Электронный учебно-методический комплекс

«Турбомашины АЭС»

доцент каф. ПГТ, к.т.н. А.И. Лебедева

Автор:

140700 Ядерная энергетика и теплофизика,

Направление

профиль: Атомные электрические станции и установки

подготовки:

Дисциплина: Турбомашины АЭС (6, 7 семестр)

Адрес ресурса:

Почтовый и актуальный электронный адрес (адреса) авторов Контактная ресурса, по которому можно получить дополнительную информация:

информацию, приобрести ресурс или заключить договор об его использовании [email protected] Виды занятий, поддерживаемые ресурсом Лекции 3 часа (6 семестр) и 1 час (7 семестр) в неделю, практические занятия 1 час в неделю. Самостоятельная работа 80 часов, из них 18 часов расчетное задание (6 семестр) и 40 часов, курсовой проект 72 часа (7 семестр).

Состав ресурса 1. Рабочая программа учебной дисциплины.

2. Технологическая карта работы студента по дисциплине.

3. Конспект лекций.

4. Методические указания по проведению практических занятий.

5. Контролирующие материалы в соответствии с рабочей программой дисциплины:

тестовые задания, вопросы контрольных работ, домашние задания, вопросы и задачи, выносимые на зачет и экзамен, экзаменационные билеты.

Содержание ресурса Лекции 6 семестр 1. Классификация турбомашин по различным признакам. Циклы турбинных установок.

Основные понятия и определения. Классификация турбомашин по различным признакам. Общие характеристики турбомашин: турбин, насосов, вентиляторов, компрессоров и их особенности по сравнению с другими типами машин. Области применения. Обозначения турбомашин ТЭС и АЭС. Краткая историческая справка о развитии теории и применения турбомашин. Место турбомашин в схеме преобразования энергии на ТЭС и АЭС. Циклы турбинных установок, используемых на ТЭС и АЭС.

Особенности турбоустановок АЭС. Внешняя сепарация и промежуточный перегрев.

Коэффициенты полезного действия турбины и турбоустановки.

2. Классификация и характеристики турбинных решеток.

Классификация и характеристики турбинных решеток турбомашин. Сопловые и рабочие решетки. Геометрические характеристики и режимные параметры, аэродинамические характеристики. Общее уравнение Эйлера для турбомашин («турбинное уравнение Эйлера») и его анализ.

3. Турбинная ступень.

Турбинная ступень. Конструкция, принцип действия, процесс в h,s-диаграмме.

Преобразование энергии в турбинной ступени. Кинематика потока ступени. Степень реактивности ступени. Треугольники скоростей. Выбор типа профилей решеток и методы определения их аэродинамических характеристик на перегретом и влажном паре. Учет особенностей сверхзвукового потока.

Основные потери в турбинной ступени: потери в сопловых и рабочих решетках, потери с выходной скоростью. Относительный лопаточный КПД ступени ол. Зависимость КПД ол от отношения скоростей u/сф. Оптимальная величина параметра u/сф.

Относительный внутренний КПД ступени оi. Дополнительные потери в ступени: потери от трения диска о пар, потери от парциальности, потери от утечек в диафрагменных и надбандажных уплотнениях. Зависимость КПД оi от отношения скоростей u/сф.

4. Расчет и проектирование турбинной ступени, работающей на перегретом паре.

Методика расчета и проектирования турбинной ступени, работающей на перегретом паре. Усилия, действующие на рабочую лопатку и мощность ступени. Расчет рабочих лопаток на прочность. Способы повышения прочности рабочих лопаток. Вибрационная надежность рабочих лопаток 5. Расчет и проектирование турбинной ступени, работающей на влажном паре.

Образование влаги в элементах турбины. Особенности течения двухфазных потоков с каплями влаги. Потери энергии при образовании влаги и при течении двухфазного потока. Расчет характеристик турбинных решеток. Влияние влажности на характеристики турбинных решеток.

Методика расчета и проектирования турбинной ступени, работающей на влажном паре. Влияние влажности на треугольники скоростей. Процесс в h,s-диаграмме для ступени, работающей на влажном паре. Расчет относительного лопаточного КПД ступени ол с учетом влажности. Выбор характеристик и методика расчета и проектирования турбинной ступени на влажном паре. Пример расчета ступеней влажнопаровых турбин.

6. Многоступенчатые турбины.

Необходимость применения многоступенчатых турбин, преимущества и недостатки.

Выбор основных параметров. Рабочий процесс в многоступенчатой турбине.

Современные и перспективные конструкции турбомашин АЭС. Быстроходные и тихоходные турбины АЭС и особенности их конструкций. Типы роторов. Виды облопачивания. Конструкция статора турбины. Уплотнения: диафрагменные, надбандажные, концевые. Конструкция опорных и упорных подшипников.

Предельная мощность одноступенчатой турбины. Способы повышения единичной мощности. Выбор частоты вращения и числа цилиндров влажнопаровых турбин АЭС.

