Построение процесса расширения пара в турбине в is-диаграмме

Вариант №9

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Номинальная мощность турбоагрегата

На клеммах электрогенератора…………………….. N _э (135 МВт);

Начальное давление пара…………………………... Р _о (10,5 МПа);

Начальная температура пара…………………………… t _o (540°С);

Температура промежуточного перегрева…………… t _п.п (540°С);

Конечное давление пара………………………. Р _к (0,00346 МПа);

Температура питательной воды……………………… t _п.в (227°С);

Давление в деаэраторе…………………………… P _д (0,685 МПа).

ПОДБОР ПРОТОТИПА И СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ

По заданным значениям номинальной мощности агрегата; начального давлении Р _о и начальной температуры t _o подбирается прототип турбоустановки, имеющей значения параметров, близкие к заданным. Для примера в качестве прототипа выбирается агрегат К-160-130. Принципиальная тепловая схема для теплового расчета этого агрегата приведена на рисунке:

ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПАРА В ТУРБИНЕ В is-ДИАГРАММЕ

Построение осуществляется следующим образом:

1. По начальным параметрам Р _о и t _o находим точку О в i s-диаграмме и энтальпию i _о в этой точке, i _о = 3475 кДж/кг.

2. Определяем давление перед проточной частью турбины Р _о ', приняв потери давления в паровпускных органах ∆ Р = 0,03 Р _о из рекомендуемого диапазона ∆ Р = (0,03—0,05) Р _о:

∆ Р = 0,03 · 10,5 = 0,315 МПа;

Р _о ' = Р _о — ∆ Р = 10,5 — 0,315 = 10,185 МПа.

3. Считая процесс дросселирования в паровпускных органах изоэнтальпийным, строим его в i s-диаграмме отрезком горизонтали до пересечения в точке О' с изобарой Р _о ' = 10,185 МПа. Затем определяем t _o' = 535°С.

4. Принимаем, что турбина имеет сопловое распределение, характерное для современных конденсационных турбин мощностью ниже 1000 МВт.

Регулирующую ступень выполняем одновенечной: располагаемый теплоперепад на ней принимаем равным h _o^р.с= 100 кДж/кг из рекомендуемого для расчета диапазона h _o^р.с = 80 – 120 кДж/кг; относительный внутренний КПД ступени принимаем равным η _о _i ^р.с = 0,72 из рекомендуемого для расчета диапазона η _о _i ^р.с = 0,68 – 0,74.

Действительный теплоперепад, срабатываемый в регулирующей ступени,

h_i^р ^.с = h _o^р.с · η _о _i ^р.с = 100 · 0,72 = 72 кДж/кг.

Для построения процесса расширения пара в регулирующей
ступени из точки 0' i s-диаграммы по вертикали откладываем отрезок, равный h _o^р.с = 100 кДж/кг. Точка вертикали 1_ид, в которой i _1ид = i _о - h _o^р.с= 3475— 100 = 3375 кДж/кг, определяет изобару давления за регулирующей ступенью: P _р.с = 8 МПа.

Откладывая из точки 0' на этой же вертикали отрезок, равный h_i^р ^.с = 72 кДж/кг и проводя через конец его изоэнтальпу i ₁= i _о - h_i^р ^.с= 3475 - 72 = 3403 кДж/кг до пересечения с изобарой P _р.с = 6,3 МПа, получаем точку 1, соответствующую окончанию действительного (с учетом потерь) процесса расширения пара в регулирующей ступени. В точке 1:

P ₁ = P _р.с = 8 МПа, i = 3403 кДж/кг, t ₁ = 500 °С

Действительный процесс расширения пара b регулирующей ступени изображается отрезком прямой, соединяющей точки 0' и 1.

5. Давление за ЦВД определяется в результате решения вариационной технико-экономической задачи. В расчете принимаем

P '_пп = Р _о = · 10,5 = 1,75 МПа.

6. Строим изоэнтропный процесс расширения пара в ЦВД.
Опуская вертикаль из точки 1 до пересечения с изобарой P '_пп= 1,75 МПа в точке 2_ид, находим i _2ид = 2995 кДж/кг и располагаемый теплоперепад в ЦВД:

h _o^ЦВД = i ₁ - i ₂_ид = 3475 – 2995 = 480 кДж/кг.

7. Задаемся величиной относительного внутреннего КПД ЦВД
η _о _i ^ЦВД = 0,81 из рекомендуемого диапазона η _о _i ^ЦВД = 0,80 - 0,83 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦВД:

h_i^ЦВД = h _o^ЦВД η _о _i ^ЦВД = 480 · 0,81 = 388,8 кДж/кг.

