FACULTATEA DE MECANICASISTEME SI ECHIPAMENTE TERMICETURBINE CU ABUR SI GAZEANUL: IV2009-2010S se efectueze calculul termic al unei instalatii cu turbin cuabur avnd urmtorii parametri:Puterea efectiv: Pe = 70[MW];Turatia n = 3000 [rot/min]Presiunea aburului la intrarea n turbin p0 = 140 [bar]Temperatura aburului la intrarea n turbin t0 = 460[oC]Temperatura apei de rcire la intrarea in condensator: tr = 25[oC]Turbina lucreaz n regim de condensatieCupri ns Cap. I Calculul termic al instalaiei din care face parte turbinaCap. II Calculul termic preliminar al turbinei cu aburCap. I Calculul termic al instalaiei din care face parte turbina1.1Stabilirea schemei instalaiei i a ciclului de funcionareDiagrama termodinamic a ciclului de funcionare n coordonate T-SDpr3a3Pr3Pr1Pr13Da2a12 1SiGADpr3Dpr3TAC4DcP.C.O.C.P.C.O.C.P.C. O.C.GEPri componente:G.A. generator de aburS.I. prenclzitorT.A. turbin cu aburG.E. generator electricC condensatorO.C. oal de condensPr prenclzitorP.A. pomp de alimentarePAT[oK]s[kj/kgK]4221a12a2a33Pr1Pr2Pr3Transformrile din diagrama T-S1-2 saltul de presiune al apei n pompa de alimentare cu ap;2 - a1 nclzirea n prenclzitorul Pr1;a1- a2 nclzirea n prenclzitorul Pr2;a2- a3 nclzirea n prenclzitorul Pr3;a3- 2 supranclzirea apei n generatorul de abut GA;2 - 2 vaporizare;2 - 3 supranclzire3- 4 destindereaaburului n turbina cu abur TA4- 1condensareaaburului n condensatorul C;Principiul de functionaren generatorul de abur GA are loc arderea combustibilului i cedarea energiei termice a fluidului de lucru.Turbinadeabur TAasigurdestindereaaburului iproducerea de lucru mecanic.naintede aintra n generatorul de abur, fluidul este prenclzit n prenclzitorul PR. Prenclzirea regenerativ a apei de alimentare nainte de intrarea n generatorul de abur se face folosind abur parial destint n turbin i extras din aceasta prin aa numitele prize de abur, amplasate ntre treptele turbinei.Acest lucru are ca scop mbuntirea randamentului termic al ciclului instalaiei cu abur. Se va extrage abur din Pr1 i se va nclzi apa de la a2 la 1. Din aburul cu parametrii punctullui 3, o parte se va destinde pn la punctul 4, iar o parte se va destinde numai parial. Prin acest procedeu crete randamentul termic al ciclului teoretic, att datorit mririi temperaturii medii la sursa cald, ca urmare a creterii limitei superioare de la care ncepe nclzirea apei iar generatorul de abur GA (tr2 > t1) i datorit faptului c se recuprereaz o parte din cldura latent de vaporizare a aburului care ar fi fost cedat sursei reci n condensatorul instalaiei C.Prenclzirearegenerativaapei sefaceutilizndschimbtoaredecldurdesuprafacare elimin consumul de energie necesar pentru antrenarea pompelor de alimentare, ns schimbul de cldur se face dezavantajos, fiind necesar o diferen de temperatur ntre fluide.La schema din figur, fiecare prenclzitor este prevzut cu o pomp de condensare PC i o oal decondens OC, dimensionatenumai pentrudebiteledecondens format prinaburul cealimenteaz prenclzitorul respectiv.ndiagramaT-Ssepoatestabili c, daclacondensatorul instalaiei poateajungedebitul Di [kg/s], debitul la intrarea n turbin este:] / [1s kg D D Dnkpk c + Considernddebitulunitarlacondensator, atuncisepotexprimadebitelerelativelaprizesub forma: 1]1

r c o n d e n s a t o l a a b u r k gp r i z l a a b u r k gDDdcp kk_ _ __ _ _] / [ 11s kg D d Dcnkk ,_

