Повышение газодинамической эффективности регулирующего отсека паровой турбины серии К-300
Ключевые слова:
паровая турбина, регулирующая ступень, пространственное течение, численное моделирование, газодинамическая эффективностьАннотация
В работе предложены методы, направленные на повышение эффективности соплового регулирования для паровых энергетических турбин серии К-300, которые вместе с турбинами серии К-200 составляют основу тепловой энергетики Украины. В качестве объекта исследования рассмотрены регулирующий отсек цилиндра высокого давления паровой турбины К-325-23,5. Численные расчеты и проектирование регулирующего отсека паровой турбины выполнялись с помощью разработанной в ИПМаш НАН Украины комплексной методологии, включающей методы различных уровней сложности – от одномерных к моделям расчета пространственных вязких течений, а также аналитических методов описания пространственных геометрий проточных частей на основе ограниченного количества параметризованных величин. Комплексная методология проектирования реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программных комплексов FlowER и FlowER-U. Модель вязкого турбулентного течения основана на численном интегрировании осредненной системы уравнений Навье-Стокса, для замыкания которых используется двучленное уравнение состояния Таммана. Учет турбулентных явлений осуществлялся с помощью двухпараметрической дифференциальной модели турбулентности SST Ментера. Исследования проводились для шести режимов работы в расчетной области, состоящей из более 3 млн. ячеек (элементарных объемов) с учетом междисковых и диафрагменных перетеканий. По результатам многочисленных исследований исходного регулирующего отсека паровой турбины К-325-23,5 показано, что в проточной части из-за больших потерь кинетической энергии в камере выравнивания, а также завышенной загруженности на первой ступени КПД достаточно низкий на всех режимах эксплуатации, в том числе на номинальном (режим 100% мощности). На основе проведенного анализа газодинамических процессов сформированы направления и выполнена модернизация проточной части регулирующего отсека. В новой проточной части, в отличие от исходной, наблюдается благоприятная картина течения на всех режимах работы, обеспечивающая ее высокую газодинамическую эффективность. В зависимости от режима, окружной КПД регулирующего отсека увеличился на 4,9–7,3%, а мощность – на 1–2 МВт. На номинальном режиме (режим 100%) окружной КПД нового регулирующего отсека с учетом междисковых и надбандажних перетеканий составляет 91%.Библиографические ссылки
Siemens-energy: Official website Siemens-energy, 2020. URL: https://www.siemens-energy.com/global/en.html
General-Electric: Official website General Electric, 2020. URL: https://www.ge.com/power
Mitsubishi Power: Official website MitsubishiPower, 2020. URL: https://power.mhi.com
Turboatom: Official website JSC Turboatom, 2020. URL: https://www.turboatom.com.ua
Rusanov, A. V., Levchenko, Ye. V., Shvetsov, V. L., & Kosyanova, A. I. (2011). Povysheniye gazodinamicheskoy effektivnosti pervykh dvukh stupeney TsVD turbiny K-325-23,5 [Increasing the gas-dynamic efficiency of the first two stages of the HPC turbine K-325-23.5]. Kompressornoye i energeticheskoye mashinostroyeniye – Compressor and Power Machine Industry, no. 1 (23), pp. 28−32 (in Russian).
Rusanov, A. V., Kosyanova, A. I., Sukhorebryy, P. N., & Khorev, O. N. (2013). Gazodinamicheskoye sovershenstvovaniye protochnoy chasti tsilindra vysokogo davleniya parovoy turbiny K-325-23,5 [Gas-dynamic improvement of the steam turbine K-325-23,5 high-pressure cylinder setting]. Nauka i innovatsii – Science and Innovation, vol. 9, no. 1, pp. 33–40 (in Russian).
Rusanov, A. V., Kosyanova, A. I., & Kosyanov, D. Yu. (2015). Razrabotka novogo sposoba partsialnogo paroraspredeleniya dlya obespecheniya chastichnykh rezhimov raboty moshchnykh parovykh turbin [Development of new partial steam distribution method for providing partial operating modes of powerful steam turbines]. Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy – Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 6, no. 8 (78), pp. 24–28 (in Russian). https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.55527.
Rusanov, A. V., Shubenko, O. L, Sukhinin, V. P., Shvetsov, V. L., & Kosianova, A. I. (2017). Systema soplovoho parozpodilu parovoi turbiny [System of a nozzle steam generator for a steam turbine]: Patent No. UA 113710 С2 (Ukraine) MPK F24D 3/18; F24H 4/02; F01K 25/02; declared 29 July 2016; published 10 February 2017, Bulletin no. 3, 4 p. (in Ukrainian).
Rusanov, A. V., Kosyanov, D. Yu., & Kosyanova, A. I. (2016). Issledovaniye prostranstvennogo potoka para v reguliruyushchem otseke s radialnym partsialnym paroraspredeleniyem [Research of spatial stream of steam in regulative compartment with radial partial]. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya – Aerospace Engineering and Technology, no. 7 (134), pp. 43–48 (in Russian).
Rusanov, A., Rusanov, R., & Lampart, P. (2015). Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Engineering (formerly Central European J. Eng.), vol. 5, pp. 399–410. https://doi.org/10.1515/eng-2015-0047.
Landau, L. D. & Lifshits, Ye. M. (1954). Mekhanika sploshnykh sred [Continuum mechanics]. Moscow: Gostekhizdat, 796 p. (in Russian).
Loytsyanskiy, L. G. (2003). Mekhanika zhidkosti i gaza [Mechanics of liquid and gas]: Textbook for universities. Moscow: Drofa, 840 p. (in Russian).
Roache, P. J. (1988). Fundamentals of Computational Fluid Dynamics. USA, Socorro, New Mexico: Hermosa Publishing, 648 p.
Tannehill, J. C., Anderson, D. A., & Pletcher, R. H. (1997). Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. USA, Washington: Taylor & Francis, 816 p.
Fletcher, C. A. J. (1988). Computational techniques for fluid dynamics. Vol. 1. Fundamental and General Techniques. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/978-3-642-58229-5.
Godunov, S. K., Zabrodin, A. V., Ivanov, M. Ya., Krayko, A. N., & Prokopov, G. P. (1976). Chislennoye resheniye mnogomernykh zadach gazovoy dinamiki [Numerical solution of multidimensional problems of gas dynamics]. Moscow: Nauka, 400 p. (in Russian).
Nashchokin, V. V. (1980). Tekhnicheskaya termodinamika i teploperedacha [Technical thermodynamics and heat transfer]. Moscow: Vysshaya shkola, 469 p. (in Russian).
Menter, F. R. (1993). Zonal two-equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows. AIAA Meeting Paper, no. 93–2906. https://doi.org/10.2514/6.1993-2906.
Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Andrii V. Rusanov, Viktor L. Shvetsov, Anna I. Kosianova, Yurii A. Bykov, Natalia V. Pashchenko, Maryna O. Chuhai, Roman A. Rusanov
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
