97090

РАСЧЕТ ДВУХВЕНЕЧНОЙ СУДОВОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В современных двухвенечных ступенях скорости, для повышения их экономичности и получения плавного изменения высот рабочих лопаток, обычно вводится небольшая степень реактивности на рабочих и направляющих лопатках.

Русский

2015-10-13

3.16 MB

2 чел.

  1.  ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
    1.  Тип турбинной установки – ТС-3 «Крым»
    2.  Мощность ГТЗА,
    3.  Количество ступеней,
    4.  Мощность ступени,
    5.  Давление пара перед ступенью,
    6.  Температура газа перед ступенью,
    7.  Скорость газа на входе в сопла,
    8.  Давление пара за ступенью,
    9.  Расход пара,
    10.  Частота вращения ротора турбины,
    11.  Удельный расход топлива на установку,
    12.  Автономность,
    13.  Диаметр ступени,

  1.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВУХВЕНЕЧНОЙ СУДОВОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
    1.  В зависимости от мощности и начальных параметров пара находится эффективный КПД, который для двухвенечных колес, что связано с большими окружными и камерными потерями, можно принять равным:

  1.  По заданной мощности  находится механический КПД:

  1.  В связи с утечками пара в концевых уплотнениях, штоках сопловых клапанов и т.д. необходимо принять значение коэффициента, учитывающего эти потери:

  1.  Внешний КПД будет равен:

Где:

  1.  Внутренний КПД ступени:

  1.  Внутренняя мощность:

  1.  Далее необходимо определиться в степенях реактивности направляющих и рабочих лопаток. В современных двухвенечных ступенях скорости, для повышения их экономичности и получения плавного изменения высот рабочих лопаток, обычно вводится небольшая степень реактивности на рабочих и направляющих лопатках.

  1.  Величина скоростной характеристики ступени:

Где:

  1.  Определяем располагаемый теплоперепад:

Где:

  1.  Внутренний теплоперепад:

  1.  Энтальпия пара за ступенью:

  1.  Расход пара на ступень:

  1.  Условная скорость истечения пара из сопл:

  1.  Окружная скорость ступени:

  1.  Располагаемый теплоперепад в соплах:

  1.  Действительная абсолютная скорость истечения пара из сопл:

  1.  Критическое давление пара:

Где:  – критическое отношение давлений для перегретого пара

  1.  Теплоперепады в первом и втором рабочем венце и втором направляющем аппарате:

  1.  По результатам рассчитанных параметров изображаем на миллиметровой бумаге тепловой процесс расширения пара в соплах (рис. 2.1).

  1.  ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТУПЕНИ

  1.  Потери энергии в соплах:

  1.  Критическая скорость истечения пара:

Где:  – критический теплоперепад.

  1.  Определяем удельный объём пара в точке  по I-S диаграмме

  1.  Определяем угол отклонения струи в косом срезе:

3.4.1) Коэффициент энергетических затрат:

3.4.2) Коэффициент потерь, отнесенный к полезно используемой энергии:

3.4.3) Показатель политропы:

Где:

3.4.4) Скорость звука в конце расширения в соплах:

Где:

3.4.4) Находим значение угла :

3.4.5) Находим значение угла :

3.4.6) Угол отклонения струи пара в косом срезе:

  1.  В двухвенечных ступенях скорости в качестве сопл применяются расширяющиеся сопла (сопла Лаваля), способные перерабатывать большие теплоперепады. В этих соплах при понижении давления за решеткой ниже расчетного (критического) имеет место дополнительное расширение в косом срезе, следовательно, ускорение потока и поворот на некоторый угол .

  1.  Угол выхода абсолютной скорости из сопл с учетом отклонения в косом срезе:

  1.  На миллиметровой бумаге строится треугольник скоростей выхода пара из сопл. Используя Теорему Пифагора, определяем параметры треугольника.

3.7.1) Значение проекции действительной абсолютной скорости истечения пара из сопл:

3.7.2) Значение относительной скорости входа пара на рабочие лопатки первого венца:

3.7.3) Угол входа относительной скорости пара на рабочие лопатки первого венца:

  1.  Теоретическая относительная скорость выхода потока пара из рабочих лопаток первого венца.