+ 1.2 Parametrii ciclului teoreticConform temei de proiectare i a schemei adoptate la 1.2, parametrii ciclului sunt: temperatura de condensare: t4 = t1 = tr + (1020)oC = 25+15 = 40[oC] presiunea la condensare: p1 = f(t1) = 0,07387 [bar] presiunea la intrarea n turbin: p0 = 140 [bar] presiunea la ieirea din turbin: p4 = p1 = 0,0738 [bar] temperatura la intrarea n turbin:t3 = t0 = 460[oC]Determinareaentalpiilor n punctele caracteristice i1 = i1 = f(t1)=166,79 [kg/kJ]i2 = i1 = 166,79 [kJ/kg]i2 = f(p2) = 1570.4 [kJ/kg]t2 = f(p2) = 333.7[oC]i3 = f(p3,t3) = 3204.4 [kJ/kg]s3 = f(p3,t3) = 6.232 [kJ/kg]i4 = f(p4) = 6.283 [kJ/kg]i4 = f(p4) = 2572.5 [kJ/kg]s4 = f(p4) = 0,569 [kJ/kg]s4 = f(p4) = 8,252 [kJ/kg]1 737 , 0569 , 0 252 , 8569 , 0 232 . 6'4"4'4 34< s ss sx => punctul 4 se afl n domeniul aburului umedi4 = i4 + x4 (i4 - i4) = 166,8 + 0,737 (2572,5 166,8) = 1939.99 [kJ/kg]Determinarea parametrilor prenclzirii regenerative temperatura final de prenclzire: t2r = (0,65 0,75) t2 = 0.7 333.7 = 233.59[oC]i2r = f(t2r) = i2r = 1006.4[kJ/kg] creterea entalpiei prin nclzire regenerativ:ipr = i2r i2 = 1006.4 166.79 = 839.61 [kJ/kg] creterea de entalpie pe fiecare treapt de prenclzire:87 . 279361 . 839 niipr [kJ/kg]; unde n este numrul de trepte de prenclzire. entalpia apei dup fiecare treapt de prenclzireia1 = i2 + i = 166.79 + 279.87 = 446.66 [kJ/kg]ia2 = ia1 + i = 446.66 + 279.87 = 726.53 [kJ/kg]ia3 = ia2 + i = 726.53 + 279.87 = 1006.4 [kJ/kg] temperatura apei dup fiecare treapt de prenclzire:ta1 = f(ia1) = 106.8[oC]ta2 = f(ia2) = 171.7[ oC]ta3 = f(ia3) =233.5[ oC] presiunile aburului prelevat de prize:Pp1 = f(tp1) = 1,285 [bar]Pp2 = f(tp2) = 8.246 [bar]Pp3 = f(tp3) = 29.791 [bar] entalpiile aburului prelevat la prize:Pp1 = 1,285 bari1 = f (Pp1) = 447.09 [kJJkg]i1 = f (Pp1) = 2685 [kJ/kg]s1 = f (Pp1) = 1.3805 [kJ/kgk]s1 = f (Pp1) = 7.272 [kJ/kgk]1 823 , 038 , 1 27 , 738 , 1 232 . 6' ' '1'1 31< s ss sxp => priza 1 lucreaz n domeniul aburului umed=> ip1 = i1 + xp1 (i1 i1 ) = 447.09 + 0,823 (2685 447.09) = 2289.95 [kJ/kg]Pp2 = 8.246 bari2 = f (Pp2) = 725.87 [kJ/kg]i2 = f (Pp2) = 2768.9 [kJ/kg]s2 = f (Pp2) = 2,055 [kJ/kgk]s2 = f (Pp2) = 6,64 [kJ/kgk]1 911 , 0055 , 2 64 . 6055 , 2 232 . 6'2' '2'2 22< s ss sxp => priza 2 lucreaz n domeniul aburului umed=> ip2 = i2 + xp2 (i2 i2 ) = 720.61 + 0,918 (2767.7 720.61) = 2601.284 [kJ/kg]Pp3 = 29.79 [bar]i3 = f (Pp3) = 1006 [kJ/kg]i3 = f (Pp3) = 2802.4 [kJ/kg]s3 = f (Pp3) = 2.63 [kJ/kgk]s3 = f (Pp3) = 6.18 [kJ/kgk]1 014 . 163 . 2 18 , 663 , 2 232 . 6'3' '3'3 33> s ss sxp=> priza 3 lucreaz n domeniul aburului supraincalzit=> ip3 = f(Pp3;s3) => ip3 = 2826.2 kj/kgDeterminarea debitelor relative la prize:( )ak pkak akkpkpki ii i dd ,_