8. В i s-диаграмме находим точку 2, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦВД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₂= i ₁- h_i^ЦВД = 3475 - 388,8 = 3086,2 КДж/кг с изобарой давления за ЦВД P '_пп = 1,75 МПа.

Действительный процесс расширения пара в ЦВД изобразится отрезком прямой, соединяющей точки 1 и 2.

9. Определяем давление P ''_пп на входе в ЦСД, приняв потери
давления в системе промежуточного перегрева равными 10%:

P ''_пп = 0,9 P '_пп = 0,9 · 1,75 = 1,575 МПа.

10. По давлению P ''_пп = 1,575 МПа и заданной температуре промперегрева t _п.п = 540°С определяём на i s-диаграмме точку 3, соответствующую состоянию пара перед ЦСД. В точке 3 i ₃ = 3560 кДж/кг.

11. Давление на входе в проточную часть ЦСД Р _вх^ЦСД определяется как разность давления P ''_пп на входе в ЦСД и потерь давления ∆ Р _вх^ЦСД в дроссельно-отсечных клапанах перед ЦСД, которые принимаются равными ∆ Р _вх^ЦСД = 0,025 P ''_пп из рекомендуемого диапазона ∆ Р _вх^ЦСД = (0,02—0,03) P ''_пп

12. Точка 3', соответствующая состоянию пара на входе в проточную часть ЦСД, определяется пересечением изоэнтальпы i ₃ = 3560 кДж/кг с изобарой Р _вх^ЦСД = 1,53 МПа, t ₃= 535°С.

13. Выбираем давление на выходе из ЦСД Р₄, равное давлению Р _пер.тр на входе в перепускные трубы из ЦСД в ЦНД: Р ₄ = Р _пер.тр = 0,23 МПа из рекомендуемого диапазона Р _пер.тр = 0,20 - 0,25 МПа.

14. Строим из точки 3' изоэнтропный процесс расширения пара в ЦСД и находим конечную точку 4_ид этого процесса как точку пересечения вертикали из точки 3' с изобарой Р ₄ = 0,23 МПа. В точке 4_ид i _4ид = 2990 кДж/кг.

15. Определяем располагаемый теплоперепад в ЦСД:

h ₀^ЦСД = i ₃ - i ₄_ид = 3560 – 2990 = 570 кДж/кг.

16. Задавшись относительным внутренним КПД ЦСД η _о _i ^ЦСД = 0,91 из рекомендованного диапазона η _о _i ^ЦСД = 0,9 - 0,92, определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦСД:

h_i ^ЦСД= h ₀^ЦСД η _о _i ^ЦСД = 570· 0.91 = 518,7 кДж/кг.

17. Находим в i s-диаграмме точку 4, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦСД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₄ = i ₃- h_i ^ЦСД = 3560 – 518,7 = 3041,3 кДж/кг с изобарой P ₄ = 0,23 МПа.

18. Строим действительный процесс расширения пара в ЦСД, соединяя отрезком прямой линии точки 3' и 4.

19. Процесс расширения пара в ЦНД определяем исходя из того, что давление на входе в ЦНД равно давлению на выходе из ЦСД: P ₄ = 0,23 МПа, а давление на выходе из ЦНД равно давлению в конденсаторе P _к = 0,00346 МПа.

Определяем в i s-диаграмме точку 5_ид, соответствующую окончанию идеального процесса расширения пара в ЦНД, как точку пересечения изоэнтропы, проходящей через точку 4, с изобарой P _к = 0,00346 МПа. В этой точке i _5ид = 2330 кДж/кг.

20. Располагаемый теплоперепад в ЦНД:

h ₀^ЦНД = i ₄ – i ₅_ид = 3041,3 – 2330 = 711,3 кДж/кг.

21. Задаемся относительным внутренним КПД ЦНД η _о _i ^ЦНД= 0,78 из рекомендуемого диапазона η _о _i ^ЦНД = 0,75–0,80 и определяем действительный теплоперепад, срабатываемый в ЦНД:

h_i ^ЦНД= h ₀^ЦНД η _о _i ^ЦНД = 711,3 0,78 = 554,8 кДж/кг.

22. Находим в i s-диаграмме точку 5, соответствующую окончанию действительного процесса расширения в ЦНД, как точку пересечения изоэнтальпы i ₅ = i ₄- h_i ^ЦНД = 3041,3 – 554,8 = 2486,5 кДж/кг с изобарой P _к = 0,00346 МПа. Степень сухости в этой точке х ₅ = 0,97.