  1.  Относительная скорость выхода потока из рабочих лопаток первого венца:

Где:

  1.  Угол выхода относительной скорости с первого венца рабочих лопаток:

  1.  Строим треугольник скоростей выхода пара из рабочих лопаток первого венца и определяем его параметры.

3.11.1) Проекция абсолютной скорости выхода пара из рабочих лопаток первого венца:

3.11.2) Абсолютная скорость выхода пара из рабочих лопаток первого венца:

3.11.3) Угол выхода абсолютной скорости из рабочих лопаток первого венца:

  1.  Потеря энергии на рабочих лопатках первого венца:

  1.  Теоретическая абсолютная скорость выхода пара из направляющего аппарата:

  1.  Абсолютная скорость выхода пара из направляющего аппарата:

Где:

  1.  Угол выхода абсолютной скорости из направляющего аппарата:

  1.  Строим выходной треугольник скоростей из направляющего аппарата второго венца и определяем его параметры:

3.16.1) Проекция абсолютной скорости выхода пара из направляющего аппарата второго венца:

3.16.2) Относительная скорость выхода пара из направляющего аппарата второго венца:

3.16.3) Угол входа относительной скорости на рабочие лопатки второго венца:

  1.  Потеря энергии в направляющем аппарате второго венца:

  1.  Теоретическая относительная скорость выхода пара из рабочих лопаток второго венца:

  1.  Относительная скорость выхода пара из рабочих лопаток второго венца:

Где:  – коэффициент скорости для рабочих лопаток второго венца

  1.  Угол выхода относительной скорости из рабочих лопаток второго венца:

  1.  Строим выходной треугольник скоростей выхода пара из рабочих лопаток второго венца и определяем его параметры:

3.21.1) Проекция абсолютной скорости:

3.21.2) Абсолютная скорость:

3.21.3) Угол выхода абсолютной скорости:

  1.  Потеря энергии на рабочих лопатках второго венца:

  1.  Потеря энергии с выходной скоростью:

  1.  Окружной КПД ступени, выраженной через потери:

  1.  Окружной КПД ступени, выраженный через проекции скоростей:

  1.  Погрешность вычислений:

  1.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СТУПЕНИ И ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СТУПЕНИ

  1.  Средний диаметр ступени:

  1.  Для обеспечения неразрывности потока пара при прохождении его через ступень, необходимо, чтобы площадь выходного сечения сопл соответствовала оптимальной величине. Она прямо пропорциональна удельному объему пара и обратно пропорциональна скорости прохождения пара:

  1.  Площадь минимального сечения сопл:

  1.  Степень расхождения сопл:

  1.  Степень впуска пара:

Где:  – высота сопл;

  1.  Уточненная высота сопла:

  1.  Высота сопла в минимальном сечении:

  1.  Определяем число Маха для рабочих лопаток первого венца:

Где:

  1.  Зная число Маха -  и угол выхода потока из лопаток первого венца -  выбираем профиль рабочей решетки первого венца и величины, характеризующие ее геометрические размеры:

4.9.1) Профиль – Р-25-22Р

4.9.2) Хорда -

4.9.3) Оптимальный угол установки -

  1.  Ширина лопатки:

  1.  Высота рабочих лопаток первого венца:

  1.  Определяем число Маха для лопаток второго венца:

Где:  – скорость звука в данной среде:

  1.  Зная число Маха -  и угол выхода потока из лопаток второго венца -  выбираем профиль рабочей решетки второго венца и величины, характеризующие ее геометрические размеры:

4.13.1) Профиль – Р-35-25Б

4.13.2) Хорда –

4.13.3) Оптимальный угол установки -

  1.  Ширина рабочих лопаток второго венца:

  1.  Высота рабочих лопаток второго венца:

  1.  Определяем число Маха направляющих лопаток второго венца:

Где:  – скорость звука в данной среде:

удельный объем пара за направляющими лопатками 2 венца

  1.  По числу Маха -  и углу выхода потока из направляющих лопаток -  выбираем профиль направляющей (реактивной) решетки второго венца и величины, характеризующие ее геометрические размеры:

4.17.1) Профиль – С-90-12Р

4.17.2) Хорда –

4.17.3) Оптимальный угол установки -

  1.  Ширина направляющей лопатки:

  1.  Высота направляющих лопаток второго венца:

  1.  Число Маха сопл первого венца:

  1.  По числу Маха -  и углу выхода потока из сопл первого венца -  выбираем профиль сопловой решетки первого венца и величины, характеризующие ее геометрические размеры:

4.21.1) Профиль – С-90-15Р

4.21.2) Хорда –

4.21.3) Оптимальный угол установки –

4.21.4) Оптимальный относительный шаг –

  1.  Ширина сопел:

  1.  Число действующих сопл:

Где: :

  1.  Каждая ступень, кроме окружных потерь, имеет ещё и камерные потери. Все они объединяются под названием внутренних потерь, т.е. это все потери связанные с движением пара. Внутренние потери учитываются внутренним КПД.

