Применение непроницаемых экранов для стабилизации течения в угловом регулирующем клапане

Авторы

  • А. И. Бабаев Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков, Ukraine
  • В. Н. Голощапов Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков, Ukraine

Ключевые слова:

регулирующий клапан, непроницаемый экран, паровая турбина

Аннотация

Формирование вихревого течения в регулирующем клапане (РК) определяется не только переходом к отрывному обтеканию клапанного канала, образованного седлом и основным затвором клапана, но и условиями подвода пара к нему. Поскольку большинство современных конструкций РК имеет односторонний боковой подвод пара, то по мере его продвижения вдоль паровой коробки сечение кольцевого канала не изменяется, а расход пара уменьшается и в потоке проявляется диффузорный эффект. В результате этого во входном участке клапанного канала формируется неравномерное поле скоростей, способствующее образованию отрывного течения. Основная цель представленной работы состояла в исследовании возможности улучшения газодинамических характеристик РК за счет установки непроницаемого экрана на входе в паровую коробку. В качестве объекта исследования была принята конструкция РК-2 ВД турбин мощностью 200 МВт. Для исследования влияния установки непроницаемого экрана на газодинамические характеристики потока разработана новая конструкция защитного стакана. Предлагаемый стакан, в отличие от исходного, имеет непроницаемый сектор, расположенный напротив входного патрубка, а также дополнительные силовые стойки на оставшейся кольцевой части. В результате расчета трехмерного течения в клапане определено, что установка экрана протяженностью α = 30–60° приводит к повышению газодинамической эффективности РК. Для пропуска заданного расхода при номинальном режиме работы у клапана без экрана относительный перепад давлений составил 3,3%, с экраном – 2,1–2,4%. Данное снижение перепада давлений наблюдается во всем диапазоне исследованных режимов. Анализ результатов показал наличие больших потерь энергии в исходной модели клапана, вызванных, в первую очередь, отрывным течением в клапанном канале. Данный отрыв потока от профильной поверхности седла клапана наблюдался для всех исследованных режимов. При этом формирование циркуляционного течения негативно сказывается на восстановительной работе диффузора. В варианте конструкции РК с экраном в потоке обеспечивается большая равномерность при входе в клапанный канал. При обтекании экрана происходит перераспределение потока. В результате этого в горловом сечении седла наблюдается более равномерное поле скоростей и отсутствие отрыва струи от обтекаемых стенок. При таких условиях подвода удается значительно повысить восстановительную способности диффузора. В заключение работы отмечается, что установка непроницаемого экрана протяженностью 30–60° с силовыми стойками приводит к повышению газодинамической эффективности РК за счет формирования более равномерного потока на входе в клапанный канал. Увеличение потерь при обтекании экрана и силовых стоек компенсируется значительным увеличением восстановительной способности диффузора. В результате коэффициент потерь энергии в диффузоре и необходимый перепад давлений для исследуемой модели РК уменьшаются на 50 %. Наиболее эффективным является экран протяженностью α=40°

Биография автора

В. Н. Голощапов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков

Кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Kostjuk, A. G., Kumenko, A. I., Nekrasov, A. L., Kalinin S. V. and Medvedev S. V. (2000) "Eksperimentalnyiy analiz pulsatsiy davleniy v paropodvodyaschih organah turboagregata" [Experimental analysis of the pressure fluctuations in the turbine elements of steam supply]. Teplojenergetika, no. 6, pp. 50–57.

Kasilov V. F., Kalinin S. V., Gvozdev V. M., Kartashov V. S. and Emel'janov E. M. (2001) "Issledovanie vibroaktivnosti reguliruyuschih klapanov sistemyi paroraspredeleniya TsVD turbinyi K-200-130" [Investigation vibratory activity of control valves of steam distribution system of high pressure cilinder of turbine]. Teplojenergetika, no. 11, pp. 13–26.

Orlik, V. G. and Minenkov, Y. E. (2004) " Vozdeystvie avtokolebaniy reguliruyuschih klapanov parovoy turbinyi na vibratsionnoe sostoyanie rotora" [The impact of self-oscillation control valve on the steam turbine rotor vibration state]. Elektricheskie stantsii, no. 3, pp. 43–46.

Seregin, V. A. (1984) "Aerodinamicheskoe sovershenstvovanie klapanov parovyih turbin s tselyu snizheniya poter davleniya v sisteme parovpuska" [Aerodynamic improvement of steam turbine valves to reduce pressure losses in the steam input system], Ph. D. Thesis, Moscow Energetic Institute, Moscow, Russia.

Zarjankin, A. E. and B. P. Simonov. (2005) Regulirujushhie i stoporno-regulirujushhie klapany parovyh turbin [Control and stop-control valves of steam turbines]. MEI, Moscow, Russia.

Zarjankin, A. E., Zarjankin, V. A., Seregin, V.A., Grigor'ev, E. J. and Rogalev, A. N. (2014) " Razgruzhennyie drosselno-reguliruyuschie klapanyi novogo pokoleniya" [Balanced throttling control valves of new generation]. Vestnik IGEU, no. 6, pp. 11–17.

Gotovtsev A. M. (2006) "Razrabotka i issledovanie sistem stabilizatsii techeniya para v vyihlopnyih i vyinosnyih reguliruyuschih klapanah parovyih turbin" [Development and research of systems of stabilization flow of steam in the exhaust and external control valves of steam turbines], Ph. D. Thesis, Moscow Energetic Institute, Moscow, Russia.

Clark, R. B., Kure-Jensen, J., Miyayashiki, H. and Ofuji, T., General Electric Company and Kabushiki Kaisha Toshiba. (1999) Combined valve configuration for steam cycle units, New York, USA and Yokohama, Japan, Pat. US005870896A.

Chowdhury, A., Done, V. and Shah, V., General Electric Company. (2010) Flow guided steam strainer for steam turbines valves, New York, USA, Pat. US20110162735A1.

Brandon, R. E. and Brandon, D. E., (1995) Steam turbine steam strainer, New York, USA, Pat. US005575618A.

Clark, R. B., Kure-Jensen, J. Miyayashiki, H. and Ofuji, T., (1997) Combined valve configuration for steam cycle units, New York, USA, Pat. US005870896A.

Загрузки

Опубликован

2016-12-20

Выпуск

Раздел

Аэро- и гидромеханика в энергетических машинах