1. Цель и задачи дисциплины

1.1. Цель преподавания дисциплины

Дисциплина «Турбины ТЭС и АЭС» (Т-ТЭСиАЭС) является

одной из специальных, которые формируют инженера теплоэнергетика,

специализирующегося в области промышленного производства

тепловой и электрической энергии, ее учета, отпуска потребителям и

проектирования промышленных энергетических установок. Конечной

целью изучения дисциплины Т-ТЭСиАЭС является приобретение

профессиональных знаний, умения и навыков (владения) по следующим направлениям:

– устройство, принцип действия и теоретические основы, инженерные методики тепловых расчетов паровых и газовых турбин;

– инженерные методики расчетов на прочность элементов конструкции турбин;

– вибрационная надежность и регулирование режимов работы турбин;

– устройство, принцип действия и приемы эксплуатации масляного хозяйства турбин;

– устройство и приемы эксплуатации конденсаторных установок турбин.

1.2. Задачи изучения дисциплины Для достижения поставленной цели обучающийся должен решить следующие задачи:

– изучить устройство, принцип действия и технические характеристики паровых и газовых турбин разного типа серийного производства России и ведущих зарубежных фирм;

– изучить теоретические основы и приобрести практические навыки выполнения тепловых расчетов для определения основных параметров турбин;

– получить практические навыки выполнения инженерных расчетов на прочность элементов конструкции паровых и газовых турбин;

– получить практические навыки проведения инженерных расчетов по вибрационной надежности и инструментальной оценке технического состояния турбин;

– получить навыки инженерных расчетов и приемов эксплуатации масляного хозяйства турбин;

– получить знания и умение эксплуатации конденсатных установок паровых турбин;

– получить знания о методах и приемах решения нетиповых задач на основе более глубокого изучения научной и патентной литературы и развития творческого мышления.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина Т-ТЭСиАЭС изучается в течение 6 и 7 семестра на 3-м и 4-м курсах и базируется на устойчивых знаниях и практических навыках решения типовых (стандартных) задач следующих дисциплин:

– математика (алгебра, геометрия, тригонометрия, дифференциальные и интегральные вычисления);

– физика (механика, электричество, термодинамика);

– основы теплотехники;

– источники и системы теплоснабжения предприятий;

– гидравлика, гидро- газодинамика.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины Т-ТЭСиАЭС 3.1. Общекультурные компетенции Освоение дисциплины направлено на формирование у будущего специалиста промышленной теплоэнергетики следующих общекультурных компетенций:

ОК-1 – способность к правильному восприятию, обобщению и анализу информации; способность к постановке цели, выбора пути и выделению задач для ее достижения;

знать – основные способы производства тепловой и электрической энергии, ее транспортирования, распределения, потребления;

уметь – правильно выполнять расчеты основных параметров энергетических установок (систем) и выбор технологического оборудования;

владеть – навыками поиска необходимой информации, ее анализа и выбора рационального технического решения.

ОК-3 – уметь логически последовательно, аргументированно и ясно излагать мысли в устной, письменной и графической форме;

знать – общепрофессиональные и специальные термины (категории) в русском языке;

уметь – используя общепрофессиональную и специальную терминологию, правильно и ясно излагать устно и письменно информацию для адекватного восприятия ее как специалистами, так и работниками других отраслей с разным уровнем подготовки;

владеть – большим словарным запасом общепрофессиональных и специальных терминов (категорий, понятий).

ОК-11 – осознание социальной значимости своей будущей профессии, приобретение мотивации к выполнению профессиональных обязанностей;

знать – роль теплоэнергетики в создании и развитии материальнотехнической базы и в целом экономики России;

уметь – производить сравнительную оценку значимости своей будущей профессии по уровню оплаты труда, социальной защищенности, долговременной перспективы развития, престижности;

владеть – методами и приемами выполнения типовых профессиональных задач на высоком уровне производительности, качества и безопасности.

