Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-
методической работе
п\п
«22» сентября 2013г
Рабочая программа дисциплины
Турбины тепловых и атомных электростанций
Профессиональный цикл, вариативная часть
Направление подготовки
140100 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль «Тепловые электрические станции»
Классификация выпускника
бакалавр
Форма обучения
очная
Факультет судостроения и энергетики
Разработчик — кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики
Калининград 2013
1. Цель освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Турбины тепловых и атомных электростанций» является формирование у обучающихся знаний в области рабочих процессов в элементах энергетических турбомашин при преобразовании тепловой энергии в электрическую, умений и навыков их использования в практической деятельности.
Задачи дисциплины заключаются в подготовке специалистов, способных обеспечить проектирование и эксплуатацию энергетических турбомашин ТЭС и АЭС.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Турбины тепловых и атомных электростанций» входит в состав вариативной части профессионального цикла ООП и изучается в пятом семестре. При изучении дисциплины используются знания и навыки, полученные при освоении естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин, а также знания, полученные в местах прохождения практики.
Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины, используются при дальнейшем освоении ООП и изучении таких дисциплин как «Котельные установки и парогенераторы», «Тепловые и атомные электростанции», «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций», а также в профессиональной деятельности.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины у обучающихся формируются следующие общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК) компетенции (или их элементы), предусмотренные ФГОС ВПО:
способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановки цели и выбора путей ее достижения ОК-1;
готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции ОК-7;
готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности и способность привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат ПК-3;
способность проводить расчеты по типовым методикам и проектировать отдельные детали и узлы с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с технологическим заданием ПК-9;
способность к проведению предварительного технико-экономического обоснования проектных разработок по стандартным методикам ПК-11.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать
- принципы работы, технические характеристики и конструктивные особенности элементов и узлов энергетических турбомашин;
- методы расчетов элементов, узлов и всего турбоагрегата в целом;
- основные направления научно-технического прогресса в использовании турбин ТЭС и АЭС;
- методы конструирования и проектирования элементов и узлов турбомашин.
Уметь
- произвести тепловой и прочностной расчеты энергетических турбомашин;
- определять количественные значения технико-экономических показателей ПТУ и ГТУ;
- читать и составлять тепловые схемы ТЭС, диаграммы режимов конденсационных и теплофикационных турбоагрегатов.
Владеть навыками
- выполнения инженерных расчетов элементов и узлов турбомашин;
- работы с конструкторской документацией, технической документацией и справочниками.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Объем дисциплины и виды учебной работы
Дисциплина изучается в пятом семестре ООП. Общая трудоемкость ее — 6 зачетных единиц, т. е. 216 академических часов, в т. ч. аудиторные занятия (АЗ) — 90 час., самостоятельная работа студента (СРС) — 126 час. Аттестация по дисциплине проводится в форме экзамена.
