью to2 °C По h-S диаграмме по P2 и ho2 269,01 257,99 247,29 236,90 228,09 217,57 207,77 198,21 189,57 73 Степень сухости пара за ступенью xo2 - По h-S диаграмме по P2 и ho2 0,94 0,92 0,89 0,87 0,86 0,84 0,83 0,82 0,82 Мощность цилиндра определяется как сумма мощностей всех ступеней: Z Nim = ∑ Ni = 25261,4949 кВт 1 Относительный внутренний КПД цилиндра определяется как средневзвешенный по всем ступеням: η0i = ст ∑Z 1 Gi ⋅hoi ⋅η0i ст ∑Z 1 Gi ⋅h0i 32 = 0,742 1.8 Расчет концевых уплотнений Порядок расчета концевых уплотнений представлен в табл. 8. Таблица 8 – Расчет концевых уплотнений Переднее уплотнение 1 2 3 Заднее уплотнение 2 3 № Наименование Обозн. Размер. Расчётная формула 1 Диаметр уплотнений dупл мм Рассчитан заранее 0,113 0,113 2 Зазор в диафрагменных уплотнениях δ мм Рассчитан заранее 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 3 Площадь зазора в диафрагменных уплотнениях f мм2 Рассчитан заранее 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 4 Давления пара перед уплотнением P1 МПа По начальным условиям 6,53 3,26 0,82 0,18 2,70 1,35 0,68 0,18 5 Удельный объем пара перед уплотнением v1 м3/кг По начальным условиям P1 и S1 0,029 0,055 0,192 0,741 0,065 0,122 0,227 0,741 6 Давление пара после уплотнения P2 МПа 3,26 0,82 0,18 0,2 1,35 0,675 0,18 0,2 33 0,113 4 1 0,113 0,113 0,113 0,113 4 0,113 Утечка пара Расход пара через отсеки уплотнения Gут 9 Коэффициент Купл 10 Коэффициент 7 8 11 Число гребней Z кг/с Gут=0,005G0 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,625 0,438 0,313 0,313 0,313 0,188 0,313 0,313 0,313 - 5E-20 5E-08 5E-08 5E-08 5E-08 5E-08 5E-08 5E-08 - 0,50 0,25 0,22 1,11 0,50 0,50 0,27 1,11 8E-12 3 2E-01 -3E03 2 0,4 0,1 3E-03 2 2 2 2 2 2 2 2 - 34 Заключение В курсовой работе был произведен тепловой расчет ЦВД влажнопаровой турбины АЭС с начальными параметрами: Р0 = 6,8 МПа, 𝑋0 = 0,98, Р𝑘 = 1,2 МПа, 𝐺0 = 125 кг/с, 𝑛 = 50 об/с кг Ротб1 = 2,7 МПа и 𝐺отб1 = 6 . с и отбор В результате предварительного расчета были определены: располагаемый теплоперепад на цилиндр 𝐻0 = 305,45кДж/кг, располагаемый теплоперепад проточной части цилиндра 𝐻0′ = 293,285 кДж/кг , использованный теплоперепад цилиндра 𝐻𝑖 = 231,11 кДж/кг и другие характеристики по которым была построена h-s диаграмма процесса расширения пара в турбине (Рисунок 1). Затем было рассчитано число ступеней (𝑧 = 9) и предварительно распределен между ними располагаемый теплоперепад. Далее был произведен тепловой расчет проточной части цилиндра. Относительный внутренний КПД рассчитанного ЦВД составил 𝑜𝑖 = 0,742, что примерно соответствует КПД современных турбин, равному 0,8 ÷ 0,9. Повышение КПД можно достигать путем уменьшения потерь энергии пара в лопатках на трение, влажность и т.п., улучшения профилей лопаток. 35