ОК-21 – осознание необходимости владения одним из иностранных языков для изучения зарубежного опыта в профессиональной деятельности и осуществления контактов со специалистами из ведущих стран мира;

знать – ключевые слова, фразы и сокращения (аббревиатуру) по выбранному направлению профессиональной деятельности на иностранном языке;

уметь – использовать минимальный запас иностранных слов и фраз для поиска необходимой информации и общения со специалистами отрасли в развитых странах;

владеть – навыками перевода текстов на иностранных языках со словарем или специальными программами (оболочками).

3.2. Общепрофессиональные компетенции Освоение дисциплины Т-ТЭСиАЭС направлено на формирование у будущего специалиста теплоэнергетика следующих общепрофессиональных компетенций:

ПК-4 – способность использования компьютера для сбора, хранения, обработки, анализа и передачи информации в разных форматах (аудио, видео, графика, текст и др.);

знать – правила безопасного использования персонального компьютера, принтера, сканера и других меди устройств;

уметь – правильно и безопасно пользоваться персональным компьютером и совместимыми с ним меди устройствами;

владеть – методами и приемами использования стандартных программ и оболочек для обработки информации и оформления рабочей документации в соответствии с требованиями ГОСТов, ЕСКД и других нормативных документов.

ПСК-9-2 – готовность эффективно и безопасно эксплуатировать энергетические установки и оборудование в различных технологических и климатических условиях;

знать – принципы действия, устройство и приемы эксплуатации энергетических установок и оборудования;

уметь – выбрать эффективные режимы эксплуатации энергетических установок и оборудования для заданных графиков отпуска тепловой и электрической энергии;

владеть – навыками оценки эффективности и безопасности эксплуатации энергетических установок и оборудования с учетом изменения нагрузки, а так же климатических и экономических ПСК-9-4 – готовность осуществлять комплекс организационных и технических мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации технологического оборудования энергетических установок с минимальным уроном для окружающей среды;

знать – возможную травмоопасность и негативное воздействие на окружающую среду разных видов энергетических установок и технологического оборудования;

уметь – выделить наиболее опасные для человека и окружающей среды элементы энергетических установок;

владеть – организационными и технологическими методами (приемами) повышения безопасности работы оборудования энергетических установок с минимальным уроном для окружающей 3.3. Матрица соотнесения тем лекций дисциплины Т–ТЭСиАЭС и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций дисциплины часов -1 -3 -11 -21 -4 -9-2 -9- 4. Структура и содержание дисциплины Т-ТЭСиАЭС Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц.

Затраты времени 216 часов: лекции – 52, лабораторные – 34, практические – 18, самостоятельная работа – 112.

Трудоемкость 1 самостоятельной работы – 0,100 ЗЕ.

Трудоемкость подготовки к зачету и его сдача – 0,446 ЗЕ.

Трудоемкость выполнения курсовой работы – 1,000 ЗЕ.

Трудоемкость подготовки к экзамену и его сдача – 1,000 ЗЕ.

4.1. Распределение аудиторного времени Учебным планом для изучения дисциплины «Турбины ТЭС и АЭС» предусмотрено проведение аудиторных занятий (лекции, лабораторные и практические) в объеме 104 часа.

Распределение аудиторного времени (час) 3. Компрессоры газовых турбин 4. Маслохозяйство 5. Конденсаторные установки турбин Трудоемкость занятий, ЗЕ 4.2. Содержание лекций Объем аудиторных лекционных занятий – 52 часа:

Введение Лекция 1. Содержание дисциплины и связь ее со смежными Общие сведения о турбинах ТЭС и АЭС.

Технический уровень современных турбин и предъявляемые Краткая история, роль ученых, научных коллективов и заводов в создании и развитии турбостроения.

Тепловые циклы ПТУ Лекция 2. Основные узлы, устройство и принцип действия паровой Термодинамический цикл теплосиловой установки.

Влияние параметров пара на КПД идеального цикла.

Лекция 3. Комбинированная выработка теплоты и электрической Промежуточный перегрев пара.

Регенеративный подогрев питательной воды.