№ п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Недели семестра | Трудоемкость учебной работы по ее видам (час.) | Формы текущей и итоговой аттестации по дисциплине | ||||
АЗ | СРС | Всего | |||||||
Лекции | ПЗ | ЛЗ | |||||||
1 | Турбины и паротурбинные установки ТЭС и АЭС | 5 | 1-3 | 6 | 6 | 8 | 6 | 26 | Контроль на ПЗ, защита ЛР |
2 | Теория турбинной ступени. Конструкции турбин и их основных элементов | 3-9 | 16 | 12 | - | 12 | 40 | Контроль на ПЗ, защита ЛР | |
3 | Многоступенчантые турбины | 8-10 | 8 | 6 | 8 | 6 | 28 | Контроль на ПЗ, защита ЛР | |
4 | Работа турбин на переменных режимах | 11-12 | 6 | - | - | 8 | 14 | Контрольная работа | |
5 | Турбины для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии | 13-14 | 6 | 4 | - | 6 | 16 | Контроль на ПЗ | |
6 | Конденсационная установка | 15 | 2 | 2 | - | 6 | 10 | Контроль на ПЗ | |
Выполнение курсового проекта | 5-17 | 36 | 36 | Защита курсового проекта | |||||
Подготовка к экзамену и его сдача в период экзаменационной сессии | 46 | 46 | Экзамен | ||||||
Итого по дисциплине | 44 | 30 | 16 | 126 | 216 | ||||
90 |
4.2 Теоретические занятия (лекции)
№ п/п | Тема | Содержание | Кол-во часов |
1 | Раздел «Турбины и паротурбинные установки ТЭС и АЭС | 6 | |
1.1 | Типы турбин и их принцип действия | Турбина как основной двигатель современной тепловой и атомной электрической станции. Принцип действия турбины. Краткий исторический очерк развития паровых и газовых турбин. Современное состояние развития турбиностроения в России и за рубежом. Активные и реактивные турбины. Степень реактивности. Турбинные установки ТЭС и АЭС. Конструкция паровой турбины, ее основных узлов и деталей, условия работы основных деталей и элементов паровой турбины. | 2 |
1.2 | Способы повышения экономичности цикла ПТУ | Паротурбинная установка и ее экономичность. Влияние начальных и конечных параметров пара на КПД цикла ПТУ. Промежуточный перегрев пара. Регенерированный подогрев питательной воды. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. | 2 |
1.3 | Классификация турбин | Основы классификации турбин. Технико-экономические характеристики мощных современных турбин, устанавливаемых на ТЭС и АЭС в России. | 2 |
2 | Раздел «Теория турбинной ступени» | 16 | |
2.1 | Преобразование энергии в турбинной ступени | Конструктивное выполнение турбинной ступени. Основные Уравнения рабочего процесса турбинной ступени. Основные характеристики и параметры потоков в каналах. Преобразование энергии в турбинной ступени. Треугольники скоростей. Силы, действующие на рабочие лопатки. Теоретический и действительный процессы в соплах и рабочих лопатках. | 4 |
2.2 | Относительный лопаточный КПД | Мощность, работа пара (газа), относительный лопаточный КПД ступени. Зависимость лопаточного КПД активной и реактивной ступеней от отношения скоростей. Использование энергии выходной скорости. Ступени скорости. | 2 |
2.3 | Потери энергии в турбинных решетках | Потери энергии в решетках. Коэффициент расхода. Потери профильные и концевые. Влияние режимных параметров на характеристики решеток. | 2 |
2.4 | Характеристики турбинных решеток | Турбинные решетки и их геометрические и аэродинамические характеристики. Определение основных размеров сопловых и рабочих решеток для случая дозвуковых и сверхзвуковых скоростей. Расширение в косом срезе решеток, предельные давления за косым срезом. Выбор профилей лопаток, угла их установки, шага и других геометрических и конструктивных параметров. Нормали на профили решеток. Уравнение упрощенного радиального равновесия для потока в зазоре между сопловой и рабочей решетками. Необходимость профилирования относительно длинных лопаток. | 2 |
