Курсовой проект - Расчет турбопривода ПН к турбоустановке Т-250-300
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Кафедра «Тепловые электрические станции»
Курсовой проект
По дисциплине “Турбины ТЭС и АЭС”
Тема: Расчет турбопривода ПН к турбоустановке Т-250/300-300
Гр. 106…
Исполнитель:
Руководитель: Балабанович В.К
МИНСК
2
Содержание.
1.Ведение. ......................................................................................................................... 3
2. Описание турбопривода............................................................................................... 4
3. Определение расхода пара на основную турбину и турбопривод. ........................... 6
4.Рассчет числа ступеней турбопривода. ........................................................................ 9
5.Расчет проточной части турбопривода. ..................................................................... 11
5.1.Расчет первой ступени турбопривода. .................................................................... 11
5.2. Расчет второй ступени турбопривода. ................................................................... 14
5.3.Расчет последней ступени турбопривода. .............................................................. 17
6.Прочностные рассчеты. .............................................................................................. 19
6.1. Расчет на прочность рабочей лопатки последней ступени. .................................. 19
6.2. Расчет вала на критику............................................................................................ 19
6.3. Расчет вала на прочность. ....................................................................................... 20
7. Технико-экономические показатели турбоустановки Т-250/300-300. .................... 21
8. Описание принятой схемы регулирования. .............................................................. 22
9. Пуск турбоустановки. ................................................................................................ 23
10. Приложение 1.Программа расчета турбинной ступени от конечных
параметров. ..................................................................................................................... 25
12. Литература. ............................................................................................................... 27
3
1.Ведение.
Для привода питательных насосов ПТУ тратится значительное количество энергии(3.7-4%
номинальной мощности ПТУ).Поэтому уменьшение затрат энергии на привод питательного
насоса путем соответствующего выбора двигателя имеет большое значение. Для турбоустановок
небольшой мощности и на умеренные параметры пара для привода питательного насоса
используют электрический двигатель переменного тока . Основным достоинством электрического
привода является простота его эксплуатации, особенно в том случае, когда роторы насоса и
электродвигателя связаны жестко. В этом случае регулирование расхода питательной воды
осуществляется частично отключением отдельных насосов, частично регулирующим питательным
клапаном котла путем дросселирования. С повышением начальных параметров такой путь
регулирования становится нецелесообразным, поэтому регулирование расхода питательной воды
стали производить изменением частоты вращения насоса с помощью гидромуфты. Введение
гидромуфты значительно повышает экономичность при частичных нагрузках и надежность
питательной арматуры, но в то же время значительно снижает основное преимущество
электропривода –его простоту. Решающим обстоятельством для перехода к турбинному приводу
питательных насосов явился дальнейший рост параметров и единичной мощности блока. Расчеты
и практика показали, что при мощности 300 МВт и выше турбинный привод питательных насосов
предпочтительнее. При использовании паровой турбины для привода насоса проблема получения
повышенной переменной частоты вращения сильно облегчается, так как отпадает необходимость в
гидромуфте. Наоборот, повышенная частота вращения позволяет создать очень компактную
приводную турбину. Большим достоинством турбопривода является его независимость от
внешней электрической сети. Приводная турбина должна питаться из отбора главной турбины,
ибо в противном случае это будет равносильно установке на станции дополнительной турбины
малой мощности , что неоправданно. Приводную турбину можно выполнять с противодавлением
и направлять отработавший пар обратно в главную турбину или регенеративный подогреватель. В
этом случае турбина будет простой и дешевой, однако она не сможет работать, если не работает
главная турбина. Поэтому параллельно с турбопитательным агрегатом необходимо устанавливать
питательный насос с электроприводом, который будет работать при пусках, когда основная
турбина не работает. Приводная турбина работает при переменной частоте вращения, что
вызывает большие вибрационные нагрузки лопаточного аппарата. Поэтому ее лопатки
приходиться выполнять с увеличенными хордами и большим количеством проволочных связей. В
приводных турбинах целесообразно применять дроссельное парораспределение с полным
открытием клапанов на номинальном режиме. Приводная турбина хотя имеет и меньшую
мощность, чем главная турбина, тем не менее часто работает в более тяжелых условиях, чем
главная. Поэтому она снабжена системой защиты, имеющей практически все элементы,
содержащиеся в системе защиты главной турбины.
4
2. Описание турбопривода.
В данном курсовом проекте будет проектироваться турбопривод для турбоагрегата
Т-250/300-300 с двумя промперегревами до 650 °С. Турбопривод принят с противодавлением, на
базе турбопривода ОР-12 ПМ. Пар из нерегулируемого отбора проходит стопорный клапан и
двумя дроссельными регулирующими клапанами подается в паровую кольцевую коробку. После
расширения в семи ступенях при давлении 0.775 ата направляется в паропровод нерегулируемого
отбора.