Лекция 4. Принципиальные тепловые схемы современных ПТУ ТЭС.

Преобразование энергии в турбинной ступени Лекция 5. Номенклатура паровых турбин ТЭС и АЭС по ГОСТ 3618–82. Стандартные параметры пара.

Основные уравнения для потока сжимаемой жидкости.

Основные характеристики и параметры потоков в каналах.

Лекция 6. Преобразование энергии в турбинной ступени.

Относительный лопаточный КПД ступени.

Двухвенечная ступень (ступень скорости).

Лекция 7. Радиальные и радиально-осевые ступени.

Геометрические и газодинамические характеристики Турбинные решетки при переменном режиме работы.

Лекция 8. Особенности конструкции и режимов нагружения ступеней Особенности конструкции и режимов нагружения ступеней Особенности конструкции и режимов нагружения ступеней Лекция 9. Полуторный подвод пара (ступень Баумана).

Лекция 10. Расширение рабочего тела в косом срезе.

Определение размеров сопловых и рабочих лопаток для Определение размеров сопловых и рабочих лопаток для Лекция 11. Внутренний относительный КПД ступени.

Дополнительные потери энергии в ступени турбины.

Многоступенчатые паровые турбины Лекция 12. Тепловой процесс в многоступенчатой паровой турбине.

Коэффициент возврата теплоты Лекция 13. Конструкции уплотнений турбин.

Лекция 14. Эрозия деталей паровых турбин.

Осевые усилия, действующие на ротор турбины.

Лекция 15. Предельная мощность однопоточной турбины.

Определение диаметров, числа ступеней и распределение теплоперепадов по ступеням турбины.

Лекция 16. Особенности конструкций и режимов работы турбин АЭС.

Работа турбины при переменном режиме Лекция 17. Работа ступени при нерасчетном режиме.

Распределение давлений и тепловых перепадов по ступеням Лекция 18. Способы парораспределения.

Выбор системы парораспределения.

Лекция 19. Регулирование мощности турбины скользящим давлением.

Влияние отклонения начальных параметров пара и температуры промежуточного перегрева на мощность турбины.

Лекция 20. Влияние конечного давления пара на мощность турбины.

Диаграммы режимов работы паровых турбин.

Лекция 21. Статическое и астатическое регулирование.

Параллельная работа турбогенераторов.

Лекция 22. Регулирование турбин с промежуточным перегревом пара.

Регулирование теплофикационных турбин Схемы и циклы газотурбинных установок Лекция 23. Цикл простой ГТУ.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты.

Лекция 24. Влияние температуры и КПД агрегатов на характеристики Влияние сопротивления газового и воздушного трактов.

Лекция 25. Влияние механических потерь и утечек в уплотнениях на ГТУ с промежуточным подводом теплоты и охлаждением Лекция 26. Влияние t0 газа на характеристики ГТУ.

Высокотемпературные ГТУ.

4.3. Содержание лабораторных работ Объем аудиторных лабораторных занятий – 34 часа:

Роторы турбин и компрессоров.

Изучение конструкции теплофикационной паровой турбины с противодавлением Р-7,5-35/5 (КТЗ). Турбонасосная установка Изучение конструкции конденсатной паровой турбины без промежуточного перегрева К-50-90-3 (ЛМЗ). Изучение конструкции конденсатной паровой турбины с промежуточным перегревом К-300-240-3 (ЛМЗ).

Изучение конструкции теплофикационной паровой турбины без промежуточного перегрева Т-110/120- Изучение конструкции теплофикационной паровой турбины с противодавлением ПТР-30-90/15.

Изучение конструкции мощной теплофикационной паровой турбины с промежуточным перегревом Т-250/300-240 (УТМЗ) Изучение конструкции конденсатной паровой турбины для АЭС К-1000-5,9/50 (ЛМЗ).

Изучение конструкции газовой турбины малой Изучение конструкций турбокомпрессоров.

4.4. Содержание аудиторных практических занятий Объем аудиторных практических занятий – 18 часов: 6 семестр – 6, 7 семестр – 12 часов.

