Объект исследования и система измерений

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 1

“Исследование характеристик турбинной ступени”

по дисциплине “Турбомашины АЭС”

вариант задания №17

 

Выполнил студент гр. 5012	Ткаченко И.Г.
Проверил ассистент	Лавриненко С.В.

 

 

Томск 2014

Содержание

Цель работы 3

Объект исследования и система измерений 4

Порядок выполнения работы 7

Рисунок процесса 9

Экспериментальная часть 10

Обработка результатов измерений 11

Графики искомых зависимостей 19

Пример расчета 21

Вывод 24

Список литературы 25

 

Цель работы

Целью работы является расчетное исследование характеристик турбинной ступени , с помощью ПК, а также построение и анализ соответствующих графических зависимостей.

Здесь - относительный лопаточный КПД турбинной ступени, - относительный внутренний КПД турбинной ступени, - окружная скорость движения рабочих лопаток, - фиктивная скорость.

При выполнении работы проводится две серии опытов:

· в первой серии меняется частота вращения ротора , постоянными остаются давление и температура пара перед ступенью , давление пара за ступенью ;

· во второй серии опытов меняется давление пара за ступенью , постоянными величинами остаются , , .

После выполнения работы и изучения соответствующих разделов рекомендованной литературы студент должен уметь:

· объяснить характер изменения и в зависимости от ;

· указать какая из потерь энергии в ступени играет определяющую роль;

· ответить на вопрос почему и под влиянием каких параметров меняется расход пара через ступень.

Вторая часть лабораторной работы заключается в расчетном определении коэффициентов потерь энергии сопловой и рабочей решеток и соответствующих скоростных коэффициентов (, ).

Для сопловой решетки дополнительно может быть построен график изменения коэффициента потерь энергии в зависимости от числа Маха. Последнюю зависимость можно получить меняя давление за ступенью при постоянных параметрах пара перед ступенью.

 

Порядок выполнения работы

На студенческом диске, ориентировочно в каталоге E:\LAB_KAF\... находятся моделирующие программы lr_0.exe или lr_ct_0.exe, позволяющие рассчитывать характеристики турбинной ступени в широком диапазоне варьируемых параметров.

Студенты на основании заданного набора исходных данных (номер ступени, параметры пара , , ; частота вращения ротора ), используя указанные программы выполняют серийные расчеты, варьируя необходимые исходные данные. Результаты расчетов автоматически сохраняются в файл результатов с именем Name.dat и выдаются на терминал по окончании каждого расчета. Файл результатов содержит следующие данные:

- частоту вращения ротора , 1/с;

- начальные температуру торможения пара ,⁰C и давление торможения пара , МПа. При равенстве нулю скорости пара на входе в сопла параметры торможения на входе в сопла будут равны соответствующим статическим параметрам: статическому давлению , МПа, статической температуре ,⁰C;

- конечное давление пара , МПа;

- массовый расход пара через ступень , кг/с;

- внутреннюю мощность ступени , кВт;

- статическое давление пара за соплами , МПа;

- давление пара за соплами по параметрам торможения , МПа;

- температуру пара за соплами по параметрам торможения ,⁰C;

- статическое давление пара за ступенью , МПа;

- давление пара по параметрам торможения за ступенью , МПа;

- температуру пара по параметрам торможения за ступенью ,⁰C;

- углы выхода потока из сопел , град. и из рабочих лопаток , град.

Количество опытов в каждой серии и пределы изменения параметров-аргументов необходимо согласовать с преподавателем.

В файл результатов также выдаются следующие характеристики исследуемой ступени:

- средний диаметр ступени , м;

- выходные высоты сопловой решетки , м и рабочей решетки , м;

- угол выхода потока из сопловой решетки , град.;

- угол выхода потока из рабочей решетки , град.;

- хорды профилей сопловой и рабочей решеток, м;

- число гребней уплотнения ;

- диаметр, на котором выполняются диафрагменные уплотнения , м.

 

 

Рисунок 2. Процесс расширения пара в турбинной ступени в hs-диаграмме

 

 

Экспериментальная часть

Таблица №1 – Характеристики ступени.

 

№	Dcp, м	LC, м	LP, м	α 1, гр	β2, гр	bC, м	bP, м	zy, шт	Dy, м
	0.960	0.1610	0.1650	20.0	20.0	0.100	0.050		0.50

 

Результаты опытов

Таблица №2 - Протокол эксперимента 1 серии опытов.

