Курсовая работа (т): Турбина паровая типа К–14–3,5

Турбина паровая типа К–14–3,5

Задание

Рассчитать и спроектировать многоступенчатую одноцилиндровую конденсационную паровую турбину с сопловым парораспределением по следующим исходным данным:

Номинальная мощность Nо =14 МВт.

Давление пара перед стопорным клапаном pо = 3,5 МПа.

Температура пара перед стопорным клапаном То = 705 К.

Давление пара в конденсаторе pк = 5,7 кПа.

Температура питательной воды ТПВ = 405 К.

Начальная энтальпия пара i0 = 3296,747 кДж/кг.

Данные из расчета тепловой схемы ПТУ:

Изоэнтропийный перепад энтальпий в турбине

Н0 = 1149,037 кДж/кг.

Расходы пара:

подводимого к турбине                                    G0 = 13,261 кг/с;

отбираемого на П1                                           G1 = 0,422 кг/с;

отбираемого на П2                                           G2 = 0,425 кг/с;

отбираемого на П3                                           G3 = 0,675 кг/с;

отбираемого на П4                                           G4 = 0,608 кг/с;

отводимого в конденсатор                               Gк = 11,128 кг/с.

Давление пара:

отбираемого на П1                                           р1 = 0,043 МПа;

отбираемого на П2                                           р2 = 0,117 МПа;

отбираемого на П3                                           р3 = 0,226 МПа;

отбираемого на П4                                           р4 = 0,368 МПа;

за последней ступенью турбины                      рк = 5,7 кПа.

Удельные расходы:

пара                                                                   d = 3,6 кг/кВт ч;

тепла                                                         q = 2542,339 ккал/кВт ч;

топлива                                                              b = 0,363 кг/кВт ч.

Относительный внутренний КПД турбины              hoi = 0,891.

Введение

Современная паротурбинная установка представляет собой сложный комплекс агрегатов, взаимно связанных технологическим процессом выработки тепловой и электрической энергии (или механической). Одним из эффективных средств повышения экономичности ПТУ является регенеративный подогрев питательной воды потоками пара, частично отработавшими в турбине и отбираемыми из ее проточной части в подогреватели (теплообменники). При таком способе преобразования энергии отводимый на подогрев пар совершает работу в турбине без потерь тепла в конденсаторе (холодном источнике), но с использованием его в цикле для повышения энтальпии питательной воды. Вследствие этого удельный расход топлива на выработку электроэнергии существенно снижается. Экономия топлива от применения регенерации при определенных условиях достигает 10%. В силу этого все современные ПТУ средней и большой мощности выполняются с регенеративным подогревом питательной воды, хотя при этом они становятся сложнее и дороже.

Экономия от регенерации возрастает с увеличением числа подогревателей. Однако прирост экономии замедляется по мере увеличения числа подогревателей.

Как показывают исследования, при заданном числе подогревателей и равном количестве протекающей через них питательной воды наибольшая экономия получается в случае приблизительно одинаковой величины подогрева во всех основных подогревателях.

Формирование проточной части представляет собой один из основных этапов проектирования многоступенчатой паровой турбины и является сложной технико-экономической задачей. При проектировании проточной части требуется спроектировать ее так, чтобы располагаемый перепад энергий был преобразован в механическую работу с максимальным коэффициентом полезного действия; чтобы турбина была надежной и долговечной, конструкция ее простой и технологичной, дешевой и малогабаритной.

1. Описание конструкции турбины типа К-14-3,5

Паровая турбина типа К-14-3,5 предназначена для привода генератора электрического тока мощностью 14 МВт. Частота вращения ротора совпадает со стандартной частотой генератора и равна 50 об/с.

Роторы турбины и генератора соединены между собой посредством упругой муфты.

Турбина одноцилиндровая и одновальная. Проточная часть включает двухвенечную ступень скорости, используемую в качестве регулирующей, а также 13 ступеней давления.

Корпус турбины литой. В паровой турбине запрессованы седла клапанов, внутри коробки на поперечной траверсе подвешены четыре регулирующих клапана. Паровая и сопловая коробки составляют одно целое. Коробка крепится фланцем к верхней половине корпуса. Все диски насадные и набираются на роторе с двух сторон.

Концевые периферийные уплотнения выполнены в виде гребешков, закрепленных в корпусе.

Корпус переднего подшипника соединяется с корпусом турбины в нижней части при помощи специального устройства, которое исключает возможность опрокидывания корпуса подшипника, так как оно располагается вблизи его опорной плоскости. Передний подшипник опорно-упорный со сферическим вкладышем. На крышке заднего подшипника установлено валоповоротное устройство. Регулирование гидравлическое. Колесо главного масляного центробежного насоса установлено на переднем конце вала турбины. Отборы пара на РППВ предусмотрены за 6, 8, 10 и 12 ступенями.

Все рабочие лопатки имеют бандаж, кроме последних четырех. Каждые два рабочих диска фиксируются на валу в осевом направлении стальными полукольцами, вставленными в канавки вала. Диафрагмы центруются с помощью радиальных штифтов.