2.5 | Внутренний относительный КПД | Внутренний относительный КПД турбинной ступени. Дополнительные потери. Потери дискового трения. Потери парциального подвода. Потери от утечек в ступени. Потери, связанные с влажностью пара. Особенности течения влажного пара в решетках турбинной ступени. Внутриканальная и периферийная сепарация пара в ступени. Эрозия рабочих лопаток, эрозийный износ элементов проточной части в турбинах влажного пара для АЭС. Меры борьбы с эрозийным износом. Мероприятия для уменьшения дополнительных потерь в ступени. Влияние дополнительных потерь на значение оптимального отношения скоростей. Выбор оптимального отношения скоростей для ступеней различного типа. | 6 |
3 | Раздел «Многоступенчатые турбины» | 8 | |
3.1 | Типы много-ступенчатых турбин | Турбины со ступенями скорости (Кертиса). Турбины со ступенями давления. | 2 |
3.2 | Тепловой процесс в многоступенча-тых турбинах | Тепловой процесс в многоступенчатой турбине. Концевые уплотнения. Потери энергии в стопорном и регулирующих клапанах, во входных и выходных патрубках, перепускных устройствах. Механические потери турбин. Преимущества и недостатки многоступенчатых турбин. Влияние числа ступеней на эффективность проточной части турбины. Коэффициент возврата теплоты. | 2 |
3.3 | Порядок теплового расчета много-ступенчатой турбины | Порядок теплового расчета многоступенчатой паровой турбины. Оценка числа ступеней многоступенчатой турбины. Предельная мощность однопоточной турбины. Особенности детального расчета ступеней турбины. Обзор конструкций многоступенчатых паровых турбин с промежуточным перегревом пара, без промежуточного перегрева пара и для АЭС. Оценка экономической эффективности современных конструкций турбин. | 4 |
4 | Раздел «Работа турбин на переменных режимах» | 6 | |
4.1 | Работа турбинной ступени на переменном режиме | Работа ступени и турбины на переменном режиме. Зависимость между расходом пара и параметрами пара перед и за решеткой. Степени реактивности и КПД при изменении отношения скоростей ступени. Условия работы последней ступени конденсационной турбины при переменном давлении за ступенью. | 2 |
4.2 | Способы паро-распределения | Работа многоступенчатой турбины на переменном режиме. Распределение давлений и теплоперепадов в ступенях турбины при изменении расхода рабочего тела, также его параметров. Дроссельное парораспределение. Потери дросселирования в конденсационной и противодавленческой турбинах. Сопловое парораспределение. Обводное парораспределение. Изменение расхода пара через турбину методом скользящего давления. | 2 |
4.3 | Влияние изме-нения парамет-ров пара на мощность и экономичность | Влияние изменения начального давления, начальной температуры, давления отработанного пара и состоянии проточной части на мощность и экономичность турбины. | 2 |
5 | Раздел «Турбины для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии» | 6 | |
5.1 | Теплофикационные турбины | Экономическая эффективность при использовании турбин для комбинированной выработки теплоты и электрической энергии. Паровые турбины с противодавлением. | 2 |
5.2 | Турбины с отборами пара | Турбины с одним и двумя регулируемыми отборами пара. Турбины с отопительными отборами пара при ступенчатом подогреве сетевой воды. | 2 |
5.3 | Диаграммы режимов | Диаграмма режимов турбины с противодавлением. Диаграмма режимов турбины с двумя регулируемыми отборами пара. | 2 |
6 | Раздел «Конденсационная установка» | 2 | |
6.1 | Конструкция конденсаторной установки | Схема конденсационной установки и ее элементы. Конструкция конденсаторов паровых турбин. Тепловой процесс в конденсаторе. Паровое сопротивление конденсаторов, температура конденсата и его переохлаждение. Водяная и воздушная плотность конденсатора. Деаэрация в конденсаторе. | 1 |
6.2 | Тепловой процесс в конденсаторе | Тепловой расчет конденсатора. Выбор краткости охлаждения, числа трубок и их длины. Гидравлическое сопротивление конденсатора. Способы крепления трубок. Соединение турбины с конденсатором, опоры конденсатора. Характеристики конденсатора при переменном режиме его работы. Воздушно отсасывающие насосы. Водоструйные и пароструйные эжекторы. | 1 |