№	n, 1/с	t0, 0С	P0, МПа	P2, МПа	G, кг/с	Ni, кВт	P1, МПа
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,866
		559,2	1,95	1,78	156,9		1,845
		560,1	1,97	1,78	156,9		1,864
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,867
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,866

 

№	P1TOP, МПа	t1TOP, 0С	P2cp, МПа	P2TOP, МПа	t2TOP, 0С	α 1, гр	α 2, гр
	1,957	560,3	1,78	1,798	545,1		63,14
	1,94	559,3	1,78	1,826	549,3		29,88
	1,954	560,2	1,78	1,801	546,2		48,74
	1,957	560,3	1,78	1,796			74,51
	1,956	560,3	1,78	1,795			81,99

 

Таблица №3 - Протокол эксперимента 2 серии опытов.

№	n, 1/с	t0, 0С	P0, МПа	P2, МПа	G, кг/с	Ni, кВт	P1, МПа
		559,8	1,98	1,69	187,6		1,819
		560,3	1,98	1,74	172,6		1,847
		560,3	1,98	1,76			1,857
		560,2	1,97	1,79	152,7		1,871
		560,1	1,97	1,81	143,8		1,881

 

№	P1TOP, МПа	t1TOP, 0С	P2cp, МПа	P2TOP, МПа	t2TOP, 0С	α1, гр	α 2, гр
	1,954	348.0	1,69	1,723	538,5		46,11
	1,959	348.0	1,74	1,764	542,1		53,03
	1,961	348.2	1,76	1,778	543,5		57,42
	1,96	348.7	1,79	1,803	545,7		63,56
	1,962	348.7	1,81	1,824	547,3		75,17

 

Пример расчета

Располагаемый теплоперепад на ступень по параметрам торможения, кДж/кг

Изоэнтропийный тепловой перепад сопловой решетки, взятый от полных параметров, кДж/кг

Степень реактивности

Окружная скорость на среднем диаметре, м/с

Фиктивная (условная) скорость потока пара в ступени, м/с

Абсолютная теоретическая скорость пара на выходе из сопловой решетки

Потери энергии в сопловой решетки, кДж/кг

Потери энергии в рабочей решетки, кДж/кг

Коэффициент потерь энергии для сопловой решетки

Скоростной коэффициент сопловой решетки

Число Маха для сопловой решетки

Абсолютная действительная скорость пара на выходе из сопловой решетки, м/с

Угол направления относительной скорости входа потокапара на рабочие лопатки, град

Относительная скорость входа пара на рабочие лопатки, м/с

Изоэнтропийный тепловой перепад рабочей решетки, кДж/кг

Относительная теоретическая скорость пара на выходе из рабочей решетки, м/с

Коэффициент потерь энергии для решетки рабочих лопаток

Скоростной коэффициент рабочей решетки

Действительная относительная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с

Абсолютная скорость выхода пара из рабочей решетки, м/с

Кинетическая энергия пара на выходе из рабочей решетки, кДж/кг

Относительный лопаточный КПД ступени

Полезно-использованный теплоперепад ступени, кДж/кг

Располагаемая энергия ступени, кДж/кг

Внутренний относительный КПД ступени

 

 

Вывод

При увеличении угловой частоты вращения ротора, КПД ступени растет. Также при увеличении конечного давления КПД ступени растет.

 

 

Список литературы

1. Трояновский Б.М., Филиппов Г.Ф., Булкин А.Е. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, - 256 с., ил.

2. Щегляев А.В. Паровые турбины. Учебник для вузов. КН.1. -:Энергоатомиздат, 1993. - 384 с., ил.

3. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 496 с., ил.

4. Трубилов М.А., Арсеньев Г.В., Фролов В.В. и др. Паровые и газовые турбины. Учебник для вузов./Под ред. А.Г.Костюка, В.В.Фролова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352, ил.

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 1

“Исследование характеристик турбинной ступени”

по дисциплине “Турбомашины АЭС”

вариант задания №17

 

Выполнил студент гр. 5012	Ткаченко И.Г.
Проверил ассистент	Лавриненко С.В.

