Применение непроницаемых экранов для стабилизации течения в угловом регулирующем клапане

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°