STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 1/13

Transcriptie

1 VAK: Stooturbines A Set Proeftoets AT0 STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /3

2 DIT EERST LEZEN EN VOORZIEN VAN NAAM EN LEERLINGNUMMER! Bescikbare tijd: 00 inuten Uw naa:... Klas:... Leerlingnuer: Instructies voor et invullen van et antwoordblad.. Dit tentaen bestaat uit 8 opgaven.. De antwoorden scrijft u op de door de scool te verstrekken antwoordforulieren. 3. Noteer op alle antwoordforulieren uw Naa, de Klas, et Vak, de Periode en de Set. 4. Beantwoord de vragen zo volledig ogelijk. Vereld bij rekenopgaven de berekening op de antwoordforulieren. 5. U ag tijdens et tentaen gebruik aken van: Een tabellenboek, zonder aantekeningen; Foruleblad Rekenacine Stootabel s diagra (Mollier diagra) 6. Direct na afloop van et tentaen levert u alle forulieren (vragenforulier, antwoordbladen en kladpapier) in bij de docent(e). 7. Puntenverdeling SOM Cijfer Aantal punten 9 Vastgesteld dd. Veel succes! STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /3

3 VAK: Stooturbines A. Set AT 0 (Les 0.0) De rotor van een Zoelly turbine draait et een toerental van 50 Hz. De geiddelde diaeter over de loopscoepen bedraagt 0,5 eter. De absolute intredeoek van de stoo,, bedraagt 8. De absolute uittredeoek van de stoo uit et loopwiel bedraagt 90. Wrijvingsverscijnselen blijven buiten bescouwing. De totale warteval welke voor deze turbine bescikbaar is, bedraagt 7,8 kj/kg. Bereken et aantal trappen waaruit deze turbine bestaat Allereerst berekenen we de geiddelde otreksneleid U D n 0, ,5 / s Bekend is voor de Zoelly turbine, dat bij et gunstigste toerental, geldt: U 0,5 C cos zodat U 78,5 C 65, / s 0 cos cos8 Er geldt voor de absolute uitrede sneleid uit de straalbuizen, stellend dat C C0 : C 000 zoelly zodat * 7,8 zoelly 0 trappen C 65,. (Les 04.0) Aan een turbine is een tweetraps Curtis turbine voorgescakeld. Van deze acine is bekend dat de geiddelde diaeter van et loopwiel van de Curtis twee aal de geiddelde diaeter van de daarna volgende trappen eet. Bescouw iertoe ook onderstaande afbeelding waarop een dergelijke turbine is weergegeven. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 3/3

4 Sceatisce weergave van een voorgescakelde tweetraps Curtis turbine aan een turbine. Bereken et aantal reguliere trappen wat door deze voorgescakelde Curtis turbine vervangen wordt. Ga daarbij uit van ideale ostandigeden. Er wordt uitgegaan van ideale ostandigeden. Van een tweetraps Curtis turbine is bekend U 4 ge. Curtis C, Curtis cos Zo ook voor de weten we U C ge., cos Uit et gegeven volgt D D ge. Curtis ge. U U ge. Curtis ge. 4 C C, Curtis, cos cos Hieruit volgt STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 4/3

5 C 0000, Curtis 0, Curtis 8 C, 0, 0000 Hieruit volgt 8 waarna 64 en tenslotte dus 3 De voorgescakelde Curtis turbine vervangt aldus 3 reguliere trappen. 3. (Les 09.0) Aan een engvoorwarer als weergegeven op onderstaande afbeelding voert en 3 kg condensaat per seconde toe en ook 4 kg ake up water. Het condensaat bezit de verzadigingsteperatuur welke beoort bij de gegeven condensordruk. De teperatuur van et ake up water bedraagt slects 0. Het ontgaste condensaat verlaat nu, tans overigens dienend als voedingwater voor de ketel, deze ontgasser, et een teperatuur welke gelijk is aan de verzadigingsteperatuur welke beoort bij de druk welke eerst in deze ontgasser. Deze druk bedraagt 3 bar. O deze druk te andaven is een drukregelaar geïnstalleerd. Zie ook STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 5/3