 

 

Томск 2014

Содержание

Цель работы 3

Объект исследования и система измерений 4

Порядок выполнения работы 7

Рисунок процесса 9

Экспериментальная часть 10

Обработка результатов измерений 11

Графики искомых зависимостей 19

Пример расчета 21

Вывод 24

Список литературы 25

 

Цель работы

Целью работы является расчетное исследование характеристик турбинной ступени , с помощью ПК, а также построение и анализ соответствующих графических зависимостей.

Здесь - относительный лопаточный КПД турбинной ступени, - относительный внутренний КПД турбинной ступени, - окружная скорость движения рабочих лопаток, - фиктивная скорость.

При выполнении работы проводится две серии опытов:

· в первой серии меняется частота вращения ротора , постоянными остаются давление и температура пара перед ступенью , давление пара за ступенью ;

· во второй серии опытов меняется давление пара за ступенью , постоянными величинами остаются , , .

После выполнения работы и изучения соответствующих разделов рекомендованной литературы студент должен уметь:

· объяснить характер изменения и в зависимости от ;

· указать какая из потерь энергии в ступени играет определяющую роль;

· ответить на вопрос почему и под влиянием каких параметров меняется расход пара через ступень.

Вторая часть лабораторной работы заключается в расчетном определении коэффициентов потерь энергии сопловой и рабочей решеток и соответствующих скоростных коэффициентов (, ).

Для сопловой решетки дополнительно может быть построен график изменения коэффициента потерь энергии в зависимости от числа Маха. Последнюю зависимость можно получить меняя давление за ступенью при постоянных параметрах пара перед ступенью.

 

Объект исследования и система измерений

“Экспериментальные” исследования проводятся на объекте, который адекватен по функционированию физической установке типа одноступенчатая паровая турбина. Характеристики указанного объекта генерируются с помощью моделирующей программы, реализующей расчет турбинной ступени на переменный режим.

Схема установки с указанием мест присоединения измерительных приборов приведена на рис. 1.

 

Рисунок 1. Схема исследуемой турбинной ступени

Пар от источника через регулирующий клапан 1 подводится к турбине, в корпусе которой установлена исследуемая ступень. С помощью клапана 1 можно поддерживать постоянными заданные параметры пара (давление - и температуру ) перед сопловой решеткой ступени. Из турбины пар отводится по патрубку через клапан 9 в резервуар с низким давлением. Клапан 9 позволяет поддерживать постоянным давление пара за ступенью.

В данной лабораторной работе исследуется обычная ступень давления, состоящая из сопловой решетки 3, закрепленной в корпусе турбины, и рабочей решетки 4, установленной на диске, насаженном на валу турбины 5. Вал вращается на подшипниках 6 и имеет муфту 7.

Мощность, развиваемая ступенью, воспринимается нагрузочным устройством 8. В условиях физических моделей в качестве нагрузочных устройств могут быть использованы либо гидротормоза, либо электрогенераторы, т.е. устройства, мощность которых может быть легко и надежно замерена.

Для получения характеристик ступени объект оснащен системой измерений. Следует отметить, что в моделирующей программе генерируются только те величины, которые можно измерять на физической модели. Схема измерения (рисунок 2) включает следующие датчики и соответствующие измеряемые параметры:

- параметры пара перед ступенью:

а) зонд полного давления - измеряет давление торможения на входе в сопловую решетку ;

б) датчик температуры - измеряет температуру торможения на входе в сопловую решетку ;

- параметры пара в зазоре между сопловой и рабочей решетками:

а) зонд статического давления - измеряет статическое давление в зазоре ;

б) зонд полного давления - измеряет давление торможения в зазоре ;

в) датчик температуры - измеряет температуру торможения в зазоре ;

г) датчик угломер - измеряет угол выхода потока из сопловой решетки ;

- параметры пара за рабочей решеткой:

а) зонд статического давления - измеряет статическое давление за рабочей решеткой ;

б) зонд полного давления - измеряет давление торможения за рабочей решеткой ;

в) датчик температуры - измеряет температуру торможения за рабочей решеткой ;

г) датчик угломер - измеряет угол выхода потока из рабочей решетки ;

д) зонд статического давления - измеряет статическое давление на срезе рабочей решетки ;

- общие характеристики ступени:

а) расходомер - измеряет расход пара через ступень ;

б) частотомер - измеряет частоту вращения вала ступени ;

в) датчик измерения мощности - измеряет внутреннюю мощность ступени .

