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

7 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

35201. ВОЗРАСТНАЯ ПСИХОЛОГИЯ КАК ОТРАСЛЬ СОВРЕМЕННОЙ ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ 326 KB
  Предмет структура и актуальные задачи возрастной психологии Возрастная психология изучает возрастную динамику развития психики онтогенез психических процессов и психологических качеств личности качественно изменяющегося во времени человека. Возрастная психология будучи фундаментальной теоретической дисциплиной дает представление об уровне психического и личностного развития человека соотнося его со статистическими возрастными нормами развития; анализирует влияние разнообразных факторов на развитие психики и личности; прогнозирует ход...
35202. Возрастная психология 377 KB
  Новорожденность Ребенок рождается и своим первым криком оповещает этот мир о своем появлении. Рождаясь ребенок физически отделяется от матери. Поскольку ребенок полностью сосредоточен на сосании эта реакция была названа âпищевым сосредоточениемâ. В дальнейшем когда ребенок научится схватывать предметы он уже будет лишен такой цепкости рук.
35203. ТЕОРИЯ ЯЭУ АЭС. ЦИКЛЫ 548 KB
  Влияние на КПД цикла Ренкина на перегретом паре: давления свежего пара. Сухость пара на выходе из турбины; Для цикла 2 у которого давление свежего пара выше значение Тср также выше следовательно и КПД выше ηtR=1T2 Tcp . Повышение давления свежего пара повышает КПД но увеличивается влажность пара на последней ступени турбины. температуры свежего пара.
35204. Що таке філософія 146.5 KB
  Світоглядце система поглядів людини на світ і місце в ньому людини. Ставлення людини до світуце безпосередній предмет ф. виконує такі функції: пізнавальна вона означає практичне і пізнавальне ставлення людини до світу і до самої себе як предмет філософського пізнання; світоглядна; методологічна. культурновиховна вона полягає в тому що сприяє культурному розвитку людини.
35205. Методические рекомендации по написанию рефератов по дисциплине «Концепции современного естествознания» 26.5 KB
  В результате выполнения реферативной работы студенты приобретают навыки самостоятельной работы с литературными источниками анализа научных текстов а также навыки подбора литературы по данной теме. В ходе написании реферата недопустимо использование готовых работ или их фрагментов а также написание работы с использованием только одного литературного источника. Тема для написания реферативной работы выбирается студентом из числа тем предложенных преподавателем. Допускается сдача рукописной работы однако в этом случае желательно чтобы она...
35206. ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕХАНИКА» 308 KB
  Какие силы образуют пару сил Две равные по модулю параллельные и направленные в противоположные стороны силы. Две силы приложенные к телу в одной точке Имеют равнодействующую равную векторной сумме этих сил и приложенную в этой же точке 10. Действие силы на абсолютно твердое тело не изменится если силу перенести самой себе в любую точку тела прибавляя при этом пару сил с векторным моментом равным моменту переносимой силы отно точки в котую она перносится 12. Тело под действием двух сил находится в равновесии если эти силы...
35207. Компьютерная графика и ее виды. Ответы 3.51 MB
  Разрешение изображения и его размер. Принципы формирования изображения на экране. Изображение: Рисунок графическая форма изображения в основе которой лежит линия. Визуализация создание изображения на основе описания модели некоторого объекта Обработка изображений IMAGE PROCESSING это преобразование изображений т.
35208. Графические информационные системы. Компьютерная графика 970.5 KB
  Тесты ориентации точки относительно полигона. Тесты ориентации точки относительно полигона. Тесты ориентации точки относительно полигона. Тесты ориентации точки относительно полигона.
35209. Умови експлуатації і показники роботи міськелектротранспорту. Особливості експлуатації трамвая і тролейбуса 18.42 KB
  Під умовами експлуатації пасажирського транспортна розуміють комплекс маркетингових, транспортних, природно-кліматичних та дорожніх факторів, істотних для розробки і прийняття, управлінських рішень при організації та управлінні перевезеннями.