+ 1311, unde k = 1,2,3 = numrul prizeiia0 = i2 = 166.79 [kJ/kg]151 , 099 . 446 95 . 228979 . 166 66 . 4461 10 11a pa api ii id[kg/s]( )( )( )( )173 , 053 . 726 258266 . 446 53 . 726 151 , 0 112 21 2 12 + +a pa a ppi ii i dd[kg/s]( )( )( )( )203 , 04 . 1006 3 . 282653 . 726 4 . 1006 173 , 0 151 , 0 113 32 3 2 13 + + + +a pa a p ppi ii i d dd[kg/s]Cap. II Calculul termic preliminar al turbinei cu abur2.1 Determinarea debitului de abur necesarSe mparte turbina n regiuni delimitate de prize nereglabile i se traseaz procesul destinderii teoretice i reale n coordonate i-s, considerndu-se i pierderile de presiune la intrarea i ieirea din turbin: Pierderea de presiune la intrarea n turbin:kv = 0,0450,06 kv = 0,0525; p0` = p3 = 140 [bar]p0 = kv po` = 0,0525 140 = 7.35 [bar] Pierderea de presiune la ieirea din turbin (n racordul de evacuare):ke = 0,050,07 ke = 0,06; pe` = p4 = 0,0738 [bar]pe=ke pe`=0.06 0.0738=0.0044 Pierderea de nceput de destindere:p0 = po` - p0 = 140-7.35 = 132.65[bar] Presiunea de sfrit de destindere:pe = pe` + pe` = 0,0738 + 0,0044 = 0,0782 [bar] Entalpia aburului la nceputul destinderii:i0 = io` = i3 = 3204.4[kJ/kg] Entropia aburului la nceputul destinderii:S0 = f(p0;i0) =6,253 [kJ/kgK]Parametrii punctului teoretic de sfrit de destindere Etpe = 0,07387 [bar]s` = f(pe) = 0,569 [kJ/kgK]s`` = f(pe) = 8,252 [kJ/kgK]i` = f(pe) = 166.85 [kJ/kg]i`` = f(pe) = 2572.6 [kJ/kg]Titlul aburului 569 , 0 252 , 8569 , 0 232 . 6` ```0s ss sxEt XEt = 0,783 < 1 punctul Et se afl n domeniul aburului umedEntalpia aburului: iEt = i` + xEt(i``-i`) = 166.85 + 0,783(2572.6-166.85) = 2051.247 [kJ/kg]HtIIIIIIII IVHtIHtIII HtIVd3d2d1DC0` 0Pr3Pr2Pr1EtI[KJ/Kgs[kJ/kgKEPE` PEPp1Pp2Pp3Pp0Pp0`Entalpiile aburului la prizele nereglabilei1 = f (Pp1) = 447.09[kJ/kg]i1 = f (Pp1) = 2685 [kJ/kg]s1 = f (Pp1) = 1.3805 [kJ/kgk]s1 = f (Pp1) = 7.272 [kJ/kgk]1 823 , 038 , 1 272 , 738 , 1 232 , 6' ' '1'1 31< s ss sxp => priza 1 lucreaz n domeniul aburului umed=> ipr1 = i1 + xp1 (i1 i1 ) = 447.09 + 0,823 (2685 447.09) = 2289.952 [kJ/kg]i2 = f (Pp2) = 725.87 [kJj/kg]i2 = f (Pp2) = 2768.9 [kJ/kg]s2 = f (Pp2) = 2.055 [kJ/kgk]s2 = f (Pp2) = 6.64 [kJ/kgk]1 911 . 0055 , 2 64 . 6055 , 2 232 , 6'2' '2'2 22< s ss sxp => priza 2 lucreaz n domeniul aburului umed=> ipr2 = i2 + xp2 (i2 i2 ) = 720.61 + 0,918 (2767.7 720.61) = 2587.099 [kJ/kg]i3 = f (Pp3) = 1006 [kJ/kg]i3 = f (Pp3) = 2802.4 [kJ/kg]s3 = f (Pp3) = 2.63 [kJ/kgk]s3 = f (Pp3) = 6.18 [kJ/kgk]1 014 , 163 . 2 18 , 663 , 2 232 , 6'3' '3'3 33> s ss sxp=> priza 3 lucreaz n domeniul aburului supranclzit=> ipr3 = f(Pp3;s3) => ipr3 = 2826.3 [kJ/kg]Cderile adiabatice pe zonele turbinei delimitate de prize:HtI = i0 ipr3 = 3204.4 2829.3 = 378.1 [kJ/kg]HtII = ipr3 ipr2 = 2826.3 2587.099 = 239.2007 [kJ/kg]HtIII = ipr2 ipr1 = 2587.099 2289.952 = 297.145 [kJ/kg]HtIV = ipr1 iEt = 2289.952 2051.247 = 238.7046 [kJ/kg]Debitul de abur la condensator:( )1]1

