STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT02 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 1/11

Transcriptie

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

2 IT EERST LEZEN EN VOORZIEN VAN NAAM EN LEERLINGNUMMER! Beschikbare tijd: 00 inuten Uw naa:... Klas:... Leerlingnuer: Instructies voor het invullen van het antwoordblad.. it tentaen bestaat uit 6 opgaven.. e antwoorden schrijft u op de door de school te verstrekken antwoordforulieren. 3. Noteer op alle antwoordforulieren uw Naa, de Klas, het Vak, de Periode en de Set.. Beantwoord de vragen zo volledig ogelijk. Vereld bij rekenopgaven de berekening op de antwoordforulieren. 5. U ag tijdens het tentaen gebruik aken van: Een tabellenboek, zonder aantekeningen; Foruleblad Rekenachine Stootabel h s diagra (Mollier diagra) 6. irect na afloop van het 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 VAK: Stooturbines A. Set AT 0 (Les 09.0) Gegeven is een eenvoudige stookringloop waarin zich een tweetal voedingwatervoorwarers bevinden. e condities van de verse stoo zijn 50 bar en 50 C. e condensordruk is 0,05 bar en de turbine wordt verondersteld te werken et een inwendig rendeent van 90 %. e expansielijn in het Mollier diagra ag worden benaderd door een rechte lijn. e aftappen op de turbine bevinden zich op /3 en /3 deel van deze warteval. e TT waarde van de wartewisselaars zijn in beide gevallen nul. (TT = 0 betekent dat de teperatuur van het opgewarde voedingwater in de wartewisselaar en het condensaat van de verwaringsstoo aan elkaar gelijk zijn). Het condensaat van de verwaringsstoo naar elk van de voorwarers wordt door een extractiepop na de voorwarers in de hoofdstroo geperst. Zie hiertoe ook bijgaande afbeelding. Gevraagd: e hoeveelheden aftapstoo van beide voorwarers, uitgedrukt in een fractie van één kilogra stoo welke aan de turbine wordt toegevoerd. e arbeid welke door kilogra stoo, welke aan de turbine wordt toegevoerd, wordt geleverd. Indien de hoeveelheid stoo welke aan de achine wordt toegevoerd gelijk is aan 5 kg/s en het echanisch rendeent op 98% ag worden gesteld, wordt gevraagd het asverogen van deze achine te berekenen. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 3/

4 Uitwerking Allereerst tekenen we het proces in het h s diagra en ontlenen daaraan de diverse enthalpiewaarden. e belangrijkste hierbij zijn de condities van de verse stoo, ter plaatse van het eerste en tweede aftappunt en de conditie van de afgewerkte stoo welke naar de condensor stroot. Zie hiertoe ook onderstaande tabel. Plaats druk teperatuur h stoo h water Verse stoo n.v.t e aftap 9, e aftap Afgewerkte stoo 0, e hoeveelheid aftapstoo welke per aftap aan de turbine wordt onttrokken kan worden gevonden uit een op te stellen stelsel van twee vergelijkingen et twee onbekenden. ( ) h c h aft ( ) h na voorwarer() ( ) h na voorwarer() h aftap() h voedingwater STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /

5 Ingevuld levert dit ( ) ( ) 7 ( ) Indien de thans bekende waarden worden ingevuld in dit stelsel, dan kan worden gevonden: 0,3 en 0,0 e arbeid welke per kilogra toegevoerde stoo aan de turbine door het werktuig wordt geleverd, bedraagt W ( ) ( 0,3) *(90 563) ( 0,3 0,0) *(563 90) 990 kj / kg Het door de achine geleverde effectieve verogen kan tenslotte gevonden worden uit: P eff ,98, 55 MW. (Les 0.0) Gegeven is een gecobineerde turbine welke bestaat uit een tweetraps Curtis turbine en een nageschakelde Zoelly turbine welke trappen bevat. e totale warteval van de (gehele) turbine bedraagt 980 kj/kg. e (geiddelde) schoepdiaeter van alle wielen bedraagt,05. e achine draait et het gunstigste toerental, wat betekent dat de uittredehoek van het tweede loopwiel van de Curtis ' turbine, 90. it geldt eveneens voor elk der Zoelly trappen. Voor de absolute intredehoeken geldt steeds 9. Wrijvingsverliezen in de straalbuizen en in de loopschoepen blijven buiten beschouwing. Ter wille van de eenvoud behoeft ook geen rekening gehouden te worden et aanstroo snelheden van de stoo naar de straalbuizen. Gevraagd: e warteval van de Curtis turbine Het toerental van de gehele achine Uitwerking e Curtis turbine vervangt een aantal trappen van de (virtuele) Zoelly turbine. at kan worden berekend uit: STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 5/

