Cílem diplomové práce je navržení kondenzační parní turbíny neobvyklých parametrů. Práce sestává z výpočtu tepelného cyklu, návrhu průtočné části a základních analytických výpočtů pevnostního namáhání. Při návrhu jednotlivých konstrukčních uzlů bylo také provedeno několik analýz za pomoci numerických metod. CFD analýza zkoumá tlakovou ztrátu mezi stupni parní turbíny, MKP analýza slouží k dimenzování vnitřního tělesa a kontrola dynamického chování rotorové soustavy ověřuje schopnost provozu turbíny na jmenovitých otáčkách.
Anotace v angličtině
This diploma thesis deals with design of condensing steam turbine of unusual parameters. The paper presents thermodynamic cycle calculation, flowpath design and basic stress calculations. A few analysis were performed using numerical methods to support a design of particular construction tasks. CFD analysis deals with pressure loss between steam turbine stages, FEM analysis is used to determine the construction of inner casing and rotordynamic analysis verifies the ability of turbine to run at operating speed and rotor behaviour.
Cílem diplomové práce je navržení kondenzační parní turbíny neobvyklých parametrů. Práce sestává z výpočtu tepelného cyklu, návrhu průtočné části a základních analytických výpočtů pevnostního namáhání. Při návrhu jednotlivých konstrukčních uzlů bylo také provedeno několik analýz za pomoci numerických metod. CFD analýza zkoumá tlakovou ztrátu mezi stupni parní turbíny, MKP analýza slouží k dimenzování vnitřního tělesa a kontrola dynamického chování rotorové soustavy ověřuje schopnost provozu turbíny na jmenovitých otáčkách.
Anotace v angličtině
This diploma thesis deals with design of condensing steam turbine of unusual parameters. The paper presents thermodynamic cycle calculation, flowpath design and basic stress calculations. A few analysis were performed using numerical methods to support a design of particular construction tasks. CFD analysis deals with pressure loss between steam turbine stages, FEM analysis is used to determine the construction of inner casing and rotordynamic analysis verifies the ability of turbine to run at operating speed and rotor behaviour.
Máte za úkol navrhnout kondenzační parní turbínu o výkonu cca 220 MW bez přihřívání páry do papírny s regenerací, procesním odběrem a výstupem dolů do kondenzátoru. Návrh bude zpracován pro následující parametry:
Provoz V1: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,5, množství admisní páry m1 = 1000 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 440 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Provoz V2: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,2, množství admisní páry m1 = 800 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 265 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Provoz V3: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,3, množství admisní páry m1 = 500 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 0 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Otáčky turbíny 3600 ot/min. Regeneraci uvažovat v konfiguraci 1x NTO a 1x odplyňovák. Zadané provozy uvažovat jako ventilové body turbíny. Vhodně zvolit typ regulace turbíny za předpokladu pevného vstupního tlaku. Další nespecifikované parametry cyklu vhodně zvolit. Máte za úkol provést: návrh tepelného cyklu a vypracovat tepelné schéma pro zadané provozy, výpočet průtočné části optimalizované pro zadané provozy - vyhodnocení provést dle vzorce pro vážený výkon P = \recke{Sigma} Wi Pi, volbu materiálů a určit hmotnost hlavních dílů turbíny. Vytvořit cenové kalkulace uvažovaných řešení a tyto mezi sebou porovnat dle vyhodnocení 300 EUR/kWh. Pro zvolené řešení provést dále: základní pevnostní výpočty, kontrolu dynamického chování rotorové soustavy včetně generátoru, výpočet tlakové ztráty případným přeprouděním páry prostorem mezi vnitřním a vnějším tělesem (výpočet proudění metodou CFD), výpočet detailního pevnostního namáhání vnitřního tělesa (zejména v oblasti vstupů) metodou MKP, nakreslit podélný řez turbínou.
Zásady pro vypracování
Máte za úkol navrhnout kondenzační parní turbínu o výkonu cca 220 MW bez přihřívání páry do papírny s regenerací, procesním odběrem a výstupem dolů do kondenzátoru. Návrh bude zpracován pro následující parametry:
Provoz V1: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,5, množství admisní páry m1 = 1000 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 440 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Provoz V2: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,2, množství admisní páry m1 = 800 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 265 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Provoz V3: váhový faktor pro vyhodnocení Wi = 0,3, množství admisní páry m1 = 500 t/h, tlak admisní páry p1 = 84,0 bar(a), teplota admisní t1 = 485 \st{}C, požadovaný tlak a množství v procesním odběru pO2 = 5,0 bar(a), mO2 = 0 t/h, teplota napájecí vody tNV = 142 \st{}C, tlak na výstupu z NT dílu pk = 0,15 bar(a). Otáčky turbíny 3600 ot/min. Regeneraci uvažovat v konfiguraci 1x NTO a 1x odplyňovák. Zadané provozy uvažovat jako ventilové body turbíny. Vhodně zvolit typ regulace turbíny za předpokladu pevného vstupního tlaku. Další nespecifikované parametry cyklu vhodně zvolit. Máte za úkol provést: návrh tepelného cyklu a vypracovat tepelné schéma pro zadané provozy, výpočet průtočné části optimalizované pro zadané provozy - vyhodnocení provést dle vzorce pro vážený výkon P = \recke{Sigma} Wi Pi, volbu materiálů a určit hmotnost hlavních dílů turbíny. Vytvořit cenové kalkulace uvažovaných řešení a tyto mezi sebou porovnat dle vyhodnocení 300 EUR/kWh. Pro zvolené řešení provést dále: základní pevnostní výpočty, kontrolu dynamického chování rotorové soustavy včetně generátoru, výpočet tlakové ztráty případným přeprouděním páry prostorem mezi vnitřním a vnějším tělesem (výpočet proudění metodou CFD), výpočet detailního pevnostního namáhání vnitřního tělesa (zejména v oblasti vstupů) metodou MKP, nakreslit podélný řez turbínou.
Seznam doporučené literatury
Ščegljajev A. V.: Parní turbíny I., II., SNTL Praha, 1983
Škopek J.: Parní turbíny - tepelný a pevnostní výpočet, ZČU v Plzni, 2007
Fiedler J.: Parní turbíny - návrh a výpočet, 1. vyd. Brno, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2004