Окружные потери  определены в тепловом расчете.

  1.  Потери на вентиляцию:

Где:  – коэффициент для перегретого пара;

– для рабочего колеса, расположенного в свободной камере;

доля облапатывания, защищенная кожухом;

Где:

  1.  Относительная потеря на трение и вентиляцию:

  1.  Потеря энергии на вентиляцию и трение:

  1.  Потери от неполноты впуска пара:

4.28.1) Относительные потери:

Где:

4.28.2) Потери энергии:

  1.  Потери от влажности пара:

4.29.1) Относительные потери:

Где:

4.29.2) Потери энергии:

  1.  Внутренний КПД ступени фактический:

  1.  Внутренняя мощность ступени фактическая:

  1.  Погрешность определенной мощности от заданной:

  1.  ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА СПТУ

Согласно Правилам Регистра на судах неограниченного района плавания количество парогенераторов должно быть не менее двух, а СПТУ должна быть оборудована двумя комплектами топливоподогревателей, фильтров и форсуночных насосов; каждый комплект должен обеспечивать полную паропроизводительность установки.

Нормальная подача форсуночного насоса определяется по выражению (в м3/ч)

Где:

– удельный расход топлива на турбинную установку;

плотность жидкого топлива;

– КПД парогенератора;

мощность турбины;

– низшая теплота сгорания топлива

Номинальная подача насоса должна превышать нормальную в связи с возможным понижением экономичности установки в эксплуатации, понижением объемного к.п.д. насоса из-за износа, а также для обеспечения надежной работы системы автоматического регулирования.

Напор, создаваемый форсуночным насосом, должен быть достаточен не только для создания необходимого давления распыливания топлива рф, но и для преодоления сопротивлений приемного и нагнетательного трубопроводов, фильтров, подогреватели , а также разности высот приемного и нагнетательного патрубков топливной магистрали h(в м вод. ст.):

В первом приближении нормальный напор может быть принят 235380 м.вод. ст., а номинальный 1,05. Номинальная мощность электродвигателя (в кВт)

Где:  – коэффициент запаса мощности:

– КПД винтового насоса на номинальном режиме.

Паротурбинные установки менее требовательны к качеству топлива, чем дизельные и газотурбинные. Поэтому в СПТУ с экономической точки зрения целесообразно применять остаточные продукты переработки нефти, угля и горючих сланцев. Наиболее пригодные топлива нефтяного происхождения: мазуты флотские марок 12 и 20 и топливо нефтяное марок 20, 40, 60 и 80. Эти сорта топлива отличаются сравнительно невысокой вязкостью, низкой температурой застывания, небольшим содержанием серы, золы и влаги.

Основными причинами, вызывающими трудности в применении мазутов, являются коррозия и большие отложения на рабочих поверхностях парогенераторов, обусловленные главным образом содержанием в топливе серы, ванадия, натрия и кальция. Если сера и ванадий способствуют соответственно низкотемпературной (экономайзер, воздухоподогреватель, газовыпускной тракт) и высокотемпературной (район пароперегревателя) коррозии, то содержание в топливе натрия и кальция приводит к большим отложениям.