6 ge. Curtis ge. Zoelly 000 h h 000 z z z Uit deze vergelijking kan en laten volgen z = trappen. Men kan het geheel daaree ook beschouwen als een ( + = ) 8 traps Zoelly turbine. e Curtis verwerkt een warteval van ,78 kj / kg Het toerental kan worden gevonden uit: U Curtis 000 h Curtis cos en ook U ge n Het toerental vindt en dan uit: n 000 h ge Curtis cos ,78 cos9 n 7, 9 Hz,05 3. (Les 07.0) Gegeven is een schoep van een turbine welke werkt et een noinale rotatiefrequentie van 50 Hz. eze schoep bevindt zich op een geiddelde schoepdiaeter van, eter. e assa van deze schoep bedraagt 00 gra. In de schoepvoet heerst onder de hierboven genoede, noinale, condities een spanning toe van 35 N/. Gevraagd: a. e oppervlakte van de doorsnede in b. Wanneer het uitklinktoerental % boven het noinale toerental ligt, welke waarde zal dan de spanning in de schoepvoet hebben aangenoen, ten tijde van het uitklinken? c. Indien het toegepaste ateriaal een breeksterkte heeft van 90 N/, bij welk toerental breekt de schoep dan af? STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 6/

7 Uitwerking a. Allereerst berekenen we de grootte van de centripetale kracht. F, centripetaal 0, ( 50) 0856 e oppervlakte van de schoepvoet kan worden gevonden uit N A schoepvoet , 35 b. n trek trek, 63,35 N / n 35 c. 90 n breek 50 95, 5 Hz 35. (Les 03.0) Gegeven is een Zoelly turbine, welke bestaat uit 7 trappen. Zie onderstaande afbeelding. Zevenenveertig traps Zoelly turbine STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 7/

8 e enthalpie van de verse stoo bedraagt 3500 kj/kg en de theoretische eindwaarde van de stoo bedraagt 00 kj/kg. Het inwendig rendeent van de achine ag op 90 % worden gesteld. eze waarde zal nu verder constant worden verondersteld. a. Bepaal de praktische waarde van de enthalpie van de stoo tussen de twaalfde en de dertiende trap van de turbine. Vervolgens worden nu de eerste trappen van deze turbine vervangen door een tweetraps Curtis turbine en we gaan er hierbij dus van uit dat het inwendig rendeent van deze nieuwe, saengestelde turbine nog steeds een inwendig rendeent heeft van 90%. b. ge Curtis Bepaal de diaeterverhouding ge Zoelly c. Noe teninste een drietal voordelen van de toepassing van een dergelijke saengestelde turbine. Uitwerking a. Er wordt uitgegaan van een gelijke warteval per turbine trap. Na twaalf trappen is de enthalpie dus gedaald et 7 7 h h ,5 kj kg OS AS / e enthalpie van de stoo bedraagt daaree na dit twaalfde wiel b. Voor de gegeven turbineconfiguratie geldt ,5 35,5 kj / kg ge Curtis ge Zoelly C C, Curtis, Zoelly cos cos C C, Curtis, Zoelly 000 h h Zoelly 0 Zoelly Zoelly Er geldt daaree ge Curtis ge Zoelly Zoelly 3 3 c. Voordelen zijn: Turbine wordt lichter en is daardoor sneller op te starten STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 8/

9 Lagers liggen dichter bij elkaar en daardoor inder doorzakking et als gevolg hoger kritiek toerental Grote teperatuur en drukdaling in eerste straalbuis; turbine heeft daardoor (veel) langere levensduur. 5. (Les 06.0) Een assa stoo van 35 kg heeft een druk van 0 bar en een teperatuur van 50 C. eze stoo expandeert in een turbine tot 0,05 bar en bereikt dan een vochtgehalte van 0 %. e afgewerkte stoo wordt naar een zogenaade regeneratieve condensor gevoerd en daar gecondenseerd. e koelwaterteperatuur neet toe et 8 C. e soortelijke warte van het koelwater bedraagt, kj/(kg.k) Bereken a. e hoeveel arbeid welke de turbine per kilogra stoo levert b. Bereken het verogen van de achine c. e koelwaterhoeveelheid per seconde Uitwerking a. Allereerst dient de warteval welke in de turbine plaats vindt te worden uitgezet in het Mollier diagra. Zie hiertoe onderstaande afbeelding. Weergave van de warteval in het Mollier diagra STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 9/

10 a. Uit het diagra kan worden geleerd dat de warteval = kj/kg bedraagt. b. Het verogen van het werktuig bedraagt P h h kw MW stoo OS AS 39 c. Voor de condensor geldt de volgende wartebalans: c T stoo h AS h condensaat Na enige algebraïsche herschikking volgt stoo c h AS h T condensaat kg / s, 8 6. (Les 07.0) Welke beveiligingen kunnen de stooturbine afschakelen (trippen )? Noe teninste 0 tripvoorwaarden. Uitwerking e snelsluitinrichting kan worden geactiveerd door: handbediening; de toerenbewaking; de axiale verplaatsingsbewaking; de vacuübeveiliging; de seeroliedruk beveiliging. Andere tripvoorwaarden kunnen nog zijn: het overschrijden van een axiaal gestelde waarde van de relatieve uitzettingen; het overschrijden van de axiale waarde van teperatuurverschillen in constructieonderdelen; te hoge teperaturen van constructieonderdelen; het overschrijden van een axiale trillingsaplitude; te hoog niveau in één van de voedingwatervoorwarers; STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc 0/

11 het trippen van de ketel; het aanspreken van een generatorbeveiliging; het optreden van brand. STOOMTURBINES - A - PROEFTOETS- AT0 - OPGAVEN EN UITWERKINGEN.doc /