МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика
Профиль(и) подготовки: Атомные электрические станции и установки
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
" ТУРБОМАШИНЫ АЭС "
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | Вариативная | |
№ дисциплины по учебному плану: | Б 3.12 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 216 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 6 |
|
Лекции | 63 час | 6, 7 семестры |
Практические занятия | 33 час | 6, 7 семестры |
Лабораторные работы | 0 час | |
Расчетные задания, рефераты | 18 час самостоят. работы | 6 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 120 час | |
Экзамены | 36 час | 6 семестр |
Курсовые проекты (работы) | 2 з. е. (72 час) | 7 семестр |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является: изучение конструкции паровых турбин АЭС и расчет элементов проточной части паровых турбин для последующего использования в их конструировании и эксплуатации.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);
· анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
· принимать участие в разработке методов прогнозирования количественных характеристик процессов, протекающих в конкретных технических системах на основе существующих методик (ПК-11);
· разрабатывать проекты узлов аппаратов новой техники с учетом сформулированных к ним требований, использовать в разработке технических проектов новые информационные технологии (ПК-15);
· участвовать в проектировании основного оборудования атомных электростанций с учетом экологических требований и обеспечения безопасной работы (ПК-16);
Задачами дисциплины являются:
· познакомить обучающихся с конструкциями паровых турбин АЭС ;
· научить проведению расчетов элементов проточной части паровых турбин;
· научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующем конструировании элементов паровых турбин АЭС.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю " Атомные электрические станции и установки " направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Материаловедение", "Технология конструкционных материалов".
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Атомные электростанции" и "Основы энергетики".
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· основные источники научно-технической информации по конструкции и методам проектирования паровых турбин АЭС (ОК-7, ПК-6);
· методы прогнозирования количественных характеристик аэродинамических процессов, протекающих в проточной части паровой турбины АЭС на основе существующих методик (ПК-11);
· методы проектирования проточной части паровой турбины АЭС, обеспечивающие ее высокую экономичность и надежность, с использованием при проектировании новых информационных технологий (ПК-15, ПК-16);
Уметь:
· самостоятельно разбираться в нормативных методиках расчета и применять их для решения поставленной задачи (ОК-7);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по разработке перспективных паровых турбин АЭС (ПК-6);
· разрабатывать проекты проточной части перспективных паровых турбин АЭС с учетом сформулированных к ним требований по экономичности, надежности и безопасности эксплуатации, использовать в разработке технических проектов новые информационные технологии (ПК-15);
Владеть:
· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);
· терминологией в области паротурбиностроения (ОК-2);
· навыками поиска информации о конструкции и методах проектирования паровых турбин АЭС (ПК-6);
· навыками применения полученной информации при проектировании элементов паровых турбин АЭС (ПК-6).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Основные понятия и определения. Класси-фикация турбомашин по различным призна-кам. Циклы турбинных установок. Коэффици-енты полезного дейст-вия турбины и турбо-установки. | 8 | 6 | 4 | 2 | -- | 2 | Тест: коэффициенты полезного действия турбины и турбоуста-новки АЭС. |
2 | Классификация и характеристики турбинных решеток турбомашин. Сопловые и рабочие решетки. Геометрические характеристики и режимные параметры, аэродинамические характеристики. | 18 | 6 | 6 | 2 | -- | 10 | Подготовка реферата: характеристики лопаточных решеток ступеней турбомашин |
3 | Турбинная ступень. Конструкция, принцип действия, процесс в h, s - диаграмме. Преобразо-вание энергии в турбинной ступени. Кинематика потока ступени. Степень реактивности ступени. Треугольники скорос-тей. Относительный лопаточный и относи-тельный внутренний КПД ступени. | 12 | 6 | 6 | 2 | -- | 4 | Контрольная работа |
4 | Расчет и проектиро-вание турбинной ступени, работающей на перегретом паре. Расчет рабочих лопаток на прочность | 19 | 6 | 8 | 2 | -- | 9 | Подготовка расчетного задания |
5 | Расчет и проектиро-вание турбинной ступени, работающей на влажном паре | 17 | 6 | 6 | 2 | -- | 9 | Подготовка расчетного задания |
6 | Многоступенчатые турбины. Необходи-мость применения, преимущества и недостатки. Выбор основных параметров. Рабочий процесс в многоступенчатой турбине. | 15 | 6 | 5 | - | -- | 10 | Подготовка реферата: многоступенчатые турбины. Выбор основных параметров |