Для удаления из топлива асфальто-смолистых соединений, ванадия, натрия и кальция применяют обессоливание (промывку топлива), суть которого сводится к следующему. Топливо нагревается до 80—95°С, смешивается с водой (2—10% по объему) или с водным раствором одной из солей: Са(AlОз)2 и MgS04 — для более существенного различия в плотности раствора и нефтепродукта, затем проходит через сепараторы и отстойную цистерну. Попутно в смеситель добавляется деэмульгатор в количестве 0,005—0,02% по массе. Принципиальная схема обессоливания топлива приведена на Рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Схема установки для обессоливания топлива: 1 — топливная цистерна; 2 — фильтр; 3 — насос; 4 — подогреватель; 5 — цистерна с деэмульгатором; 6 — дозирующий насос; 7 — смеситель; 8 — сепараторы; 9 — цистерна с водой или промывочным раствором; 10 — линия рециркуляции; 11 — змеевик подогрева; 12 — отстойная цистерна; 13 — указатель уровня

При наличии в топливе воды и механических примесей применяется последовательная двукратная сепарация (Рисунок 5.2): способом пурификации (в основном для отделения воды) и способом кларификации (для отделения механических примесей).

Рисунок 5.2 – Схема двукратной последовательной сепарации топлива: 1 — топливоподогреватель; 2 — сепаратор; 3 — насос сепаратора; 4 — цистерна отходов пурификации; 5 — цистерна грязного топлива; а — отвод из камеры переполнения; б и г — соответственно приемный и напорный трубопроводы подкачивающего топливного насоса; в — выход сепарированного топлива

Для получения удовлетворительного распыливания высоковязкого остаточного топлива необходимо поддерживать определенную температуру (вязкость) перед форсунками. Значение этой температуры зависит от марки применяемого топлива и ориентировочно может быть определено по табл. 5.1.

Таблица 5.1 – Температура (вязкость) перед форсунками

Cорт

мазута

Форсунка

Сорт

мазута

Форсунка

механическая

паромеханическая

механическая

паромеханическая

Условная вязкость,

°ВУ

Температура

подогрева, °С

Условная вяз-кость,

°ВУ

Температура

подогрева, °С

Условная вязкость,

°ВУ

Температура

подогрева, °С

Условная вязкость,

°ВУ

Температура

подогрева, °С

М-20

85

70

М-60

6

105

15

90

М-40

6

100

15

85

М-80

6

110

15

95

Для улучшения условий транспортировки топлива к расходным цистернам рекомендуется поддерживать его температуру в пределах 40—60°С, в расходных цистернах (для М-40 и М-80) — примерно 80°С.

  1.  ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ НА ДОЛЕВОМ РЕЖИМЕ

Расчет работы турбины на долевом режиме при понижении давления и температуры пара перед ступенью на 12%.

  1.  Исходные данные:

6.1.1) Давление пара перед ступенью,

6.1.2) Температура пара перед ступенью,

6.1.3) Изменение расхода пара,

6.1.4) Мощность турбинной установки,

  1.  Расчет параметров турбины на долевом режиме

6.2.1) Давление пара перед ступенью на долевом режиме:

6.2.2) Температура пара перед ступенью на долевом режиме:

6.2.3) Располагаемый теплоперепад на номинальном режиме работы:

Где:  – энтальпия пара перед ступенью;

– энтальпия пара за ступенью

6.2.4) Располагаемый теплоперепад на долевом режиме работы:

Где:  – энтальпия пара перед ступенью на долевом режиме (определяется по I-S диаграмме);

6.2.5) КПД турбинной установки на номинальном режиме:

6.2.6) Мощность турбинной установки на долевом режиме:

6.2.7) Процентная потеря мощности турбины при понижении давления и температуры пара перед ступенью на 12%:

Вывод: при понижении параметров пара перед ступенью на 12% мощность ступени падает на 16,23%.

  1.  ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОЙ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ХАРАКТЕРНОЙ НИСПРАВНОСТИ – УВЕЛИЧЕННАЯ ВИБРАЦИЯ РОТОРА

Это явление может быть вызвано ненормальным осевым сдвигом или прогибом ротора, односторонним расширением корпусов ГТЗА, понижением температуры масла, поступающего на подшипники, обрывом лопатки, бандажа и другими причинами. При внезапном появлении вибрации и металлических звуков необходимо немедленно остановить турбоагрегат со срывом вакуума (для уменьшения времени выбега ротора), выяснить причину случившегося и устранить неисправность.

  1.  ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА РАБОТУ СПТУ

Изменение температуры забортной воды на 12%

Из всех внешних факторов, влияющих на мощность и экономичность паротурбинной установки, решающее значение имеет температура охлаждающей воды, которая может изменяться от 0 до 30°С, в то время как ее расчетные значения для современных СПТУ составляют 23—24°С.