6 bovenstaande afbeelding. Naast stoo voor de turbine, levert de ketel ook 4 kg per seconde stoo aan een externe verbruiker. Hiertoe dient de oeveeleid ake up water. De verwaringstoo voor de ontgasser wordt onttrokken aan de stooturbine welke werkt et verse stoocondities: 80 bar 440 C De condensordruk bedraagt 0, bar Het inwendig rendeent van de acine ag worden gesteld op 93 %. De acine is slects uitgevoerd et één enkele aftap. Deze bevindt zic op de gunstigste plaats en dient ter voorwaring van et voedingwater. Zoals bekend ag worden verondersteld bevindt zic et gunstigste aftappunt (ongeveer) alverwege de warteval. Bijlagen: Stootabel verzadiging en Mollier diagra) Bereken et verogen van de turbine indien gegeven is dat et ecanisc rendeent 98% bedraagt. (Door afrondingen kunnen kleine verscillen ontstaan) De ontgasser is opgenoen in et stooloopscea als is weergegeven op onderstaande afbeelding. Allereerst dienen een aantal belangrijke entalpiewaarden worden vastgesteld. We aken ierbij gebruik van et Mollier diagra. Voor de werijze in dat diagra wordt verwezen naar onderstaande afbeelding waarop de werijze duidelijk wordt geaakt. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 6/3

7 De resultaten zijn voor zover ogelijk verwerkt in et bovenstaande stooloopscea. De entalpie van de verse stoo bedraagt 347 kj/kg en de entalpie van de afgewerkte stoo, indien isentrope warteval zou worden verondersteld, bedraagt 065 kj/kg. Hieruit kan de teoretisce warteval worden berekend. teoretisc OS, teoretisc kj / kg Vervolgens kan nu de praktisce warteval worden berekend. praktisc inwendig teoretisc 0, kj / kg De werkelijke entalpiewaarde na expansie bedraagt daaree, werkelijk OS werkelijk kj / kg De entalpie van de aftapstoo, ten beoeve van de ontgassing van et condensaat, bedraagt nu werkelijk aftapstoo OS 00 aftapstoo kj / kg STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 7/3

8 In et Mollierdiagra kan nu gevonden worden dat de aftapdruk (ongeveer) 5,65 bar bedraagt bij en teperatuur van (ongeveer) 56 C. Nadat bovenstaande gegevens verzaeld zijn, kunnen de feitelijke berekeningen een aanvang neen. Het verogen van de turbine kan worden berekend et de volgende forule P stoo OS aftap Hierin is de fractie aftapstoo. aftap Deze waarde kan worden berekend uit de wartebalans over de ontgasser. Bedenk dat ierbij rekening oet worden geouden et de oeveeleid ake up water, welke de stookringloop binnen wordt gebract et een lagere entalpiewaarde dan die van et condensaat afkostig uit de condensor! Dit gebeurt in en engpunt, juist voor de ontgasser. Zie iertoe ook onderstaande afbeelding waarop en detail zictbaar is van dit engpunt. De voedingwateroeveeleid naar de ketel bedraagt 36 kilogra per seconde en dit wordt in de ketel ogevord tot stoo, waarvan 4 kilogra per seconde naar een externe verbruiker gaat en 3 kilogra per seconde naar de turbine wordt gevoerd. Ten beoeve van et ontgassen van et condensaat (voedingwater) wordt een fractie,, aan et expansieproces onttrokken. De onttrokken oeveeleid bedraagt daaree 3 kg/s. De volgende wartebalans kan nu worden opgesteld: condensaat condensaat ake up akeup aftap stoo aftap stoo voedingwater voedingwater , , 5 Uitwerken geeft STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 8/3

9 , ,748 Het verogen van de turbine kan nu worden berekend et de volgende forule P stoo OS aftap aftap , kw 3, MW P 3 4. (Les 03.0) Gegeven is een turbine welke bestaat uit 35 dubbele trappen. Aan deze turbine wordt verzadigde stoo toegevoerd et een druk van 5 bar. De warteval vindt plaats tot op een condensordruk van 0,035 bar. Het voctgealte in de stoo bedraagt daarbij 0 %. De diaeter van de loopwielen bedraagt 0,75 eter. De absolute intredeoek. Er wordt verondersteld dat de uittredesneleid de kleinste waarde bezit, etgeen betekent dat 90. Bereken et toerental van de turbine. Allereerst bepalen we de benodigde entalpiewaarden. We aken ierbij gebruik van de stootabel en vinden voor de entalpie van verzadigde stoo, bij een druk van 5 bar, 790 kj/kg. Voor de entalpie van de afgewerkte stoo wordt gebruik geaakt van de zogeeten efbooregel. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 9/3