Диски ротора откованы заодно с валом и имеют разгрузочные отверстия для уменьшения
осевого усилия. Корпус турбины – литой, из четырех частей, соединяемых горизонтальным и
вертикальными разъемами. Сопловой аппарат первой ступени прикреплен непосредственно к
корпусу. Диафрагмы остальных ступеней установлены в расточках корпуса. Все диафрагмы
имеют козырьки для установки надбандажных уплотнений рабочих лопаток. Все диафрагмы –
сварные. Корпус турбины опирается на корпуса подшипников посредством лап, являющихся
продолжением нижних фланцев. Между лапами и опорными поверхностями установлены
поперечные шпонки.
В корпусе переднего подшипника размещен опорно-упорный подшипник, причем упорный
диск используется также в качестве датчика частоты вращения. На крышке корпуса установлен
блок регулирования, в том числе сервомотор, перемещающий тяги привода регулирующих
клапанов. В корпусе заднего подшипника расположены второй опорный подшипник и муфта,
соединяющая ротор турбины с ротором питательного насоса. Нижняя половина корпуса
подшипника отлита заодно с корпусом турбины. Центровка корпусов переднего подшипника и
турбины, а также корпуса турбины и задней опоры производится вертикальными шпонками.
Задняя опора закреплена на фундаменте неподвижно. Корпус переднего подшипника установлен
на двух гибких опорах, которые могут изгибаться в продольном направлении при тепловых
расширениях корпуса.
При неработающей главной турбине и ее нагрузках до 30% питание котла водой
обеспечивает насос, приводимый электродвигателем через редуктор и гидромуфту. При нагрузках
блока свыше 30% это осуществляет турбопитательный агрегат. При установившемся режиме
работы турбоустановки, когда расход питательной воды незначительно отличается от расхода
пара через стопорный клапан главной турбины, система регулирования турбины поддерживает
частоту вращения постоянной, как и в обычной турбине с противодавлением при ее работе по
электрическому графику. Для изменения частоты вращения турбонасоса при изменившейся
нагрузке турбины используются два импульса, один из которых зависит от расхода пара через
главную турбину, а второй – от расхода воды через питательный насос. Такими импульсами
являются давление пара в камере регулирующей ступени основной турбины и давление
питательной воды после ПВД, отражающее расход питательной воды. Регулятор
производительности турбонасоса сравнивает поступающие сигналы и вырабатывает суммарный
5
сигнал, перемещающий трансформатор давления. Смещение золотника трансформатора давления
приводит в работу дальнейшие звенья, вызывая перестановку регулирующих клапанов приводной
турбины в той степени, в какой это необходимо для сбалансирования расхода питательной воды и
расхода пара через главную турбину.
Система защиты включает бойковый автомат безопасности, реле падения давления смазки
подшипников, дистанционный и местный выключатели, обеспечивающие посадку стопорного
клапана в аварийных ситуациях. Специальное реле в этом случае подает импульс на закрытие
регулирующих клапанов.
6
3. Определение расхода пара на основную турбину и турбопривод.
Для определения расхода пара на главную турбину сравним процесс расширения в данной
турбине с процессом расширения турбины Т-250/300-240 , найдем общие теплоперепады и,
составив пропорцию, определим требуемый расход:
Рис.1. Процесс расширения в турбине Т-250/300-240.(Размерности: энтальпии в кДж/кг,
давления в кгс/см
2
)
Давления в первом и втором промперегревах для турбины Т-250/300-300 определим по
следующим формулам:
Р
ПП1
=(0.25-0.3)⋅Р
0
=81 ата
Р
ПП2
=(0.06-0.09)⋅Р
0
=22.5 ата
t
0
=545 C
P
K
=0.05
i=3320
i=2840
i=3540
i=2204
7
Рис.2. Процесс расширения в турбине Т-250/300-300.(Размерности: энтальпии в кДж/кг,
давления в кгс/см
2
)
После определения теплоперепадов в каждой турбине,получили:
Для Т-250/300-240 H
0
=1816 кДж/кг
Для Т-250/300-300 H
0
Р
=2348 кДж/кг
Составим пропорцию:
P
Р
D
D
Н
Н
0
0
0
0
=
отсюда выразим D
0
P
-искомый расход пара на турбину Т-250/300-300, когда расход
пара на турбину Т-250/300-240 D
0
P
=980 т/ч
760
2348
9801816
0
00
0
=
⋅
=
⋅
=
D
HH
D
P
P
т/ч
Мощность турбопривода рассчитаем по следующей формуле:
ТП
МН
ВВСНАГНПВ
ТП
vррD
N
ηη ⋅⋅
⋅
−
⋅
=
6.3
)(
здесь (р
НАГН
-р
ВС
)=1.3⋅р
0
-требуемый напор перед котлом
η
Н
=0.78 – КПД питательного насоса, принят
η
М
ТП
=0.975 –механический КПД турбопривода, принят
t
0
=650 C
i=3600
i=3760
i=3812
i=3180
i=3296
i=2348
P
K
=0.035
8
тогда мощность турбопривода:
6.12
975
.
0
78
.
0
6
.