Итого | 44 |
4.3 Практические занятия
№ п/п | Номер темы | Содержание практических занятий | Кол-во часов |
Раздел 1. Турбины и паротурбинные установки ТЭС и АЭС | 6 | ||
1 | 1.1 | Принцип действия активных и реактивных турбин | 2 |
2-3 | 1.2 | Общее устройство паровых турбин ТЭС и АЭС. Простые и сложные циклы ПТУ | 4 |
Раздел 2. Конструкции турбин и их основных элементов | 12 | ||
4 | 2.5 | Сопловые и рабочие лопатки. Конструкции диафрагм турбин | 2 |
5 | 2.5 | Роторы активных и реактивных турбин. Балансировка роторов. | 2 |
6 | 2.5 | Опорные и упорные подшипники турбин | 2 |
7 | 2.5 | Корпусы турбины. Лабиринтовые уплотнения. Система укупорки и отсоса пара из уплотнений | 2 |
8-9 | 2.5 | Основные системы турбин — смазки, регулирования и защиты, прогревания | 4 |
Раздел 3. Многоступенчатые турбины | 6 | ||
10 | 3.1 | Конструкции многоступенчатых турбин со ступенями скорости и ступенями давления | 2 |
11-12 | 3.3 | Тепловой расчет одновенечной ступени. Тепловой расчет двухвенечной ступени | 4 |
Раздел 5. Турбины для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии | 4 | ||
13-14 | 5.1-5.2 | Конструкции теплофикационных турбин типов Р, Т, ПР, ПТ и с двумя отопительными отборами | 4 |
Раздел 6. Конденсационная установка | 2 | ||
15 | 6.2 | Конструкции конденсаторов турбин, пароструйные эжекторы | 2 |
Итого | 30 |
4.4 Лабораторные занятия (работы)
№ ЛР | Номер темы | Содержание лабораторных работ | Кол-во часов |
Раздел 1. Турбины и паротурбинные установки | 8 | ||
№1 | 1.1-1.3 | Изучение тепловой схемы конденсационного турбоагрегата №2, ГРЭС-2 г. Светлый | 2 |
№2 | 1.1-1.3 | Изучение тепловой схемы конденсационного турбоагрегата №3, ГРЭС-2 г. Светлый | 2 |
№3 | 1.1-1.3 | Изучение тепловой схемы конденсационного турбоагрегата №4, ГРЭС-2 г. Светлый | 2 |
№4 | 1.1-1.3 | Изучение тепловой схемы теплофикационного турбоагрегата №1 ГРЭС-2 г. Светлый | 2 |
Раздел 3. Многоступенчатые турбины | 8 | ||
№5 | 3.1-3.3 | Определение коэффициентов количества отборов турбоагрегата №3 ГРЭС-2 | 2 |
№6 | 3.1-3.3 | Тепловые испытания паровой турбины турбогенератора | 6 |
Итого | 16 |
4.5 Самостоятельная работа студента (СРС)
№ п/п | Виды (содержание) СРС | Кол-во часов | Форма контроля (аттестации) |
1 | Освоение учебного материала, подготовка к практическим и лабораторным занятиям | 44 | Контрольная работа Защита лабораторных работ Контроль на ПЗ |
2 | Выполнение курсового проекта | 36 | Проверка и прием курсового проекта |
3 | Подготовка к экзамену и его сдача | 46 | Сдача экзамена |
Итого | 126 |
5. Образовательные технологии
Лекционные занятия проводятся по первым шести разделам дисциплины, практические занятия — по разделам №1, №3, №5, №6 и №7. Лекции носят теоретический характер, на практических занятиях обсуждаются в интерактивной форме узловые вопросы дисциплины, изучаются конструкции современных турбоагрегатов и отдельных элементов турбоустановок, рассматриваются примеры тепловых расчетов одновенечных и двухвенечных ступеней турбин, осуществляется контроль результатов освоения учебного материала. При проведении занятий используются демонстрационные материалы в виде плакатов, а также стенды узлов и деталей паровых и газовых турбин.
На лабораторных занятиях изучаются тепловые схемы турбоагрегатов, установленных на ГРЭС-2 г. Светлый. Кроме того, приводятся тепловые испытания действующего турбоагрегата на электростанции.
По основным разделам дисциплины в течение семестра осуществляется контроль формирования соответствующих знаний, умений и навыков — в виде тестирования, проверки выполнения индивидуальных занятий, приема курсового проекта.
В процессе семестра студентами выполняется курсовой проект.