В самом деле, при заданных начальных параметрах пара и Dт = const мощность паротурбинной установки зависит только от давления в конденсаторе рх, т. е. от температуры насыщения tx, которая в свою очередь связана с температурой охлаждающей воды соотношением (в °С)

, 

Где: t3.в — температура охлаждающей воды (забортной), °С;

t*— температурный напор в конденсаторе, °С.

При средних параметрах пара (рк = 4,5 МПа и  = 480°С) изменению давления рх на 0,001 МПа  соответствует приращение мощности приблизительно 1,0—1,5%.

На Рисунке 8.1 приведены типичные зависимости приращения мощности ГТЗА от давления в конденсаторе для отечественных серийных судов типа «Ленинский комсомол» и «София» при различном числе включенных групп сопл.

Рисунок 8.1 – Относительное приращение мощности турбины в зависимости от давления рх в конденсаторе: 1 — первая, вторая и третья группы сопл; 2первая и вторая группы сопл; 3 — первая группа сопл.

Очевидно, что относительное приращение располагаемого теплоперепада на турбоагрегат (мощности ГТЗА) за счет изменения вакуума в конденсаторе более существенно при низких начальных параметрах пара.

  1.  ОБСЛУЖИВАНИЕ ТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ НА РЕЖИМЕ

Снижение мощности СПТУ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58962. Особові займенники 371 KB
  Мета: Вчити розпізнавати особові займенники; визначати особу число відмінок займенників; формувати вміння користуватись відмінковими формами займенників в усному й писемному мовленні та влучно використовувати особові займенники; розвивати увагу мислення...
58963. Інтерактивний розвиток фантазії учнів 60 KB
  Освітні - спрямовані на активацію уяви та фантазії. Передбачають формування практичної діяльності, уміння аналізувати та інтерпретувати мистецькі твори та дитячі малюнки, навчатися споглядати їх різними способами: статичний - сприймати їх через внутрішній світ...
58964. Їде панна осінь на золотому коні 42 KB
  Організація класу до уроку Гайда діти у садок Любо там та мило Подивіться все навколо Осінь як змінила. Осінь. Осінь завітала до нас у гості.
58965. Матеріали до вивчення роману Габріеля Гарсіа Маркеса "Сто років самотності" 31.5 KB
  Довести до свідомості учнів задум письменника який полягає в осудженні індивідуалізму що зумовлює замкненість відірваність людини від реального часу отруює її життя гіркотою самотності. Актуалізація опорних знань Як ви розумієте слово самотність Звідки вона береться Чому виникає...
58966. Англомовні країни. Велика Британія 55.5 KB
  Respected quests! Our todays lesson is devoted to Great Britain. Its our final lesson on the topic. We are going to review the material we have already learnt and try to learn something new. Hope you will enjoy every minute of the lesson.
58967. Архітектурні споруди в казці 45.5 KB
  Завдання до уроку 1. Структура уроку І. Повідомлення теми завдань уроку й мотивація навчання 1 хв. Уведення до теми уроку методом створення ігрової ситуації уявної мандрівки у країну казок 8 хв.
58968. Біблія - памятка світової писемності 53 KB
  Мета: познайомити старшокласників з історією виникнення Біблії її історичним шляхом. Довести вічну цінність Біблії для всіх людей. Перші 39 книг близько три чверті Біблії складають Старий Заповіт визнаються за Святе Письмо іудаїзмом і християнством.
58969. Біблія на уроці фізики 47.5 KB
  культура є тими костилями яких потребує наша душа їх можна відкинути тільки після видужання А. Формувати у школярів справжню духовність можна лише тоді коли використовувати на уроці Святе Письмо Біблію. Далеко не всі події можна сприймати буквально. Якщо в Євангелії говориться наприклад про сліпого глухого або німого то під ним можна розуміти скажімо людину яка не бачить справ Господніх не чує Бога Слова не прославляє величі Його дій; під заскалкою або піщинкою в оці ближнього великий чи малий гріх; під світильником ...
58970. Біосинтез білка 37 KB
  Під час вивчення цієї теми в учнів часто виникають труднощі повязані з розумінням процесів транскрипції трансляції ролі рибосоми в утворенні молекули білка. Сформувати в учнів поняття генетичний код етапи біосинтезу білка реакції матричного синтезу.