Підвищення ефективності останнього ступеня циліндра низького тиску парової турбіни за рахунок просторового профілювання лопаток
Ключові слова:
просторове профілювання, числове моделювання, просторова течія, газодинамічна ефективність, парова турбіна, останній ступіньАнотація
В роботі наведено варіант удосконалення проточної частини циліндра низького тиску (ЦНТ) парової конденсаційної турбіни К-325-23,5 (серія К-300) за рахунок модернізації останнього ступеня. Турбіна К-325-23,5 розроблена для заміни застарілих турбін серії К-300, які разом з турбінами серії К-200 складають основу теплової енергетики України. В модернізованій проточній частині застосовані нові лопатки направляючого апарата останнього ступеня зі складним коловим навалом біля кореня. Метою модернізації було збільшення ефективності ЦНТ на режимах «поганого» вакууму в конденсаторі з забезпеченням «незниження» його ефективності на номінальних режимах праці. Удосконалена проточна частина ЦНТ розроблена з використанням сучасних методів розрахунку в'язкої тривимірної течії, що ґрунтуються на числовому інтегруванні осереднених рівнянь Нав’є-Стокса. Для турбулентних ефектів застосовано двопараметричну модель турбулентності SST Ментера, а для врахування реальних властивостей робочого тіла – рівняння стану IAPWS-95. Для побудови тривимірної геометрії осьових лопаток використовувався оригінальний метод, вихідними даними для якого була обмежена кількість параметризованих величин. Застосовані методи газодинамічних розрахунків та проектування проточних турбомашин реалізовані в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програмних комплексів FlowER і FlowER–U. Досліджувану проточну частину ЦНТ обмежено двома останніми ступенями (4-м та 5-м). Для побудови розрахункової області використано різницеву сітку з загальною кількістю елементарних об’ємів понад 3 млн. В процесі дослідження розглянуто більше 20 варіантів лопаток направляючого апарата останнього ступеня. У модернізованій проточній частині останнього ступеня ЦНТ на номінальному режимі роботи приріст коефіцієнта корисної дії (ККД) склав 0,9 % й потужності – 0,61 МВт. На режимі з «поганим» вакуумом (з підвищеним тиском) у конденсаторі досягнуто значнішого приросту: ККД – на 11,5 %, потужність зросла майже на 2 МВт.Посилання
Petinrin, J. O. & Shaaban, M. (2012). Overcoming challenges of renewable energy on future smart grid. Telkomnika, vol. 10, no. 2, pp. 229–234. https://doi.org/10.12928/telkomnika.v10i2.781.
(2017). Enerhetychna stratehiia Ukrainy na period do 2035 roku "Bezpeka, enerhoefektyvnist, konkurentospro-mozhnist" [Ukraine's energy strategy for the period up to 2035 "Security, energy efficiency, competitiveness"]: Order of the Cabinet of Ministers of Ukraine dated August 18, 2017 No. 605-p., 66 p. (in Ukrainian).
Shcheglyayev, A. V. (1993). Parovyye turbiny. Teoriya teplovogo protsessa i konstruktsii turbin [Steam turbines. Theory of the thermal process and turbine design].Moscow: Energoatomizdat, 416 p. (in Russian).
Denton, J. D. (1993). Learning flow physics from turbomachinery flow calculations by Dvorak, R. & Kvapilova, J. (Eds.). Proc. of the Int. Symp. on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows.Prague: SCMP Publication, pp. 23–51.
ANSYS Fluent for CFD simulations. ANSYS: Official site, 2018. URL: http://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-Fluent.
NUMECA Tubomachinery solution for CFD simulations and optimization. NUMECA international: Official site, 2020. URL: http://www.numeca.com/en_eu/turbomachinery.
Rusanov, A., Rusanov, R., & Lampart, P. (2015). Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Eng. (formerly Central European J. Eng.), vol. 5, iss. 1, pp. 399–410. https://doi.org/10.1515/eng2015-0047.
Yangozov, A. & Lazarovski, N. (2009). Vliyaniye geometricheskoy formy soplovogo apparata na effektivnost preobrazovaniya energii v stupenyakh parovykh turbin [Influence of the geometric shape of the nozzle apparatus on the efficiency of energy conversion in the steps of steam turbines]. Ansys Advantage Rus, no. 11, pp. 29–34 (in Russian).
D’Ippolito, G., Dossena, V., & Mora, A. (2011). The Influence of blade lean on straight and annular turbine cascade flow field. ASME J. Turbomachinery, vol. 133 (1), no. 011013, 9 p. https://doi.org/10.1115/1.4000536.
Rusanov, A. V. & Yershov, S. V. (2008). Matematicheskoye modelirovaniye nestatsionarnykh gazodinamicheskikh protsessov v protochnykh chastyakh turbomashin [Mathematical modeling of unsteady gas-dynamic processes in flowing parts of turbomachines].Kharkov: A. Podgorny Institute of Mechanical Engineering Problems NAS ofUkraine, 275 p. (in Russian).
Rusanov, A., Shubenko, A., Senetskyi, O., Babenko, O., & Rusanov, R. (2019). Healting modes and design optimization of cogeneration steam turbines of powerful units of combined heat and power plant. Energetika, vol. 65, no. 1, pp. 39–50. https://doi.org/10.6001/energetika.v65i1.3974.
Lampart, P. & Yershov, S. (2003). Direct constrained computational fluid dynamics based optimization of three-dimensional blading for the exit stage of a large power steam turbine. Transactions of ASME. J. Eng. for Gas Turbines and Power, vol. 125, no. 1, pp. 385–390. https://doi.org/10.1115/1.1520157.
IAPWS-95. Revised Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use. IAPWS-95: Official site, 2019. URL: http://www.iapws.org.
Rusanow, A. V., Lampart, P., Pashchenko, N. V., & Rusanov, R. A. (2016). Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95. Polish Maritime Research, vol. 23, no. 1, pp. 61–67. https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0009.
Yershov, S., Rusanov, A., Gardzilewicz, A., & Lampart, P. (1999). Calculations of 3D viscous compressible turbomachinery flows. Proc. 2nd Symp. on Comp. Technologies for Fluid/Thermal/Chemical Systems with Industrial Applications, ASME PVP Division Conf., 1–5 August 1999, Boston, USA, PVP, vol. 397 (2), pp. 143–154.
Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., vol. 32, no. 8, pp. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.
Rusanov, A. V. & Pashchenko N. V. (2009). Aerodinamicheskoye sovershenstvovaniye tsilindra nizkogo davleniya parovoy turbiny moshchnostyu 200 MVt [Aerodynamic improvement of a low-pressure cylinder of a 200 MW steam turbine]. Problemy mashinostroyeniya – Journal of Mechanical Engineering, vol. 12, no. 2, pp. 7–15 (in Russian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Andrii V. Rusanov, Viktor L. Shvetsov, Svitlana V. Alyokhina, Natalia V. Pashchenko, Roman A. Rusanov, Mykhailo H. Ishchenko, Liubov O. Slaston, Riza B. Sherfedinov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