Суть курсового проекта сводится к расчету турбины по исходным данным, в котором студентами осуществляется предварительный расчет расхода пара, предварительное построение процесса расширения и i-s диаграмме, расчет тепловой схемы и определение расчетного расхода пара, определение числа ступеней заданного цилиндра турбоагрегата, детальный расчет турбинных ступеней. К защите результатов расчета прилагается графический материал, представляющий продольный разрез цилиндра трубы турбины, принципиальную тепловую схему турбоагрегата и отдельные узлы и детали турбины.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и итоговой аттестации освоения дисциплины
6.1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости студентов (задания для контрольной работы, на практические занятия и лабораторные занятия), и итоговой аттестации (экзаменационные вопросы) приводятся в качестве отдельных материалов УМДК.
6.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение приведено в разделе 7.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
7.1.1. Основная
ñ Паровые и газовые турбины. Под ред. , – М.: Энергоиздат, 1985.
ñ Щегляев турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. 6-ое издание, переработанное, - М.: Энергоиздат, 1993.
ñ , , Занин и газовые турбины. Сборник задач. – М.: Энергоиздат, 1987.
ñ , и др. Стационарные газотурбинные установки. –Л.: Машиностроение, 1989.
7.1.2. Дополнительная
ñ Трухпич паровые турбины. 2-ое издание, переработанное и доп. - М.: Энергоиздат, 1990.
ñ , Шерстюк установки., Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1979.
ñ Ольховский газотурбинные установки. – М.: Энергоиздат, 1985.
7.1.3. Периодические издания
ñ «Теплоэнергетика»;
ñ «Промышленная энергетика»;
ñ «Известия ВУЗов энергетика».
7.2.1. Средства обеспечения освоения дисциплины.
ñ . Методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Турбины ТЭС и АЭС» для студентов, обучающихся по специальности 100500 «Тепловые электрические станции». – Калининград, КГТУ, 1996.
ñ . Турбины ТЭС и АЭС. Методические указания с контрольным заданием для студентов-заочников, обучающихся по специальности 100500 «Тепловые электрические станции», Калининград, КГТУ, 2002.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
8.1. Специализированные аудитории
8.1.1 Специализированные аудитории кафедры
8.1.2 Компьютерный класс кафедры
8.1.3 Компьютерный тренажерный класс
8.1.4 Лаборатория кафедры
8.2. Учебно-лабораторное оборудование
8.2.1 Стенд деталей проточных частей паровых турбин
8.2.2 Стенд ротора паровой турбины Кертиса
8.2.3 Газотурбинный двигатель мощностью 1 МВт препарированный (разрезанный) стенд
8.2.4 Набор деталей и узлов турбомашин различного типа и назначения
8.2.5 Комплекты плакатов паровых турбин, их узлов, деталей и систем
Лист согласования учебной (рабочей) программы дисциплины
Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 140100 — Теплоэнергетика и теплотехника (утвержден 18.11.2009г, регистрационный номер 635), учебным планом университета по этому же направлению.
Автор программы – , кандидат технических наук, доцент кафедры судовых энергетических установок и теплоэнергетики.
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании кафедры судовых энергетических установок и теплоэнергетики (рецензент – кандидат технических наук, доцент Г, протокол от 01.01.2001г.
И. о. заведующего кафедрой СЭУиТЭ
к. т.н, доцент
Учебно-методическое обеспечение дисциплины | |||
№ п/п | Наименование литературы | Наличие в учебном абонементе НТБ (количество) | Наличие в электронной библиотеке |
1 | . Методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Турбины ТЭС и АЭС» для студентов, обучающихся по специальности 100500 «Тепловые электрические станции». – Калининград, КГТУ, 1996. | 30 | Нет |
2 | . Турбины ТЭС и АЭС. Методические указания с контрольным заданием для студентов-заочников, обучающихся по специальности 100500 «Тепловые электрические станции», Калининград, КГТУ, 2002. | 30 | Нет |
Директор НТБ
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании методической комиссии факультета судостроения и энергетики (протокол № ______ от _______)
Председатель методической комиссии факультета к. т.н, доцент |
Согласовано Зам. начальника учебного управления |
