Đồ án Tuabin nhiệt - Tính toán nhiệt tầng Tuabin hơi với hai trường hợp độ phản lực p = 0 và p = 0,2

Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 1 TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ĐỒ ÁN TUABIN NHIỆT Tính toán nhiệt tầng tuabin hơi với hai trường hợp độ phản lực  = 0 và  = 0,2 Giảng viên hướng dẫn : KS. Bàng Bích Sinh viên thực hiện : Vũ An Đức Chuyên ngành : Nhiệt điện Lớp : Đ5 – Nhiệt HÀ NỘI, 2014 Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 2 A. VẤN ĐỀ I I. Yêu cầu, nhiệm vụ Tính toán tầng xung lực của tuabin hơi, biết: Áp suất hơi mới vào tầng po= 12 bar Nhiệt độ hơi mới vào tầng to= 290 oC Áp suất hơi sau tầng p2= 9 bar Lưu lượng hơi vào tầng G= 128 kg/s Số vòng quay của tuabin n= 3000 v/p Độ phản lực = 0 II. Tính toán 1. Xây dựng quá trình nhiệt của tầng xung lực (= 0) trên đồ thị i-s - Từ Ao (giao điểm của đường đẳng áp po= 12 bar và đường đẳng nhiệt to= 290 oC) ta có được io= 3025 kJ/kg. - Từ A1t ( giao điểm của đường đẳng entropi kẻ qua Ao và đường đẳng áp p2= 9 bar) ta có được i1t= 2960 kJ/kg. Vì độ phản lực = 0 nên áp suất của hơi sau ống phun chính bằng áp suất hơi sau tầng p1  p2. Nhiệt giáng trên tầng: ho = io – i1t = 3025 – 2960 = 65 kJ/kg. 2. Xác định tốc độ hơi sau ống phun đoạn nhiệt (đẳng entropi) Ca= √ = √ = 360,555 m/s. 3. Lấy (chọn) góc α1 (góc vào cánh động) của tuabin ngưng hơi Chọn α1= 16 o. 4. Tính theo ηu max Chọn = 0,96 (hệ số tốc độ). α1= 16 o = = 0,461 5. Tính tốc độ vòng trên đường kính trung bình u = .Ca = 0,461.360,555= 166,216 m/s (bỏ qua tổn thất do ma sát đĩa). 6. Xác định đường kính trung bình d = = 1,058 m Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 3 7. Tốc độ hơi ra khỏi ống phun khi tính với = 0; C1t= Ca C1= .Ca = 0,96.360,555 = 346,1328 m/s 8. Dựng tam giác tốc độ vào khi có c1, α1 và u Dòng hơi qua ống phun, hơi giãn nở từ áp suất trước ống phun po đến áp suất p1, tốc độ của hơi tăng lên đến c1, hướng theo góc α1 so với vector tốc độ vòng u của cánh động. Do vậy dòng hơi ra khỏi cánh tĩnh và vào cánh động với tốc độ tương đối w1 xác định bằng : ⃗⃗⃗⃗ ⃗ = ⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗⃗ . Các vector tốc độ tuyệt đối ⃗⃗ ⃗, tốc độ vòng ⃗ và tốc độ tương đối ⃗⃗⃗⃗ ⃗ tạo thành tam giác tốc độ ở đầu vào các cánh động gọi là tam giác tốc độ vào. Góc tạo thành giữa w1 và u ký hiệu β1. Xác định tốc độ tương đối w1: w1 = √ = √ = 191,905 m/s Xác định góc β1: sin β1 = . sin = .sin16 = 0,497 Vậy β1 = 29,8 o 9. Góc ra của cánh động β2 = β1 – 3 o = 26,8o Hệ số tốc độ ψ = 0,89. 10. Tốc độ w2 w2 = ψ.w1 = 0,89.191,905 = 170,795 m/s. 11. Dựng tam giác tốc độ ra khi có w2, β2 và u β2 = 26,8 o w2 = 170,795 m/s u = 166,216 m/s Xây dựng tam giác tốc độ ra. Xác định c2: c2 = √ = √ = 78,229 m/s Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 4 Xác định góc : sinα2 = .sinβ2 = .sin26,8 = 0,984 Vậy α2 = 79,86 o 12. Xác định hiệu suất trên vành bánh động ηu = = = 0,8156 13. Xác định tổn thất trong ống phun hc hc= (1 - )(i0 – i1t) = (1 – 0,9216)(3025 – 2960) = 5,096 kJ/kg 14. Xác định tổn thất trong cánh động hL hL= (1 – ψ 2) = (1 – 0,7921) = 3,8282 kJ/kg 15. Xác định tổn thất tốc độ ra khỏi tầng hB = = = 3,06 kJ/kg Tính kiểm tra theo các tổn thất: = = 0,81563 Chênh lệch giữa ηu và là 0,00003 < 0,5%. Vậy các tính toán đạt yêu cầu. 16. Xác định chiều cao ống phun l1 = = = 0,101 m 17. Tính tổn thất hơi ma sát trên đĩa động hTB, ε = 1 (độ phun hơi với tầng giữa) hTB = , kJ/kg { NTB = λ(1,07d 2) = 1,2.(1,07.1,0582) Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 5 = 25,682 kW Vậy hTB = = = 0,201 kJ/kg 18. Tính tổn thất hơi rò rỉ qua khe hở hướng kính cho bộ chèn bánh tĩnh hyT hyT = h0, kJ/kg GyT = 316fs√ , kg/s Với:  = 0,74 khi Δ/δ = 1 Δ – chiều dày râu chèn, mm δ = 0,40mm – Khe hở hướng kính của bộ chèn bánh tĩnh fs = πdyδ – Diện tích hình vành khăn khe hở hướng kính vòng chèn bánh tĩnh có đường kính dy (lấy dy = 460mm); fs = 0,000579 z – số râu chèn, z = 9. v0 = 0,255 Vậy tính toán GyT = 0,348 kg/s. Vậy hyT = 0,177 kJ/kg. 19. Tính hiệu suất trong tương đối của tuabin ηoi ηoi = (*) hi = h0 – Ʃh = h0 – ( hC + hL + hB + hTB + hyT) = 65 – (5,096 + 3,8282 + 3,06 + 0,201 + 0,177) = 52,6378 Vậy ηoi = = 0,81 Hiệu suất trong tương đối của tầng tính theo công thức (*) có nghĩa là năng lượng tốc độ ra hB không được dùng cho tầng sau, trường hợp này là trường hợp đối với tầng sau cùng của tuabin. Còn đối với các tầng trung gian thì hB được sử dụng cho tầng sau. Vì vậy hiệu suất trong tương đối của