3
0014.06.303.110760
3
=
⋅
⋅
⋅⋅⋅⋅
=
−
ТП
N МВт, примем N
ТП
=13 МВт
Расход пара на турбопривод определится из следующего выражения:
D
ТП
⋅(i
ТП1
-i
ТП2
)=3600⋅N
ТП
где i
ТП1
и i
ТП2
энтальпии пара на входе в турбопривод и на выходе из
него, соответственно.
9.61
2540
3296
10133600
3
=
−
⋅⋅
=
ТП
D т/ч
теплоперепад на турбопривод:
H
0
ТП
=i
ТП1
-i
ТП2
=3296-2540=726 кДж/кг
9
4.Рассчет числа ступеней турбопривода.
Турбопривод проектируется на частоту вращения n=6000 об/мин, начальное и конечное
давление Р
НАЧ
=22,5 ата и Р
КОН
=0,775 ата соответственно.
Средний диаметр первой ступени примем d
1
= 0.6 м.
Тогда окружная скорость 4.1881006.014.3
1
=⋅⋅=⋅⋅= ndU π м/с
Оптимальное отношение U/C
0
для первой ступени примем 0.48, тогда
C
0
=U/0.48=392.5 м/с
Теплоперепад на ступень:
03.77
2
2
0
0
==
C
h кДж/кг
Задавшись ρ=0.1 рассчитаем теплоперепад на сопла:
3.69)1(
001
=⋅−= hh ρ кДж/кг
Зная сопловой теплоперепад, теоретическая скорость выхода из сопел:
3.3722
011
=⋅= hC
t
м/с
Определив из is-диаграммы удельные объемы за соплами v
1t
=0.16 м
3
/кг и за рабочими
лопатками v
2t
=0.166 м
3
/кг, а также зададимся углом входа в рабочую решетку α
1
=12 °,
коэффициентом ϕ=0.96 вычислим высоту сопловой лопатки:
02.0
208.096.03.3726.014.3
16.02.17
sin
111
1
1
=
⋅⋅⋅⋅
⋅
=
⋅⋅⋅⋅
⋅
=
αϕπ
t
t
Cd
vG
l м
Приняв перекрышу ∆l= 2 мм , определим высоту рабочей лопатки:
022.0002.002.0
12
=+=∆+= lll мм
Рассчитаем длину лопатки последней ступени. Используем уравнение неразрывности для первой и
последней ступени:
D
1
v
2t
1
=πd
1
l
2
(1)
c
2
sinα
2
D
2
v
2t
z
=πd
z
l
2
(z)
c
2
z
sinα
2
Разделив одно уравнение на другое, получим:
v
2t
1
/v
2t
z
= d
1
l
2
(1)
/(d
z
l
2
(z)
)
т.к. α
2
=90
0
, с
2
=c
z
, D
1
=D
z
Корневой диаметр для первой ступени:
d
k
=d
1
-l
2
(1)
Корневой диаметр для последней ступени:
D
k
=d
z
-l
2
(z)
Следовательно d
1
-l
2
(1)
= d
z
-l
2
(z)
, отсюда
l
2
(z)
= d
z
- d
1
+l
2
(1)
()(1)
()(1)
212
212
(1)()
22
z
z
t
z
t
vdl
ldl
vl
=−+
10
()(1)
()(1)
212
212
(1)()
22
z
z
t
z
t
vdl
ldl
vl
=−+
обозначим l
2
(z)
как х, тогда
()(1)
2(1)
212
12
(1)
2
()0
z
t
t
vdl
xdlx
v
−++=
После подстановки значений, найдя v
2t
(Z)
=2.35 м
3
/кг получим значение l
2
(Z)
=0.222 м, тогда средний
диаметр последней ступени:
d
2
=d
1
-l
2
(1)
+l
2
(Z)
=0.6-0.022+0.222=0.8 м
Окружная скорость последней ступени:
2.2511008.014.3
2
=⋅⋅=⋅⋅= ndU π м/с
Оптимальное отношение U/C
0
для последней ступени примем 0.53, тогда
C
0
=U/0.53=473.9 м/с
Теплоперепад на ступень:
3.112
2
2
0
0
==
C
h кДж/кг
Средний по ступеням теплоперепад найдем как среднеарифметическое двух теплоперепадов
рассчитанных выше:
7.94
2
3.11203.77
2
)(
0
)1(
0
)(0
=
+
=
+
=
Z
СР
hh
h кДж/кг
Предварительное количество ступеней:
6.7
7.94
726
)(0
===
СР
ТП
ПРЕДВ
h
H
Z ,т.е. 8 ступеней
Коэффициент возврата теплоты определится как:
036.0
8
7726)8.01(1028.0
)1()1(1028.0
3
3
=
⋅⋅−⋅⋅
=
−⋅⋅−⋅⋅
=
−
−
ПРЕДВ
ПРЕДВТПoi
t
Z
ZH
q
η
Уточненное количество ступеней:
9.7
7.94
)036.01(726)1(
)(0
=
+
⋅
=
+
⋅
=
СР
tТП
h
qH
Z следовательно примем Z=8 ступеней