Тепловые циклы паротурбинных установок (I.5, I.12, Истечение пара и расчет сопел (II.2, II.4, II.25, II.33, Гидравлический расчет ступени турбины (III.1, III.5, Расчет уплотнений турбины (IV.1, IV.4, IV.5, IV.10, Расчет многоступенчатых турбин (V.19, V.22, V.25) Работа турбины при переменном режиме (VI.1, VI.2, Расчет дисков турбины на прочность (IX.12) Расчет вала турбины на прочность и вибрацию (Х.3;

Расчет потерь мощности и расхода масла в упорном подшипнике Митчеля (ХI.5) Самойлович Г.С.

4.5. Содержание самостоятельной работы Самостоятельная работа студентов при изучении дисциплины Т-ТЭСиАЭС и подготовке к зачету и экзамену планируется в объеме 112 часов и должна включать:

– работу с научно-технической и справочной – работу с нормативной литературой по устройству и эксплуатации промышленных теплоэнергетических – решение контрольных учебных задач и анализ Самостоятельная работа: 6 семестр 46 часов – 1,278 ЗЕ;

4.6. Распределение трудоемкости изучения дисциплины Т–ТЭСиАЭС по видам аудиторной и самостоятельной КТ- итого КТ- итого КТ- итого КТ- итого КТ- итого КТ- итого КТ- итого КТ- итого Итого за 6 и 7 семестр (по дисциплине) 7,000 ЗЕ + – проставляется при отсутствии пропуска занятий 4.6. Курсовая работа Курсовая работа (КР) выполняется в 7 семестре. Трудоемкость выполнения и защиты КР составляет 1,000 ЗЕ.

КР включает пояснительную записку и графическую часть.

Пояснительная записка объемом до 40 печатных страниц должна включать:

Титульный лист Задание на проектирование Содержание Введение Основной раздел. Тепловой расчет паровой (газовой) турбины.

Специальный раздел. Расчет нагрузочных характеристик турбины.

Список литературы.

Приложения (при необходимости) В основном разделе для заданных параметров пара и режима нагружения турбины производится ее тепловой расчет.

В специальном разделе рассчитываются и строятся в виде графиков нагрузочные характеристики турбины для заданного диапазона рабочих режимов.

Графическая часть выполняется на одном листе формата А1 и должна включать:

– продольное сечение турбины;

– тепловая схема;

– экспликацию основного и вспомогательного оборудования установки;

– h-S диаграмма расширения пара в турбине;

– таблица с характеристиками пара и воды в ключевых точках тепловой схемы;

– технико-экономические показатели работы установки в типовых (плановых) режимах.

Трудоемкость выполнения КР складывается из следующих частей:

– выполнение расчетов и оформление – выполнение графической части КР (1 лист формата А1 – электронная графика) – 0,280 ЗЕ;

Приветствуется выполнение курсовой работы применительно к реальным турбинам, установленным на ТЭС и АЭС в Кузбассе и в близлежащих регионах, а также на мини-ТЭЦ промышленных предприятий Кемеровской области.

4.7. Решение контрольных учебных задач Содержание и трудоемкость решения контрольных задач для текущей проверки самостоятельной работы студента Выполнить расчет сопел парораспределительной коробки турбины для задан- 0, Выполнить тепловой расчет для заданной многоступенчатой турбины и ре- 0, Оценить изменение эффективности работы турбины при переводе ее с одного 0, 4.8. Выполнение контрольных работ Выполнение контрольных работ предусматривается для студентов заочной формы обучения и очной формы при получении второго образования. Трудоемкость выполнения контрольных работ 1,000 ЗЕ. Они предусмотрены учебным планом у заочников в 7 и 8 семестре, у очников по второму образованию – в 3 и 4 семестре.

Студенты очной формы обучения при получении первого образования контрольных работ не выполняют.

Содержание и трудоемкость выполнения контрольных работ для текущей проверки самостоятельной работы студента образов.

