Работу можно загрузить в формате Word
Научно-практическая работа
Описание
Паровая турбина тип ПТ-60-90/13 (ВПТ-50-2) «ЛМЗ», номинальной мощностью 60 Мвт, с двумя регулируемыми отборами пара предназначена для выработки электроэнергии и отпуска тепла.
Турбина рассчитана для работы при следующих номинальных параметрах:
- давление острого пара перед турбиной: 90 кгс/см2;
- температура острого пара: 535 ºС;
- расход охлаждающей воды через конденсатор 8000 м3/ч;
- температура воды на входе в конденсатор + 20º С;
Максимальный расход пара для турбины при номинальных параметрах 400т/ч.
Турбина имеет два регулируемых отбора для пара с номинальными давлениями:
- в производственном отборе: 13 ± 3 кгс/см2;
- в теплофикационном отборе: 1,2 кгс/см2 с допустимыми границами изменения давления пара от 0,7 до 2,5 кгс/см2.
Принципиальная тепловая схема турбоагрегата
Работа системы регенерации и конденсатора ПТ-60-90/13 моделировалась по результатам проведенных испытаний. Работа ступеней оценивалась по заводским характеристикам.
Модель работы турбины и турбоагрегата в целом первоначально строилась в Quattro Pro – позже были "переброшена" в Excel. Функции свойств воды и водяного пара строились по таблицам Вукаловича, использовавшиеся во времена СССР.
Примерная последовательность расчета по одной ступени:
1. При известных давлении на выходе ступени (Pвых) и объемном расходе пара на входе в ступень определяется, по формуле Флюгеля, давление пара на входе в ступень. В расчетную формулу входит константа, являющаяся характеристикой данной ступени.
2. При известных Iвх, Pвх – энтальпии и давлении пара на входе в ступень определяется энтропия пара на входе в ступень: Sвх = f(Iвх,Pвх). Эта же величина является и энтропией в пара на выходе ступени в адиабатическом процессе: Sад = Sвх.
3. При известных адиабатической энтропии и давлении на выходе ступени определяется адиабатическая энтальпия на выходе ступени: Iад = f(Sад,Pвых).
4. При известном объемном расходе пара через ступень определяются Pot - потери тепла на данной ступени. В расчетную, в данном случае аппроксимирующую или эмпирическую, формулу входят константы, характеризующие данную ступень.
5. Энтальпия пара на выходе ступени определяется при известном весовом расходе пара (Dпар) через ступень по формуле: Iвых = Iад - Pot/Dпар.
Проследить работу одной ступени можно с помощью прилагаемого фрагмента - файл Ступень.xls. Входные значения (расход пара, энтальпия на входе в ступень и т.д.) выделены синим цветом. Можно поменять входные значения и после нескольких нажатий F9 получить расчетный результат. При смещении курсора влево от Nst (номера ступени) можно увидеть целый ряд настроечных параметров, позволяющих изменять характеристики ступени. Значения этих параметров также выделены синим цветом.
При расчете работы нескольких ступеней все параметры пара (давление, энтальпия и т.д.) определяются методом последовательных приближений – путем многократных пересчетов первоначальных значений параметров по ступеням.
Аппроксимирующие функции и входящие в расчеты значения характеристик конкретных ступеней определялись по результатам обработки заводских или экспериментальных данных.
Проследить работу нескольких ступеней и турбины в целом можно с помощью модели турбины – прилагаемый файл MT_60_V.XLS.
При открытии файла появляется окно пользователя, фрагмент которого имеет следующий вид:
При установке указателя курсора на звездочки "**" можно увидеть расшифровку всех параметров – входных и выходных. Входные – выделены синим цветом и их значения можно, но не резко изменять. В окне пользователя есть также настроечные параметры для корректировки перепадов давления и энтальпии применительно к характеристикам работы конкретных турбин. Переходя влево от окна пользователя, можно увидеть фрагменты работы всех элементов турбины.
Энтальпия пара на выходе регулирующей ступени в модели определяется в результате смешения пара, прошедшего через отдельные открытые клапаны. Энтальпия пара, прошедшего через отдельный клапан и регулирующую ступень, рассчитывается аналогичным образом, как для обычной ступени, однако с учетом дросселирования пара на клапанах. При этом энтальпия пара в результате его дросселирования не изменяется, но меняются давление, объем и энтропия пара. В связи с тем, что в процессе работы регулирующей ступени возникают разные сочетания полностью открытых, полностью закрытых и частично открытых клапанов, эти сочетания разбиваются на ряд ситуаций, в каждой из которых учитывается работа тех или иных полностью или частично открытых клапанов.