10 x VS ( 0,05) ( x) Water(0,05) 0,8 56 ( 0,8) Afgewerkte stoo uit de turbine bedraagt daaree dus 076 kj/kg Praktisce warteval kj / kg Het toerental van de turbine kan dan gevonden worden uit n 000 p D ge ,75 60,6 Hz 5. (Les 05.0) Bereken de optredende centripetale kract bij een rotor waarvan de afwijking van et zwaartepunt van de rotorassa ten opzicte van de artlijn van de as van draaiing 0,003 bedraagt. Deze rotor eeft een gewict van 0 ton en draait et een toerental van 50 Hz. Welke invloed zal deze centripetale kract op et draaigedrag van de turbine ebben?. Voor de forule van de centripetale kract geldt F c F c F c R 0 0 n R ,030 F c N 355 kn 35 ton Deze kract oet uiteindelijk worden opgevangen door de lagers van de turbine. Daar kan een dergelijke kract onbalans en trillingen veroorzaken wat een afnae van et ecanisc rendeent et zic eebrengt. 6 (Les 06.0) Van een regeneratieve condensor, als weergegeven op bijgaande afbeelding, zijn de volgende gegevens bekend: - condensordruk = 0,05 bar STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 0/3

11 - dapgealte van de in de condensor stroende stoo = 90% - koelwater inlaatteperatuur = 7 C - koelwater uitlaatteperatuur = C - condensaatstroo = 00 kg/s - et condensaat is op verzadigingsteperatuur (regeneratieve condensor) - soortelijke warte koelwater = 4, kj/(kg K) Bereken et koelwaterveelvoud van deze condensor. Wat valt op bij deze berekende waarde? Voor de entalpie van de afgewerkte stoo wordt gebruik geaakt van de zogeeten efbooregel. x VS ( 0,05) ( x) Water(0,05) 0,9 56 ( 0,9) kj / kg Afgewerkte stoo uit de turbine bedraagt daaree dus 39 kj/kg Voor de condensor geldt de volgende wartebalans: c T stoo condensaat Na enige algebraïsce erscikking volgt stoo c T condensaat Er wordt gevraagd et K.V.V uit te rekenen. Deze waarde is de verouding tussen de assa koelwater welke door de condensor stroot per kilogra gecondenseerde stoo. Er geldt dus K. V. V stoo c condensaat T K. V. V stoo c condensaat T K. V. V 04 kilogra koelwater per kilogra te condenseren stoo. 4, 5 In de eeste gevallen bedraagt et K.V.V. ongeveer 60 tot 70. De gevonden waarde is dus aan de oge kant! STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /3

12 7. (Les 09.0) Geef een verklaring voor et feit dat bij toepassing van aftapvoorwaring et specifiek stooverbruik toeneet, aar et warteverbruik afneet. Laat nu ook zien wat et verband is tussen warteverbruik en rendeent van en stookringloop. Wanneer et rendeent van een stookringloop 36 % bedraagt, oe groot is dan et warteverbruik van die installatie? Laat duidelijk naar voren koen welke de eeneid is waarin et warteverbruik van een installatie wordt uitgedrukt. Het specifiek stooverbruik neet toe, odat een gedeelte van de stoo aan et expansieproces in de turbine wordt onttrokken; deze stoo draagt dus niet bij aan et opwekken van ecanisce arbeid in de acine. Wanneer dus de acine toc etzelfde verogen oet leveren, zal eer stoo aan de turbine oeten worden toegevoerd. De ketel dient dus een grotere oeveeleid stoo te produceren. Dit gaat ecter wel gepaard et een verinderd brandstofverbruik. Het rendeent van de installatie is iers toegenoen. Door et toepassen van aftapstoo voor et voorwaren van voedingwater zal in de ketel voor de productie van één kilogra stoo inder warte nodig zijn. Met inder brandstof kunnen nu eer kilograen stoo worden geproduceerd. Het warteverbruik neet dus af odat de afgetapte stoo, welke weliswaar voor een deel niet langer deelneet aan et expansieproces, evenin gecondenseerd beoeft te worden in de condensor. De afnae van de bescikbare warteval is ierdoor kleiner dan de afnae van de noodzakelijk toe te voeren voringswarte van de stoo in de ketel, waardoor deze verouding, et terisc rendeent, toeneet. De verbetering van et terisc rendeent eeft een verindering van et warteverbruik tot gevolg. Er geldt kw WVB terisc 3600 kws terisc , kj kw 8. (Les 0.0) Leg uit waaro bij turbine installaties et erveritting ook een snelsluit afsluiter zal zijn aangebract juist voor de iddendruk turbine. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /3

13 Bij et trippen van de oge druk acine, zal dit turbine gedeelte geen stoo eer toegevoerd krijgen. De stoo die zic ecter in de leidingen naar en van de eroververitter bevindt, alsede de stoo in de eroververitter zelf, zal nog gewoon door de idden druk en lage druk turbine in de ricting van de condensor stroen. Wanneer ecter de generator van et net is gescakeld, zal deze stoo geakkelijk in staat zijn et turbinetoerental zo oog op te voeren dat de constructie enore scade oploopt. Daaro oet deze stoo verinderd worden deze weg naar de condensor te volgen. Hiertoe dient de lage druk oloop. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 3/3