các tầng trung gian được tính: Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 6 ηoi = = = 0,85 20. Tính công suất trong của tầng Ni = Ghi = 128.52,6378 = 6737,6384 kW 21. Tính chiều cao của cánh động l2 = = = 0,13m v2 tra theo đồ thị i-s trạng thái ở điểm A2 (v2 = 0,26 m 3/kg). B. VẤN ĐỀ II I. Yêu cầu nhiệm vụ Tính toán tầng xung lực có độ phản lực của tuabin hơi, biết: Áp suất hơi mới vào tầng: p0= 12 bar Nhiệt độ hơi mới vào tầng: t0= 290 Áp suất hơi sau tầng: p2= 9 bar Lưu lượng hơi vào tầng: G= 128 kg/s Số vòng quay của tuabin: n= 3000 v/ph Độ phản lực: ρ= 0,2 II. Tính toán 1. Xây dựng quá trình nhiệt của tầng tuabin khi biết p0, t0, p2, ρ trên đồ thị i-s, xác định nhiệt giáng trên ống phun của tầng. - Từ A0 (giao điểm của đường đẳng áp p0 = 12 bar và đường đẳng nhiệt t0 = 290 ) ta có được i0 = 3025 kJ/kg. - Từ A2t (giao điểm của đường đẳng entropi kẻ qua A0 và đường đẳng áp p2 = 9 bar) ta có được i2t = 2960 kJ/kg. Vậy nhiệt giáng trên tầng: h0 = i0 – i2t = 3025 – 2960 = 65 kJ/kg Độ phản lực ρ = = 0,2 Vậy nhiệt giáng trên cánh động h02 = ρ.h0 = 0,2.65 = 13 kJ/kg Nhiệt giáng trên ống phun h01 = h0 – h02 = 65 – 13 = 52 kJ/kg 2. Xác định tốc độ của hơi sau ống phun c1 = φ√ = 0,96√ = 309,59 m/s (φ= 0,96 theo vấn đề I) Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 7 ca = √ = √ = 360,555 m/s 3. Xác định ( )H Đối với tầng phản lực ( )H = 0,5 4. Tính tốc độ vòng u: u = ( )H. = 0,5.360,555 = 180,2775 5. Tính đường kính trung bình d = = 1,1477 m 6. Tính w1 và β1 Chọn α1 = 16 o Dựng tam giác tốc độ vào khi có c1, α1 và u. w1 = √ = √ = 145,072 m/s sin β1 = sinα1 = sin16o = 0,5882 Vậy β1 36 o 7. Tính tốc độ tương đối của hơi ra khỏi cánh động w2 = ψ√ = 0,92√ = 199,549 m/s 8. Xác định c2, α2 Chọn β2 = β1 – 5 o = 36o – 5o = 31o Dựng tam giác tốc độ ra khi biết w2, β2 và u. c2 = √ = √ = 103,189 m/s Sin α2 = sinβ2 = sin = 0,996 Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 8 Vậy α2 = 84,87 o 9. Tính hiệu suất trên vành cánh động theo tam giác tốc độ ηu = = = 0,79980 10. Tổn thất trong ống phun hC = (1 – φ 2).h01 = (1 – 0,96 2).52 = 4,0768 kJ/kg 11. Tổn thất trên cánh động hL = ( - 1) = ( – 1) = 3,613 kJ/kg 12. Tổn thất tốc độ ra hB = = 5,324 kJ/kg 13. Tổn thất ma sát với đĩa động Ta có NTB = λ.1,07d 2. = 1,2.1,07.1,14772 = 38,558 kW Vậy hTB = = = 0,301 kJ/kg 14. Tổn thất rò rỉ hơi qua khe hở hướng kính của bánh tĩnh Ta có GyT = 316μfs√ Với μ = 0,74 fs = 0,000579 z = 9 v0 = 0,255 Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 9 Vậy GyT = 316.0,74.0,000579√ = 0,348 Vậy hyT = h0 = 65 = 0,177 kJ/kg 15. Tính kiểm tra η’u η’u = = = 0,7997877 Hiệu giữa ηu và η’u là 0,00001 < 0,5% Vậy tính toán đạt yêu cầu. 16. Tính hiệu suất trong tương đối của tầng (với hB được tầng sau sử dụng hoàn toàn) ηoi = = = 0,86 17. Chiều cao chỗ ra ống phun L1 = = = 0,1061m 18. Chiều cao của cánh động l2 = = = 0,09m v’2 tra theo đồ thị i-s đối với trạng thái ở điểm A’2 (hơi ra khỏi cánh) – v ’ 2 = 0,26m3/kg. Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 10 MỤC LỤC A. VẤN ĐỀ I ........................................................................................................................ 2 I. Yêu cầu, nhiệm vụ ............................................................................................................ 2 II. Tính toán......................................................................................................................... 2 1. Xây dựng quá trình nhiệt của tầng xung lực (= 0) trên đồ thị i-s .........................................2 2. Xác định tốc độ hơi sau ống phun đoạn nhiệt (đẳng entropi)..................................................2 3. Lấy (chọn) góc α1 (góc vào cánh động) của tuabin ngưng hơi ................................................2 4. Tính theo ηu max ......................................................................................................2 5. Tính tốc độ vòng trên đường kính trung bình ........................................................................2 6. Xác định đường kính trung bình ...........................................................................................2 7. Tốc độ hơi ra khỏi ống phun khi tính với = 0; C1t= Ca .........................................................3 8. Dựng tam giác tốc độ vào khi có c1, α1 và u ..........................................................................3 9. Góc ra của cánh động .........................................................................................................3 