Диаграмма парораспределения в ЦВД
В общую модель турбины, вернее турбоагрегата, входят также система регенерации (ПНД и ПВД), конденсатор, бойлера и деаэратор. Для этих узлов также строились отдельные модели, в основном на основе результатов проводимых на турбоагрегате испытаний. Ряд параметров модели может быть изменен в окошке пользователя, если это нужно для согласования работы модели с результатами эксплуатации или испытаний турбоагрегата. Возможна также более детальная подстройка модели путем изменения отдельных характеристик ступеней турбины и подключенных к ней узлов.
В связи с тем, что в модели турбоагрегата, как и в реальном турбоагрегате, имеется масса обратных связей, режим работы модели следует менять постепенно, небольшими порциями, иначе вместо расчета путем последовательных приближений произойдет сбой в расчетах и система выдаст ошибку. Частично эта проблема решается и решена за счет включения в модель фрагментов "антиразноса", которые сглаживают ход последовательных приближений.
Несколько иной подход к расчету ступеней представлен в CVD.XLS, Лист BFM. Здесь использована аппроксимирующая формула для переменной hP = h/(hadN*KoiN), где h – разность (перепад) энтальпий на входе и выходе ступени, KoiN и hadN – максимальный относительный КПД ступени и адиабатический перепад при этом КПД. KoiN и hadN являются индивидуальными характеристиками конкретной ступени. Формула имеет вид:
hP = a + ba * hadP ^ Sta + bb * hadP ^ Stb
где hadP = had / hadN и had – адиабатический перепад энтальпии (Iвх - Iад), ккал/кг;
значения a, ba, Sta и Stb – характеристики конкретной ступени, связанные с расчетом перепада энтальпии. При отсутствии детальной информации эти характеристики можно принять одинаковыми для всех ступеней.
Кроме этих характеристик, необходима еще одна характеристика k2p, связанная с расчетом перепада давления на ступени.
В целом, входные данные для расчета ступени имеют вид: p2, i1, D, k2p, hadN, KoiN, n,
где p2 – давление на выходе ступени в кгс/см2, i1 – энтальпия на входе ступени в ккал/кг, D – расход пара через ступень в т/ч, n – количество итераций, которое нужно задать для расчета ступени по методу последовательных приближений.
В итоге функция расчета ступени в VBA, который встроен в Excel, может иметь примерно следующий вид:
Function fpiv(p2, i1, D, k2p, hadN, KoiN, n)
a = -0.270783: ba = 7.668243: bb = -6.39746
Sta = 1.24: Stb = 1.33
il = 0: ilk = n ' il – переменная цикла итераций
P*V = -13.8891+0.970913*i1^0.43 ' – аппроксимация по табл. Вукаловича
L: kp = k2p * (P*V) ^ 0.5
p1 = (p2 ^ 2 + kp ^ 2 * D ^ 2) ^ 0.5
s1 = f(p1, i1) ' – аппроксимация по табл. Вукаловича
iad = f(s1, p2) ' – аппроксимация по табл. Вукаловича
had = i1 - iad: hadP = had / hadN
hP = a + ba * hadP ^ Sta + bb * hadP ^ Stb
h = hP * hadN * KoiN
i2 = i1 - h
P*V = -13.8891 + 0.970913 * i2 ^ 0.43
il = il + 1
If il <= ilk Then GoTo L 'возврат, если нужен перерасчет, в позицию "L:"
fpiv = Array(p1, i2)
End Function
Более полный текст функции см. CVD.XLS, Лист BFM. В том же файле на листе Л2 представлен упрощенный вариант расчета работы 14-ти ступеней ЦВД с использованием построенной функции fpiv.
Там же приведены варианты функции для ПВД, конденсатора и для регулирующей ступени.
Функция fpiv, записанная на языке Visual Basic, встроенном в Excel, является примером так называемой функции пользователя. Использование таких функций в моделях турбоагрегатов позволяет резко повысить устойчивость расчетов в отношении сбоев и сделать более компактным внешний вид моделей.