Построить процесс расширения пара в турбине с начальными параметрами P0 и t0

Рис. 7. Схема многоступенчатой паровой турбины:
1 – входной паропровод;
2 – направляющие лопатки турбины;
3 – рабочее колесо турбины;
4 – вал;
5 – выходной паропровод.
Паровые турбины делятся на активные и реактивные. В активной турбине потенциальная энергия водяного пара преобразуется в кинетическую в неподвижных сопловых устройствах и используется для создания полезной работы на рабочих лопатках турбины. Первую активную паровую турбину построил шведский инженер К. Лаваль в 1889 г. Турбина Лаваля представляла собой колесо с укреплёнными по ободу лопатками. Струя пара, выходя из сопел статора, давит на лопатки и вращает колесо (ротор). В реактивной турбине значительная часть потенциальной энергии водяного пара преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса (ротора), имеющих конфигурацию реактивного сопла. Реактивную паровую турбину изобрёл английский инженер Ч. Парсонс в 1884 г. Каждый ряд направляющих и рабочих лопаток называется ступенью турбины. В одноступенчатой турбине не удаётся достаточно полно использовать энергию пара, поэтому современные турбины строят многоступенчатыми. Проходя через многочисленные ряды лопаток, пар расширяется постепенно, и его кинетическая энергия переходит в механическую энергию вращения ротора более полно. При этом чем ниже давление, тем длиннее лопатки ротора.
По заданным давлению торможения на входе в турбину P0=24 МПа и температуре торможения T0=560 ℃ перегретого пара определяем энтальпию торможения, удельный объём и энтропию на входе в турбину (точка 0):
i0*=3382,2кДжкг ;
v0*=0,013675 м3кг.
s0=6,2495 кДжкг∙К;
Определяем параметры изоэнтропного расширения в турбине до заданного давления P1=3,3 МПа (точка 1_t)
s1_t=s0=6,2495 кДжкг∙К;
На пересечении изоэнтропы и изобары получаем точку 1t, в которой следующие параметры перегретого пара
i1_t=2855,8кДжкг ;
T1_t=254,65 ℃;
v1_t=0,06412 м3кг.
Определяем располагаемый теплоперепад изоэнтропного расширения в первой ступени:
∆h1_t=i0*-i1_t=3382,2-2855,8=526,40 кДжкг .
По заданной степени реактивности ρ=0,25 определяем распределение располагаемого теплоперепада между рабочим колесом и сопловым аппаратом первой ступени турбины:
∆h1_СА=1-ρ∙∆h1_t=0,75∙526,40=394,8 кДжкг .
∆h1_РК=ρ∙∆h1_t=0,25∙526,40=131,6кДжкг ;
По заданному КПД первой ступени рассчитываем действительный теплоперепад:
∆h1=η1∙∆h1_t=0,90∙526,40=473,76 кДжкг .
Определяем действительное значение энтальпии в точке 1:
i1=i0*-∆h1=3382,2-473,76=2908,4кДжкг>i1_t=2981,7кДжкг.
А так же остальные параметры перегретого пара:
s1=6,3475 кДжкг∙К>s0=6,2495 кДжкг∙К;
T1=272,06 ℃ > T1t=254,65 ℃;
v1=0,067748 м3кг>v1_t=0,064120 м3кг.
Таблица 7.1.
Расчетные параметры первой ступени турбины
точка T, ℃
p, МПа
v, м3кг
i, кДж/кг
∆h, кДж/кг
s, кДж/кгК
Степень сухости x
0 560 24,0 0,013675 3382,2
6,2495 —
1_t 254,65 3,3 0,064120 2855,8 526,40 6,2495 —
1 272,06 3,3 0,067748 2908,4 473,76 6,3475 —
Жирным шрифтом обозначены определяющие параметры, по которым рассчитываются все остальные.
Далее повторяем расчет для точек 2, 3, 4 и точки K — относящейся к параметрам в конденсаторе.
Результаты расчета представлены в Таблице 7.2.
Таблица 7.2.
Параметры водяного пара в ступенях турбины.
точка T, ℃
p, МПа
v, м3кг
i, кДж/кг
∆h, кДж/кг
s, кДж/кгК
Степень сухости x
0 560 24,0 0,013675 3382,2
6,2495 —
1_t 254,65 3,3 0,06412 2855,8 526,40 6,2495 —
1 272,06 3,3 0,067748 2908,4 473,76 6,3475 —
2_t 204,31 1,7 0,11522 2770,3 138,14 6,3475 0,98741
2 204,31 1,7 0,1163 2788,3 120,18 6,3852 0,99675
3_t 131,19 0,28 0,57058 2467,2 321,06 6,3852 0,88273
3 131,19 0,28 0,58586 2518,6 269,69 6,5123 0,90640
4_t 96,69 0,09 1,6003 2344,1 174,47 6,5123 0,85599
4 96,69 0,09 1,6276 2377,2 141,32 6,6017 0,87062
Kt
32,87 0,005 21,806 2012,3 364,95 6,6017 0,77366
K
32,87 0,005 22,740 2092,6 284,66 6,8641 0,80680
Конденсат начинает выпадать уже после второй ступени.
Степень сухости в i-ой точке находим по формуле:
xi=hi-h'ih''i-h'i,
где h''i и h'i- энтальпии на линии насыщения для сухого пара и кипящей жидкости при заданном давлении пара.
Определим давления в ступенях турбины при осуществлении нерегулируемого отбора пара после третьей ступени в размере 25% от расхода пара, поступающего в турбину