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
![Лицензия Creative Commons](http://i.creativecommons.org/l/by-nd/4.0/88x31.png)
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).