Проектирование автоматизированной системы проточной части турбины

РОСОБРАЗОВАНИЕ

ГОУ ВПО

«ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Факультет «Институт промышленных технологий»

Кафедра «Автоматизации и управления»

Проектирование автоматизированных систем 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на тему: «Проектирование автоматизированной системы проточной части турбины» 

ПГТА  03.220301.11 ПЗ 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент гр. 07А1 Мальцев М.Н.

Руководитель: к.т.н., доцент Акулова Л.Ю.

Работа  защищена с оценкой: ____________ 
 
 
 
 

Пенза, 2011 

     РЕФЕРАТ 

      Пояснительная записка: 32 с., ил. 3, табл. 2, библиогр. 4.

      Графическая часть: 12 листов формата А4.

     ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ ТУРБИНЫ, КОНТРОЛЬ, УПРАВЛЕНИЕ, РЕГУЛЯТОР, ДАВЛЕНИЕ, ДАТЧИК 

     Объект  разработки – проточная часть турбины.

     Цель  работы – изучение и анализ проточной части турбины, повышение эффективности системы.

     В процессе работы был проведён анализ рабочей системы, патентный поиск  и выявлен прототип. Изучены принципы действия и физические законы, на основе которых работает ТОУ. Созданы структурная  схема и математическая модель ОУ. Составлен алгоритм работы ТОУ и описаны основные причины потерь эффективности.

     В результате работы разработана следующая  документация: перечень элементов, входящих в систему; структурная схема системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     СОДЕРЖАНИЕ 

     ПЕРЕЧЕНЬ  УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ…..4

     ВВЕДЕНИЕ..………………………………………………………..............5

     1 ПРЕДПРОЕКТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ…..………………….……...17

            1.1 Постановка задачи……..………………………………….……........17

                 1.2 Анализ существующей системы ………………………………….18

                       1.3 Патентные исследования……………………………………….21

                            1.4 Технико-экономическое обоснование……………………22

     2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ..…………………………..22

            2.1 Перечень элементов, входящих в схему……………………………22

                  2.2 Структурная схема и её описание………………………………22

                          2.7 Основные причины потерь эффективности………………23

        ЗАКЛЮЧЕНИЕ….………………………………………………………24

     БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК.………………………………....25

     ПРИЛОЖЕНИЕ  А…………………………………………………………26

     ПРИЛОЖЕНИЕ Б………………………………………………………….28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ПЕРЕЧЕНЬ  УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 

     АСР – автоматическая система регулирования

     ЗУ  – задающее устройство

     ММ  – математическая модель

     СУ  – система управления

     ТОУ – технологический объект управления

     ТП  – технологический процесс 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ

     Проточная часть паровой турбины определяется расчетом, который производится по требуемому для турбины расходу пара для покрытия эффективной мощности при заданных начальных и конечных параметрах и числу оборотов в минуту. Однако в действительности ни одна турбина не работает все время в эксплуатационных условиях при заданной расчетом мощности.

     Расчет проточной части паровой турбины проводят одновременно с расчетом сетевой подогревательной установки. При проведении предварительного расчета тепловой схемы ПГУ-ТЭЦ задают график отопительной нагрузки, расхода и температуры сетевой воды. Необходимую тепловую нагрузку распределяют между подогревателями сетевой воды, определяют температуры на выходе из каждого подогревателя. С учетом недогрева в подогревателях и потерь давления в паропроводах рассчитывают значения давления пара в отборах ПТ для тех ступеней, которые питаются отборным паром. При необходимости находят расход пара через редукционно-охладительное устройство и количество впрыскиваемой воды. При этом начальные параметры пара берут из расчета КУ с учетом потерь в трубопроводах, а давление в конденсаторе принимают или рассчитывают.

     Отложения солей в проточной части паровых турбин влекут за собой снижение их КПД, увеличение удельного расхода пара, увеличение перепада давлений по отдельным ступеням, рост нагрузки на упорный подшипник и повышение его температуры, что может привести к его подплавлению и сдвигу ротора. 
 
 
 

     

1. ПРЕДПРОЕКТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

    Основой турбины, определяющей ее надежность и экономичность, является ее проточная часть, наиболее ответственными элементами которой являются рабочие лопатки, профили которых образуют рабочую решетку. Именно в каналах рабочей решетки происходит преобразование энергии потока пара в полезную работу на валу турбины. Условия работы рабочих лопаток очень тяжелы.

    Под действием вращения с  большой  частотой в лопатке возникают  большие центробежные силы и  высокие  напряжения  растяжения, стремящиеся  вырвать лопатку из диска.

    Окружная  сила, создающая полезный крутящий момент на валу турбины, изгибает  лопатку в плоскости диска. 

    Дополнительно лопатка изгибается в  плоскости  оси турбины под действием  разности давлений р—р2.

    Изгибающие  силы, действующие на рабочие лопатки, не постоянны во времени, а непрерывно  изменяются из-за различий в сопловых каналах, из которых пар поступает на рабочие лопатки, наличия выходных кромок сопловых лопаток и других причин. Это приводит к возбуждению колебаний лопаток и возможности появления усталостной трещины, которая, увеличиваясь, может достигнуть критического  размера, после чего произойдет  внезапный отрыв лопатки. Особенно большие переменные нагрузки действуют на рабочие лопатки парциальных, в частности регулирующих ступеней. При  прохождении лопатки перед группой сопл, из которых поступает пар, на нее действует полное усилие.

    При выходе лопатки из активной дуги подвода  паровое усилие почти полностью  пропадает. Это и  приводит к появлению  большой  переменной аэродинамической силы.