+ + + ,_

+ + ,_

+ tIV tIII tIIkk tIik eecH H d H d H dPD121311 1 1 e randamentul elfectiv al turbinei; e = 0,750,85 e = 0,8( ) ( ) ( ) [ ] 145 . 297 145 . 297 151 , 0 1 2007 . 239 173 , 0 151 , 0 1 1 . 378 1203 , 0 173 , 0 151 , 0 1 8 , 010 703+ + + + + + + + +cDDc = 59.28 [kg/s] Debitul la intrarea n turbin( ) 63 . 90 28 . 59 1203 , 0 173 , 0 151 , 0 1 131 + + + ,_

+ ckkD d D [kg/s] Debitele la prize:Dpr1 = d1 Dc = 0,151 90.63 = 9.00 [kg/s]Dpr2 = d2 Dc = 0,173 90.63 = 10.27 [kg/s]Dpr3 = d3 Dc = 0,120 90.63 = 12.08 [kg/s]2.2 Repartizarea cderii adiabatice pe treptele turbinei2.2.1 Adoptarea cderii adiabatice pe treapta de reglareSe adopt tipul treptei de reglare. Pentru turbinele cu puteri mari destinate s funcioneze caagregate debazncentrele termoelecrticecuvariaii mici desarcinnexploatarese recomand treapta Laval ca treapt de reglare.Cderea adiabatic total a turbinei:704 . 238 147 . 297 20 . 239 1 . 37841+ + + + + + IV III II IkkHt Ht Ht Ht Ht HtHt = 1153.153 [kJ/kg]Se adopt cderea adiabatic pe treapta de reglare:htr = (0,050,15)Ht = 0,11153.153 = 115.31 [kJ/kg]2.2.2 Calculul diametrului mediu al primei trepte de presiuneSe stabilete debitul de abur la ieirea din treapta de reglare determinndu-se entalpia dup treapta de reglare:itr = i0 htr = 3204.4-115.13 = 3089.085 [kJ/kg] Debitul D1 = D = 90.63 [kg/s]Diametrul mediu al primei trepte de presiune se determin n funcie de seciunea de ieire din ajutajele primei trepte de presiune:1 1 121 111sin60 a al n mv X Dd[m]Turaia: n = 3000 rot/minUnghiul de ieire din ajutajele primei trepte 1 = 20oPrima treapt este cu aciune deci gradul de reaciune = 01Cnx raportul dintre viteza tangenial i viteza axial c1 = 0 x = 0,4080,445 x = 0,445D1 = D = 90.63 [kg/s]nlimea ajutajelor la ieirea din prima treapt: la1 = (1015)[mm] la1 = 0,015[m]Pasul ajutajului: ta1 = (0,11)la1 = 10,015 = 0,015[m]Muchia de fug: sfa = (0,51,5)[mm] sfa = 0,0005[m]Coeficientul de ngustare a seciunii la ieire 9025 , 020 sin 015 , 00005 , 01sin111 11 oatasfCoeficientul de reducere a vitezei = 0,930,96 = 0,96Coeficientul de reducere a debitului :n stratul limit( ) ( )9864 , 096 , 0 5 12 96 , 0 5 122 2 f fma Se adopt cderea adiabatic prelucrat n ajutajele primei trepte de presiune:Na1 = (3460) [kJ/kg] ha1 =60 [kJ/kg]Entalpia aburului dup ajutajele primei trepte:i1 = itr ha1 = 3089.085 60 = 3029.085 [kJ/kg]presiunea i volumul dup ajutajele primei trepte:p1 = f(s0,i1) =68.86[bar]v1 = f(s0,i1)=0,039[m3/kg]Viteza absorbit la ieirea din ajutaj:553 , 332 10 60 2 96 , 0 231 1 ha c [m/s]Calculm diametrul mediu al primei trepte de presiune:74423 , 020 sin 9025 , 0 015 , 0 3000 9864 , 0041 . 