7 | Расчет ступени с учетом изменения параметров потока по радиусу. Выигрыш экономичности при учете пространствен-ности потока в ступени. Трехмерная задача и современные возмож-ности ее решения для ступени турбины. Уравнения радиального равновесия и способы «закрутки» лопаток. | 13 | 6 | 6 | 3 | -- | 4 | Тест: Расчет ступени с учетом изменения параметров потока по радиусу. |
8 | Эрозия и коррозия в турбинах АЭС. Методы предупреждения эрозии и коррозии. Расчет периферийной сепарации | 16 | 6 | 4 | 2 | -- | 10 | Подготовка реферата: эрозия и коррозия в турбинах АЭС. |
Зачет | 2 | 6 | -- | -- | -- | 2 | Презентация рефератов и защита расчетного задания | |
Экзамен | 36 | 6 | -- | -- | -- | 36 | Устный | |
9 | Применение нагнетательных турбомашин на АЭС, их характеристики, параметры и обозна-чения. Устройство и принцип действия одноступенчатого центробежного насоса. | 12 | 7 | 4 | 2 | -- | 6 | Подготовка реферата: нагнетательные турбомашины на АЭС, их характе-ристики и параметры |
10 | Кинематика потока в центробежной нагнетательной турбомашине. Характеристики насоса | 12 | 7 | 4 | 4 | -- | 4 | Тест: устройство и принцип действия одноступенчатого центробежного насоса. Кинематика потока в рабочем колесе центробеж-ного насоса |
11 | Применение теории подобия в расчетах и проектировании насосов. Пересчет характеристик насосов. Совместная работа нескольких машин на общую сеть. | 12 | 7 | 4 | 6 | -- | 2 | Контрольная работа |
12. | Способы регулирования производительности насосов Явление кавитации, допустимая высота всасывания и кавитационный запас | 12 | 7 | 4 | 4 | -- | 4 | Тест: способы регулирования производительности насосов. Способы обеспечения кавитационного запаса |
13. | Многоступенчатое повышение давления в насосах. Конструк-тивные особенности насосов | 10 | 7 | 2 | 2 | -- | 6 | Подготовка реферата: многоступенчатые нагнетательные машины |
Зачет | 2 | 7 | -- | -- | -- | 2 | Презентация рефератов по нагнетательным турбомашинам АЭС | |
Экзамен | 0 | 7 | -- | -- | -- | |||
Итого: | 216 | 63 | 33 | -- | 120 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. 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 hол. Зависимость КПД hол от отношения скоростей u/сф. Оптимальная величина параметра u/сф. Относительный внутренний КПД ступени hоi. Дополнительные потери в ступени: потери от трения диска о пар, потери от парциальности, потери от утечек в диафрагменных и надбандажных уплотнениях. Зависимость КПД hоi 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 hол 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.
7 семестр
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.
4.2.2. Практические занятия
6 семестр
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 hoл.
Определение дополнительных потерь в турбинной ступени и КПД hoi.
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.
7 семестр
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.
4.3. Лабораторные работы: Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены
4.4. Расчетные задания
6 семестр
Расчет ступени парой турбины АЭС, работающей на влажном паре.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
7 семестр
Курсовой проект: Проектирование цилиндра высокого давления паровой турбины АЭС.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов.
Практические занятия включают тестирование с использованием компьютеров с установленным программным обеспечением.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, написание рефератов, выполнение расчетного задания и подготовку к его защите, подготовку к зачетам и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, презентация расчетной работы, защита курсового проекта (работы).
Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка за экзамен
В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Турбины тепловых и атомных электростанций: учебник для вузов/, , - М. Издательство МЭИ, 200с.
2. Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для вузов/, , - М. Издательский дом МЭИ,200с.
б) дополнительная литература:
1. , Богомолова турбина АЭС К-500-65/3000 (схемы, компоновка, конструкция). Учебное пособие М.: Изд-во МЭИ, 20с.
2. , Паротурбинная установка энергоблоков Балаковской АЭС: Учебное пособие - М. Издательский дом МЭИ, 200с.
3. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под ред. , . – М.: Изд-во МЭИ, 2001, 356 с..
4. Атлас конструкций деталей турбин. Учебное пособие/ ,, - М. Издательский дом МЭИ, 200с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
www. *****; www. *****; www. turboatom. .
б) другие: программное обеспечение для тестирования, видеоматериалы и презентации по конструкции отечественных и зарубежных паровых турбин АЭС, атлас конструкций паровых турбин в электронном виде.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140700 Ядерная энергетика и теплофизика и профилю «Атомные электрические станции и установки»
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. т.н., доцент
"СОГЛАСОВАНО":
Зав. кафедрой Атомных электрических станций
д. т.н. профессор
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Паровых и газовых турбин
д. т.н., профессор