Все датчики измерения параметров пара закреплены на неподвижных элементах турбины (корпусе), т.е. измеряются параметры пара в абсолютном движении.

 

 

Порядок выполнения работы

На студенческом диске, ориентировочно в каталоге E:\LAB_KAF\... находятся моделирующие программы lr_0.exe или lr_ct_0.exe, позволяющие рассчитывать характеристики турбинной ступени в широком диапазоне варьируемых параметров.

Студенты на основании заданного набора исходных данных (номер ступени, параметры пара , , ; частота вращения ротора ), используя указанные программы выполняют серийные расчеты, варьируя необходимые исходные данные. Результаты расчетов автоматически сохраняются в файл результатов с именем Name.dat и выдаются на терминал по окончании каждого расчета. Файл результатов содержит следующие данные:

- частоту вращения ротора , 1/с;

- начальные температуру торможения пара ,⁰C и давление торможения пара , МПа. При равенстве нулю скорости пара на входе в сопла параметры торможения на входе в сопла будут равны соответствующим статическим параметрам: статическому давлению , МПа, статической температуре ,⁰C;

- конечное давление пара , МПа;

- массовый расход пара через ступень , кг/с;

- внутреннюю мощность ступени , кВт;

- статическое давление пара за соплами , МПа;

- давление пара за соплами по параметрам торможения , МПа;

- температуру пара за соплами по параметрам торможения ,⁰C;

- статическое давление пара за ступенью , МПа;

- давление пара по параметрам торможения за ступенью , МПа;

- температуру пара по параметрам торможения за ступенью ,⁰C;

- углы выхода потока из сопел , град. и из рабочих лопаток , град.

Количество опытов в каждой серии и пределы изменения параметров-аргументов необходимо согласовать с преподавателем.

В файл результатов также выдаются следующие характеристики исследуемой ступени:

- средний диаметр ступени , м;

- выходные высоты сопловой решетки , м и рабочей решетки , м;

- угол выхода потока из сопловой решетки , град.;

- угол выхода потока из рабочей решетки , град.;

- хорды профилей сопловой и рабочей решеток, м;

- число гребней уплотнения ;

- диаметр, на котором выполняются диафрагменные уплотнения , м.

 

 

Рисунок 2. Процесс расширения пара в турбинной ступени в hs-диаграмме

 

 

Экспериментальная часть

Таблица №1 – Характеристики ступени.

 

№	Dcp, м	LC, м	LP, м	α 1, гр	β2, гр	bC, м	bP, м	zy, шт	Dy, м
	0.960	0.1610	0.1650	20.0	20.0	0.100	0.050		0.50

 

Результаты опытов

Таблица №2 - Протокол эксперимента 1 серии опытов.

№	n, 1/с	t0, 0С	P0, МПа	P2, МПа	G, кг/с	Ni, кВт	P1, МПа
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,866
		559,2	1,95	1,78	156,9		1,845
		560,1	1,97	1,78	156,9		1,864
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,867
		560,2	1,97	1,78	156,9		1,866

 

№	P1TOP, МПа	t1TOP, 0С	P2cp, МПа	P2TOP, МПа	t2TOP, 0С	α 1, гр	α 2, гр
	1,957	560,3	1,78	1,798	545,1		63,14
	1,94	559,3	1,78	1,826	549,3		29,88
	1,954	560,2	1,78	1,801	546,2		48,74
	1,957	560,3	1,78	1,796			74,51
	1,956	560,3	1,78	1,795			81,99

 

Таблица №3 - Протокол эксперимента 2 серии опытов.

№	n, 1/с	t0, 0С	P0, МПа	P2, МПа	G, кг/с	Ni, кВт	P1, МПа
		559,8	1,98	1,69	187,6		1,819
		560,3	1,98	1,74	172,6		1,847
		560,3	1,98	1,76			1,857
		560,2	1,97	1,79	152,7		1,871
		560,1	1,97	1,81	143,8		1,881

 

№	P1TOP, МПа	t1TOP, 0С	P2cp, МПа	P2TOP, МПа	t2TOP, 0С	α1, гр	α 2, гр
	1,954	348.0	1,69	1,723	538,5		46,11
	1,959	348.0	1,74	1,764	542,1		53,03
	1,961	348.2	1,76	1,778	543,5		57,42
	1,96	348.7	1,79	1,803	545,7		63,56
	1,962	348.7	1,81	1,824	547,3		75,17