2. Регулирующая ступень

ротор турбина давление скорость

2.1 Расчетный режим работы турбины

Расчётный режим работы турбины - один из основных факторов, определяющих размеры проточной части турбины и характеризующийся максимальным КПД преобразования энергии. В качестве расчётного принимается наиболее вероятный режим эксплуатации турбины в составе ПТУ, то есть такой режим, при котором турбина должна работать наибольшее число часов в году.

На практике паровые турбины малой и средней мощности значительную часть времени работают с нагрузкой меньше номинальной. Исходя из этого мощность турбины на расчетном режиме, которая называется расчетной или экономической, принимается равной:

.2 Частота вращения ротора турбины

Частота вращения ротора паровой турбины, предназначенной для привода генератора электрического тока, в большинстве случаев рассматривается как заданная величина. Для получения переменного электрического тока с частотой 50 Гц ротор двухполюсного генератора должен вращаться с частотой n = 3000 об/мин; (nc = 50 с-1).

Роторы турбины и генератора мощностью Nном >4 МВт целесообразно непосредственно соединять между собой, так как это упрощает конструкцию, снижает стоимость изготовления, повышает экономичность и долговечность, облегчает эксплуатацию турбогенератора. В таком случае ротор турбины должен иметь такую частоту вращения, что и ротор генератора.

2.3 Способ регулирования

В процессе эксплуатации паровой турбины вырабатываемая ею мощность в каждый момент времени должна равняться потребляемой. Это равенство мощностей достигается регулированием расхода пара через турбину при неизменных начальных и конечных параметрах пара или при изменяющемся начальном давлении пара. В соответствии с графиком нагрузки расход пара должен изменяться таким образом, чтобы турбина развивала требуемую мощность в пределах от нуля до номинальной.

Выбираем сопловое регулирование, так как весь поток пара отдельными частями протекает через последовательно включаемые регулирующие клапаны, каждый из которых осуществляет подвод пара только к своей группе сопел; применяется в турбинах, проектируемых для работы с большими колебаниями нагрузки: при малых расходах пара потери энергии меньше, чем при дроссельном регулировании.

.4 Регулирующая ступень

Проточная часть многоступенчатой паровой турбины с сопловым регулированием содержит первую, регулирующую и последующие нерегулируемые ступени. При других способах регулирования применяются только нерегулируемые ступени

Регулирующая ступень характеризуется тем, что при изменении нагрузки подвод пара к ней осуществляется через несколько открытых регулирующих клапанов, каждый из которых открывает доступ пара к самостоятельной (изолированной) группе сопел, а степень парциальности подвода пара e £ 0,8…0,96 и изменяются в процессе эксплуатации. В силу этого проходная площадь сопел (направляющего аппарата) регулирующей ступени турбины может изменяться, то есть регулироваться. В нерегулируемых ступенях площадь проходных сечений диафрагм остается постоянной, то есть не регулируется при изменении нагрузки турбины

.5 Проточная часть исходной двухвенечной ступени скорости

Применяем для нашей турбины КС-Б, которая имеет проточную часть более сложной конструкции, чем группа КС-А: периферийные и корневые обводы проточной части выполняются коническими, осевые и радиальные зазоры между ротором и статором снабжены развитой системой осевых и радиальных уплотнений. В силу этого двухвенечные ступени КС-Б обладают более высокой экономичностью, при том незначительно изменяющуюся при переменных режимах работы, но они менее технологичные и более дорогие. Поэтому применение их предпочтительно для турбин мощностью свыше 12000 кВт. Основные конструктивные параметры проточной части двухвенечной ступени скорости типа КС - Б представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные конструктивные параметры проточной части двухвенечной ступени скорости типа КС-Б

2.6 Тепловой расчет двухвенечной ступени скорости

) Расход пара (из расчета тепловой схемы)

) Частота вращения ротора турбины

) Параметры пара перед соплами:

а) давление

б) температура

То=705,000 К;

в) энтальпия

i0 = 3296,747 кДж/кг.

) Тип ступени - двухвенечная КС-Б.

) Отношение скоростей

) Средний диаметр

d = 1,1 м.

) Окружная скорость

) Условная скорость

) Изоэнтропийный перепад энтальпий

) Параметры пара за ступенью (по h0 в i,s - диаграмме):

а) давление p2I = 1,445 МПа;

б) удельный объем

) Отношение давлений:

) Давление пара в критическом сечении:

) Критический тепловой перепад

 (по i,s - диаграмме).

) Удельный объем пара в критическом сечении

 (по i,s - диаграмме).

) Скорость пара в критическом сечении

) Площадь проходных сечений

) Синус угла

) Произведение

19) Путем компьютерного моделирования выбираем оптимальную степень парциальности e (см. табл. 2).

Степень парциальности принимаем e = = 0,198.

Таблица 2 - Выбор оптимального значения степени парциальности