Расчёт конденсатора паровой турбины

Введение

Методические указания "Расчет конденсатора паровой турби­ны" являются пособием по курсу "Теплообменник аппараты ПТУ" для студентов дневного и вечернего инженерно-технического факультета специальности 0521 - турбиностроение (специализация 0521А).

Целью расчета конденсатора является: определение геометри­ческих размеров, режимных характеристик, характеристик конденса­тора на переменном режиме, гидравлический расчет, а также меха­нические расчеты на прочность основных элементов конденсатора.
Тепловой расчет конденсатора в методических указаниях про­водится графоаналитическим методом /1/, позволяющим из ряда рассчитываемых вариантов выбрать оптимальный.
Расчет проводится с учетом парового сопротивления конденсатора по средним опытным значениям коэффициента теплопередачи.
В процессе расчета, ряд параметров задается. Правильность задаваемых величин определяется в ходе расчета.
Оптимальный вариант определяется из условий допустимых рас­ходов энергии на собственные нужды тепловой станции, величины гидравлического сопротивления, стоимости конденсатора, а также компоновочных соображений.
В процессе расчетов оптимального варианта выполняется разбивка трубок в конденсаторе (допускается разбивку производить на миллиметровой бумаге) и выполняется чертеж конденсатора /1/, /2/.
Все расчеты курсовой работы выполняются в международной системе единиц СИ. Учитывая, что в отечественном конденсаторостроении в настоящее время широко распространено применение теплотехнических величин в системе МКГCC и в других внесистемных единицах, ниже приведен перевод некоторых величин в систему единиц СИ.
I ккал = 4,1868-10³ Дж  количество тепла.
1 ккал/(кгградчас)= 1.163 Вт/(мград) коэффициент теплопередачи.
1 т/ч = 3.6 кг/с  расход.
1 мм H₂O= 9.80665 Н/м²  давление.
I мм Hg = 1.33310² Н/м²  ".
Т К = t ^оС + 273  температура.

1. Выбор исходных данных для расчета конденсатора

Исходными данными для расчета конденсатора являются:

ПАРАМЕТРЫ ПАРА:
а) Расход пара через конденсатор  G_n;
б) Давление пара на входе в конденсатор  p₂;
в) Энтальпия пара на входе в конденсатор  i₂.
Эти величины известны в результате выполнения курсового проекта "Паровая турбина". Следует помнить, что некоторые паро­вые турбины имеют несколько конденсаторов, поэтому расход через конденсатор необходимо уменьшить в "n" раз по сравнению с рас­ходом, пара на выходе из паровой турбины.
Число конденсаторов "n" для основных отечественных паро­вых турбин приведено в табл. 1,
В случае независимого расчета конденсатора расход пара через конденсатор модно приближенно определить как:
, где
G_no  номинальный расход пара через конденсаторную группу, прототипа выбранного из отечественных паровых тур­бин (см. табл. 1) при номинальной мощности при одина­ковых начальных параметрах;
N_эо  номинальная мощность прототипа паровой турбины;
N_э  мощность турбины, для которой рассчитывается конденса­тор,
Давление пара на входе в конденсатор можно принять:
p₂=p₂₀, где
p₂₀  давление в конденсаторе прототипа паровой турбины (см. табл.1).
Энтальпию пара на входе в конденсатор, приблизительно можно считать равной /2/:
i₂ i_к+2177, кДж/кг, где
i_к  энтальпия конденсата на выходе из конденсатора.
ПАРАМЕТРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ:
Т₁  температура воды на входе конденсатор.
Эта температура выбирается исходя из условий применения конденсационной турбины в той либо иной, климатической зоне. Средние расчетные значения охлаждающей воды для основных отечественных паровых турбин приведены в табл. 1, Там же для примера при­ведены расчетные значения расхода охлаждающей воды на номинальном режиме роботы конденсаторной группы.
BЫБOP ДИАМЕТРА ТРУБОК КОНДЕНСАТОРА.
Выбор диаметра связан с учетом ряда требований:
а) максимальные значения коэффициентов теплоотдачи, при минималь­ном значении гидравлического сопротивления.
б) Уменьшение габаритов и веса конденсатора.
в) Необходимость очистки трубок конденсатора.
г) Уменьшение числа трубок и соответственно числа креплений и уплотнений трубок в трубных досках.

Таблица 1.

Некоторые характеристики конденсаторов отечественных паровых турбин ЛМЗ и ХТЗ*

№ п/п	Наименование	К-1200-240-3 ЛМЗ	К-800-240-5 ЛМЗ	К-500-166-2 ЛМЗ	К-500-130-2 ЛМЗ	К-300-240-1 ЛМЗ	К-300-240-2 ЛМЗ	К-200-130 ЛМЗ	К-200-181-1 ЛМЗ	К-300-240-2 ХТЗ	К-750-65/3000 ХТЗ	К-1000-60/ 1300 ХТЗ	К-500-65/3000 ХТЗ
1	Расход пара через конденсатор, кг/с	593	394	258	306	138	139	118	108	268	-	-	-
2	Давление в конденсаторе, МПа	0,00353	0,00340	0,00590	0,00570 0,00440	0,00340	0,00710	0,00392	0,00274	0,00362	-	-	0,00392
3	Число конденсаторов	2	2	1	1	1	1	2	2	2	4	2	4
4	Расход охлаждающей воды через конденсаторную группу, кг/с	30000	20280	15278	12780	9306	10000	6944	6944	143000	-	44422	23022
5	Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, К (^0С)	285 (12^0С)	285 (12^0С)	295 (22^0С)	287 (15^0С)	285 (12^0С)	298 (25^0С)	283 (10^0С)	278 (5^0С)	285 (12^0С)	287 (15^0С)	287 (15^0С)	285 (12^0С)

*По данным каталога 13 - 79 «Паротурбинные установки» НИИЭИИНФОРМЭНЕРГОМАШ Москва, 1979 г.


Размеры трубок, применяемых в конденсаторах лежат в пре­делах: d₂/d₁= 16/14 … 32/30, где d₂  наружный диаметр трубки в мм, d₁  внутренний диаметр трубки в мм.
Размеры трубок d₂/d₁25/23 применяются для конденсаторов паровых турбин мощностью не более 100 МВт. Для конденсаторов
паровых турбин (200 … 800) МВт применяют трубки d₂/d₁=28/26 … 32/30.
Трубки конденсаторов изготавливают из латуни Л68 или Л070-1 (ГОСТ .494-52), другие материалы трубок стационарных установок
пока применяются редко.
ВЫБОР ЧИСЛА ХОДОВ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В КОНДЕНСАТОРЕ.
На выбор числа ходов основное влияние оказывает кратность охлаждения "m" и поверхность F. Выcокие значения m и F приводят в большинстве случаев к Z = 1. Однако при этом надо учитывать компоновочные соображения и целесообразность подвода и отвода охлаждающей воды с одной стороны или о обеих сторон конденсатора.
В современных мощных паротурбинных установках число ходов "Z" охлаждающей воды в конденсаторах составляет Z=1…2. Определяющую роль при этом играет также отношение l/D_тр, где l  длина трубки, D_тр  диаметр трубной доски.
Практикой установлено, что параметр l/D_тр лежит в следующих пределах:
1,5 l/D_тр2,5.
В современных конденсаторах длина трубок достигает 5,0 …7,5 м, в отдельных случаях она доходит до 8,5 м.