10. Tốc độ w2..........................................................................................................................3 11. Dựng tam giác tốc độ ra khi có w2, β2 và u..........................................................................3 12. Xác định hiệu suất trên vành bánh động .............................................................................4 13. Xác định tổn thất trong ống phun hc ...................................................................................4 14. Xác định tổn thất trong cánh động hL..................................................................................4 15. Xác định tổn thất tốc độ ra khỏi tầng ..................................................................................4 16. Xác định chiều cao ống phun .............................................................................................4 17. Tính tổn thất hơi ma sát trên đĩa động hTB, ε = 1 (độ phun hơi với tầng giữa)........................4 18. Tính tổn thất hơi rò rỉ qua khe hở hướng kính cho bộ chèn bánh tĩnh h yT...............................5 19. Tính hiệu suất trong tương đối của tuabin ηoi ......................................................................5 20. Tính công suất trong của tầng ............................................................................................6 21. Tính chiều cao của cánh động ............................................................................................6 B. VẤN ĐỀ II....................................................................................................................... 6 I. Yêu cầu nhiệm vụ ............................................................................................................. 6 II. Tính toán......................................................................................................................... 6 1. Xây dựng quá trình nhiệt của tầng tuabin khi biết p0, t0, p2, ρ trên đồ thị i-s, xác định nhiệt giáng trên ống phun của tầng. .................................................................................................6 2. Xác định tốc độ của hơi sau ống phun ..................................................................................6 3. Xác định ( )H .................................................................................................................7 Vũ An Đức – Lớp Đ5 Nhiệt 11 4. Tính tốc độ vòng u: .............................................................................................................7 5. Tính đường kính trung bình .................................................................................................7 6. Tính w1 và β1 ......................................................................................................................7 7. Tính tốc độ tương đối của hơi ra khỏi cánh động ..................................................................7 8. Xác định c2, α2 ....................................................................................................................7 9. Tính hiệu suất trên vành cánh động theo tam giác tốc độ .......................................................8 10. Tổn thất trong ống phun ....................................................................................................8 11. Tổn thất trên cánh động.....................................................................................................8 12. Tổn thất tốc độ ra..............................................................................................................8 13. Tổn thất ma sát với đĩa động ..............................................................................................8 14. Tổn thất rò rỉ hơi qua khe hở hướng kính của bánh tĩnh.......................................................8 15. Tính kiểm tra η’u ...............................................................................................................9 16. Tính hiệu suất trong tương đối của tầng (với hB được tầng sau sử dụng hoàn toàn) ...............9 17. Chiều cao chỗ ra ống phun ................................................................................................9 18. Chiều cao của cánh động...................................................................................................9 MỤC LỤC ......................................................................................................................... 10