Влияние влажности на характеристики группы ступеней. Удаление влаги из проточной части турбины. Способы сепарации влаги. Методы расчета сепарации влаги.

Оценка коэффициентов полезного действия для цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления турбины АЭС.

Определение числа ступеней, размеров ступеней и распределение теплоперепадов между ними. Концевые уплотнения турбины в одноконтурных и двухконтурных АЭС.

Осевые усилия и способы их уравновешивания.

Способы изменения мощности турбин. Системы парораспределения и их выбор.

7. Расчет ступени с учетом изменения параметров потока по радиусу.

Пределы применимости одномерной теории турбомашин. Результаты анализа способов осреднения и их влияние на интегральные величины. Допустимые отклонения расчетных схем от реального течения. Расчет ступени с учетом изменения параметров потока по радиусу. Выигрыш экономичности при учете пространственности потока в ступени. Трехмерная задача и современные возможности ее решения для ступени турбины. Уравнения радиального равновесия и способы «закрутки» лопаток.

Методы снижения неравномерности потока по радиусу ступени. Результаты технико-экономической оценки целесообразности применения ступеней с переменным по высоте профилем лопатки. Этапы расчета ступеней большой веерности. Примеры конструктивного выполнения ступеней.

8. Эрозия и коррозия в турбинах АЭС.

Эрозия и коррозия в турбинах АЭС. Методы предупреждения эрозии и коррозии.

Расчет периферийной сепарации. Количественная оценка эрозии и значения предельной влажности. Активные и пассивные методы защиты от эрозии. Коррозия в турбинах АЭС, ее основные виды и механизмы. Активные и пассивные методы защиты от коррозии.

1. Применение нагнетательных турбомашин на АЭС.

Применение нагнетательных турбомашин на АЭС, их характеристики, параметры и обозначения. Насосное оборудование АЭС специального назначения и общепромышленного исполнения. Характеристики насоса: подача, напор, давление, удельная энергия, скорость вращения, мощность, коэффициент полезного действия.

Устройство и принцип действия одноступенчатого центробежного насоса.

2. Кинематика потока в центробежной нагнетательной турбомашине.

Характеристики насоса Кинематика потока в центробежной нагнетательной турбомашине. Теоретические характеристики насоса. Степень реактивности. Влияние формы лопаток рабочего колеса на характеристики центробежных машин. Действительные характеристики насоса, потери энергии в насосах. Коэффициент быстроходности и зависимость от его величины характеристик и конструктивных особенностей насосов.

3. Применение теории подобия в расчетах и проектировании насосов.

Применение теории подобия и размерности в расчетах и проектировании насосов.

Пересчет характеристик насосов при изменении скорости вращения и размеров колеса насоса. Совместная работа нескольких машин на общую сеть. Последовательное и параллельное включение насосов.

4. Способы регулирования производительности насосов. Явление кавитации.

Способы регулирования производительности насосов: дросселированием, перепуском, изменением скорости вращения рабочего колеса. Явление кавитации, допустимая высота всасывания и кавитационный запас.

5. Многоступенчатое повышение давления в насосах.

Многоступенчатое повышение давления в насосах. Конструктивные особенности насосов АЭС различного назначения. Конструкция, принцип действия и распределение параметров вдоль проточной части. Особенности методов расчета. Осевые усилия и способы их уравновешивания.

Схемы включения, особенности условий работы и конструкций насосов АЭС:

главных циркуляционных (ГЦН), питательных, конденсатных, циркуляционных и других.

Показатели экономичности турбин и турбоустановок АЭС. Приближенная оценка характеристик: КПД, расходов, мощностей, разделительного давления. Сравнение вариантов.

Процесс расширения пара в турбинной ступени. Расчет треугольников скоростей и выбор профилей сопловой и рабочей решеток.

Определение аэродинамических характеристик на перегретом и влажном паре.

Определение основных потерь в турбинной ступени и КПД oл.

Определение дополнительных потерь в турбинной ступени и КПД oi.

Расчет турбинной ступени, работающей на перегретом паре.

Расчет турбинной ступени, работающей на влажном паре.

Расчет на прочность рабочих лопаток.

Расчет числа ступеней и распределение теплоперепадов по ступеням в цилиндре многоступенчатой турбины.

Расчет гидравлических потерь в сети.

Определение теоретических характеристик насоса.

Кинематика потока жидкости в рабочем колесе насоса. Треугольники скоростей.

Пересчет характеристик насоса по методу подобия на требуемые условия.

Определение размеров проточной части центробежного насоса по методу подобия на требуемые условия.

Подбор насосов (вентиляторов) по каталогу с использованием коэффициента быстроходности.

Работа насоса в сети. Способы регулирования производительности насосов.

Совместная работа нескольких насосов на общую сеть. Определение характеристик группы машин при последовательном и параллельном соединении.

Определение допустимой высоты всасывания.