образов.

4.9. Контроль успеваемости студентов по дисциплине 4.9.1. Текущий контроль успеваемости Текущий контроль успеваемости студентов предусматривается производить:

– по лекционному материалу;

– по материалам лабораторных работ;

– по материалам практических занятий;

– по результатам самостоятельного решения контрольных задач.

Виды учебной работы и распределение трудоемкости В 6 семестре при суммарной оценке 1,00 ЗЕ и более по четырем контрольным точкам студент освобождается от решения задачи на зачете.

В 7 семестре при суммарной оценке 1,500 ЗЕ и более по четырем контрольным точкам студент освобождается от решения задачи на экзамене.

4.9.2. Завершающий контроль успеваемости Текущий контроль успеваемости студентов предусматривается производить в следующей форме:

– после 6 семестра – письменный зачет;

– после 7 семестра – письменный экзамен.

В билете 2 теоретических вопроса и 1 задача. Полный ответ на 1 теоретический вопрос оценивается в 1,5 балла. Правильное решение задачи оценивается в 2,0 балла.

Дополнительные 0,5 балла по каждому теоретическому вопросу студент может получить:

– при изложении материала в большем объеме;

– при наличии соответствующей информации из смежных дисциплин;

– при демонстрации конкретных примеров или расчетов.

Дополнительные 0,5 балла по задаче студент может получить при правильном решении ее несколькими способами.

На подготовку к зачету и его сдачу предусматривается 16,5 часов или 0,458 ЗЕ.

На подготовку и сдачу экзамена предусматривается 36 часов или 1,000 ЗЕ Учебным планом дисциплины Т–ТЭСиАЭС предусмотрены аудиторные занятия в объеме 104 часов (лекции – 52 часа, лабораторные – 34 часа, практические – 18 часов).

Для сокращения потерь времени и повышения качества исполнения графической информации к лекциям следует разработать комплект раздаточного материала.

Для проведения лабораторных работ следует подготовить комплект методических указаний (инструкций) для изучения устройства и приемов эксплуатации паровых и газовых турбин.

Для проведения практических занятий подготовлены электронные h-S диаграммы водяного пара в форматах: А4, А3, А2.

Для проведения текущего контроля успеваемости следует разработать комплект контрольных задач по тематике практических занятий для самостоятельного решения.

Для текущего контроля успеваемости по теоретической части дисциплины начале каждой лекции следует производить устный опрос по основным вопросам предыдущей лекции в течение 5-7 минут.

Для самостоятельного контроля успеваемости по теоретической части дисциплины, в помощь обучающимся студентам, следует разработать комплект тестовых заданий (600 ед.) и установить в аудитории 1049 на ПК.

Интерактивные формы текущего контроля знаний предусмотрены в объеме 18 часов – 17% от общего числа аудиторных занятий.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и учебно-методическое обеспечение самостоятельной Для текущего контроля успеваемости, промежуточной и заключительной аттестации следует использовать:

– контрольные вопросы по каждой лекции;

– контрольные вопросы и задачи по каждой лабораторной работе;

– тестовые задания по всей дисциплине и по каждому её разделу;

– контрольные вопросы на зачет;

– контрольные вопросы на экзамен.

Перечисленные средства контроля успеваемости студентов позволят оперативно оценивать степень обладания заявленными компетенциями обучающихся.

6.1. Контрольные вопросы по лекциям Лекция 2. Основные узлы, устройство и принцип действия паровой Термодинамический цикл теплосиловой установки.

Влияние параметров пара на КПД идеального цикла.

Вопросы и задания.

1. Перечислить основные элементы паровой турбины Г. Лаваля.

2. Как происходит преобразование энергии пара в механическую работу – вращение ротора турбины?

3. Какие термодинамические процессы выполняются в течение одного цикла в теплосиловой установке?

4. Как влияет начальное давление пара на КПД идеального цикла?

5. Как влияет начальная температура пара на КПД идеального цикла?

6. Как влияет конечное давление пара на КПД идеального цикла?