    Рабочие лопатки первых ступеней ЦВД и  ЦСД турбин ТЭС работают в условиях высоких температур,  вызывающих явление ползучести.

    * Для  рабочих лопаток турбин 

    АЭС и последних ступеней турбин

    ТЭС очень опасной является эрозия, приводящая к износу их  поверхностей. Агрессивные примеси,  содержащиеся в паре, вызывают  коррозию и снижение сопротивления действию постоянных и переменных напряжений.

    Конструкции рабочих лопаток 

    Конструкция простейшей рабочей лопатки показана на рис. 1.1.

    Лопатка состоит из рабочей части (пера) и хвостовика.

    Рабочая часть имеет профили,  установка  которых с равным шагом образует рабочие каналы. 

    Хвостовики  служат для крепления  лопаток  на диске. На торце рабочей части  выполняют шип. На группу

    лопаток надевается лопаточный бандаж, в котором выполнены отверстия с шагом и формой,  соответствующими шипам на лопатках, установленных на диске. Шипы расклепывают, и в результате  лопатки на диске оказываются  набранными в пакеты, что увеличивает вибрационную надежность облопачи- вания и позволяет выполнить  периферийное уплотнение ступени.

    Короткие  лопатки {d/l> 10)  выполняют с постоянным по высоте профилем, длинные — с  переменным (рис. 1.2). Длинные лопатки  приходится выполнять закрученными в соответствии с изменяющимися  по высоте треугольниками скоростей. Одновременно  необходимо уменьшать их площадь от корневого сечения к  периферийному, для того чтобы уменьшить центробежную силу рабочей части лопатки и напряжения в корневом сечении и в хвостовике.  

    

    Рис. 1.1. Конструкция простейшей лопатки:

1-шип, 2-рабочая часть (перо), 3-бандажная  лента, 4-хвостовик

    

    Рис. 1.2. Примеры лопаток последних  ступеней мощных паровых турбин:

    а-лопатка  ЛМЗ длиной 960 мм на 50 об/с., б-лопатка  ТМЗ длиной 940 мм на 50 об/с., в-лопатка  ЛМЗ из титанового сплава длиной 1200 мм на 50 об/с., г-лопатка швейцарской турбины длиной около 1 м  на 50 об.с., д-лопатка ХТЗ длиной 1450 мм на 25 об/с., е-лопатка американской турбины длиной 1320 мм на 30 об/с.

    Рабочая часть лопатки  фрезеруется или  строгается на специализированных станках по копиру, а затем полируется до зеркального блеска. Это уменьшает потери на трение пара о поверхность лопаток и увеличивает их сопротивление усталости.

    Особые  меры применяются для защиты лопаток  от эрозионного действия капель влаги  при работе влажным паром. Крупные капли,  вызывающие наиболее значительную эрозию, отстают от потока пара и в  результате ударяют во входную часть спинки периферийной части лопатки. Поэтому часто прибегают к защите этой части лопатки с помощью стеллитовых пластинок,  напаиваемых на лопатку токами  высокой частоты.

    Стеллит — сплав на основе  кобальта F0—65%), содержащий 25—28 % хрома и 4—5 %  вольфрама. Он имеет высокую твердость и  очень высокое сопротивление  эрозии.

    Применение  стеллита, как и вообще сплавов, содержащих  кобальт, в турбинах, работающих радиоактивным паром, недопустимо. Связано это с тем, что в результате коррозии кобальт попадает в теплоноситель, активируется в  реакторе и затем осаждается на  поверхностях оборудования в виде  различных оксидов. Большой период полураспада кобальта-60 требует длительных работ по дезактивации оборудования при выводе его в  ремонт.

    Поэтому для рабочих лопаток паровых  турбин одноконтурных АЭС вместо упрочнения входных кромок стеллитовыми пластинками  используется электроискровая  обработка поверхности. Процесс обработки состоит в создании  многочисленных электрических разрядов между поверхностью лопатки и электродом, в результате которых происходит оплавление поверхности лопатки и перенесение на нее  материала электрода. Для электродов используют стеллит (для турбин, работающих нерадиоактивным паром), феррохром, никельбор и другие материалы. В результате  электрических разрядов на поверхности лопатки образуется закаленный  легированный слой, имеющий высокое сопротивление эрозии.

    Хвостовик — один из самых напряженных и  ответственных  элементов лопатки, с его помощью она крепится на диске.

    Выбор типа хвостовика для  рабочей лопатки  определяется двумя факторами: нагрузкой, создаваемой лопаткой, и технологическим  оборудованием турбинного завода.

    Один  из простейших хвостовиков — Т-образный, применяемый для лопаток малой  длины. Для установки рабочих  лопаток на диске выполняют паз  по профилю лопатки. Для заводки  лопаток в диске с двух  противоположных  сторон делаются  колодцы, через которые набираются и заводятся по  окружности лопатки. Последними  непосредственно в колодцы  устанавливают замковые лопатки и крепят их к диску  цилиндрическими заклепками.

    Хвостовики  рассмотренной  конструкции пригодны только для  коротких лопаток, центробежная сила которых невелика. При больших высотах лопаток центробежная  сила, приложенная в плоскостях контакта С—С и D—D , вызывает в сечениях  диска ВВ и АА высокие напряжения изгиба. Это может привести в зоне высоких температур к появлению трещины длительной  прочности и требует увеличения  толщины диска на периферии. Для уменьшения напряжений в ободе диска на хвостовой части лопатки выполняют замки (рис. 1.3) с  плотным контактом поверхностей  хвостовика и диска. Под действием  центробежной силы, приложенной к опорной поверхности обода в месте контакта, возникает сила,  уменьшающая изгибающие напряжения в сечении ВВ.