0 445 , 0 63 . 90 6011211 d do [m]Verificm raportul de viteze:xcn dcnx < 355 , 0553 , 332 633000 74423 , 0631111 d11=0,7318[m]2.2.3 Calulul diametrului mediu al ultimei trepte a turbineiDiametrul mediu al ultimei trepte a turbinei:z p pztc l mv Dd2 2 2 222sin [m]Debitul: Dz = Dc = 59.28 [kg/s]Coeficientul de reducere a debitului n paletele mobile:( ) ( )984 , 095 , 0 12 95 , 075 1272 2 pmLungimea raportat a paletelor la ieire:35 , 0 2 , 0222 tppdlllp2 = 0,2Unghiul vitezei relative la ieire: 2 = (8090)o2 = 90oPasul paletelor: tp = (1530)[mm] tp = 0,03[m]Grosimea muchiei de fug a paletelor:sfp = (0,51,5)mm sfp = 0,0005[m]coeficientul de ngustare a seciunii la ieirea din palete:9833 , 090 sin 03 , 00005 , 01sin12 22 optsfViteza absolut la ieirea din palete:c2t = (110160)[m/s] c2t = 160 [m/s]Coeficientul de recuperare a energiei de la o treapt la alta: = 0,030,06 = 0,0458421 , 095 , 08 , 0 meie = 0,8; m = 0,940,96 m = 0,95Hi = iHt(1+)=0,84211153.153.824(1+0,045)=1014.768 [kJ/kg]iE = i0 Hi = 3024-1014.768=2189.632 [kJ/kg]Volumul specific dup ajutajele ultimei trepte:i2` = f(pe) = 171.38 [kJ/kg]i2`` = f(pe) = 2574.5 [kJ/kg]v2` = f(pe) = 0,001008 [m3/kg]v2`` = f(pe)=18.48 [m3/kg]825 , 038 . 171 5 . 257438 . 171 2189`2``2`2i ii ixEE 0,5m Se adopt o turbin cu dublu flux:64 . 29228 . 592 czDD [kg/s]Recalculm:176 , 2160 90 sin 9833 , 0 2 , 0 984 , 0357 . 15 65 . 29sin2 2 222 oz p pzzc l mv Dd [m]Se verific lungimea paletelor mobile:lp2 =pl d2z = 0,2 2,176 = 0,435m d2z = 2.176 [m]2.2.4 Stabilirea numrului de trepte i a cderilor adiabatice pe acesteaSe adopt gradul de reaciune mediu m = 0,2Cifra de calitate a turbinei: = 0,10,8 = 0,2Cderea adiabatic ce trebuie repartizat pe treptele turbinei:Htp = Ht htr = 1153.153 153.13 = 1193.66 [kJ/kg]Se adopt coeficientul de recuperare a cldurii de la o treapt la alta: =0,030,06=0,045Se calculeaz numrul de trepte n condiia n care toate treptele ar avea diametrul d11:( )( )436 , 2657 , 319045 , 0 1 10 66 . 1193 2 , 0123211+ + zpduHtz trepteViteza tangenial medie:( )( )94 . 15710045 , 0 1 10 66 . 1193 2 , 013+ + mpmzHtu [m/s]Cderea adiabatic medie( ) ( )958 . 41635 , 0 2 , 0 1 96 , 0 294 . 1571 22 2222 m mmmxuht [kJ/kg]xm = 0,6350,8xm = 0,635; = 0,96Se stabilesc cderile adiabatice pe fiecare treapt pe baza relaiei:

,_

,_

,_

kmkmmkm cxxuuht ht112 2Pentru aceasta se adopt valori pentru gradul de reaciune al fiecrei trepte i raportul de viteze x al fiecrei trepte i se face un tabel. Se constuiete un grafic lund ca abscis un segment la scar de mrimea: Htp(1+) = 1240,317(1+0,045)=1296,131 [kJ/kg].La ceapetele acestui segment se duc segmente perpendiculare pe acesta, de lungime la scar egale cu n1 = 121,736 [m/s] i uz = 319,657 [m/s]. Unindu-se capetele acestor segmente obinem o linie (dreapt) nclinat, cu ajutorul creia determinm vitezele z uk y k, 1...Dac rmne un rest de cdere adiabatic se verific daca acest rest reprezint mai mult sau mai putin de 40% din ultima cdere adiabatic calculat. Dac htrest < 0,4 htz, acest rest se adaug la ultima cdere adiabatic htz.Dac htrest > 0,4htz, se reia calculul modificndu-se valorile gradului de raciune al fiecrei trepte i raportul de viteze al fiecrei trepte x.Cu datele obinuteprin calcul i cu ajutorul diagramei la scar n coordonatele:uk Htp(1+) se alctuiete tabelul:( ) 26 , 1267 ) 045 . 0 1 ( 66 , 1193 1101 + + kk p restht Ht ht htrest = -19.88 [kJ/kg]Deci htrest = -19.88 [kJ/kg]0,4ht10= 0,4272,53=109,012 [kJ/kg]ht10=301,401[kJ/kg]Verificm cifra de calitate a turbinei:( )[]( ) [ ]. 8 , 0 1 , 0 337 , 0 10 66 , 1193315 273 232 201 178 165 153143 135 129 736 , 1211132 2 2 2 2 2 22 2 2 2 12 + + + + + + ++ + + + + pzkkHtuk kuk [m/s] xkhtk [kJ/kg]1 0 121,736 0,41 47,822 0,1 129 0,465 46,393 0,1 135 0,465 50,814 0,2 143 0,465 64,135 0,2 153 0,465 73,426 0,2 165 0,465 85,397 0,2 178 0,465 157,728 0,2 201 0,465 201,119 0,2 232 0,465 267,9410 0,3 273 0,465 272,53