Підвищення газодинамічної ефективності регулюючого відсіку парових турбін серії К-300
Ключові слова:
парова турбіна, регулюючий ступінь, просторова течія, чисельне моделювання, газодинамічна ефективністьАнотація
В роботі запропоновано напрями підвищення ефективності соплового регулювання для парових енергетичних турбін серії К-300, які разом з турбінами серії К-200 складають основу теплової енергетики України. Як об'єкт дослідження розглянуто регулюючий відсік циліндра високого тиску парової турбіни К–325–23,5. Чисельні розрахунки та проектування регулюючого відсіку парової турбіни виконувалися за допомогою розробленої в ІПМаш НАН України комплексної методології, яка включає методи різних рівнів складності від одновимірних до моделей розрахунку просторових в'язких течій, а також аналітичних методів опису просторових геометрій проточних частин на основі обмеженої кількості параметризованих величин. Комплексна методологія проектування реалізована в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програмних комплексів FlowER і FlowER–U. Модель в'язкої турбулентної течії ґрунтується на чисельному інтегруванні осередненої системи рівнянь Нав'є–Стокса, для замикання яких використовується двочленне рівняння стану Таммана. Врахування турбулентних явищ здійснювалося за допомогою двопараметричної диференціальної моделі турбулентності SST Ментера. Дослідження проводилися для шести режимів роботи в розрахунковій області, що складалася з понад 3 млн. комірок (елементарних об’ємів) з урахуванням міждискових і діафрагмових перетікань. За результатами чисельних досліджень вихідного регулюючого відсіку парової турбіни К–325–23,5 показано, що у проточній частині через великі втрати кінетичної енергії у камері вирівнювання, а також завищене навантаження на перший ступінь ККД є достатньо низьким на всіх режимах експлуатації, у тому числі на номінальному (режим 100 % потужності). На основі проведеного аналізу газодинамічних процесів сформовано напрями й виконано модернізацію проточної частини регулюючого відсіку. В новій проточній частині, на відміну від вихідної, спостерігається сприятлива картина течії на всіх режимах роботи, що забезпечує її високу газодинамічну ефективність. В залежності від режиму, коловий ККД регулюючого відсіку збільшився на 4,9–7,3%, а потужність – на 1–2 МВт. На номінальному режимі (режим 100%) коловий ККД нового регулюючого відсіку з урахуванням міждискових і надбандажних перетікань становить 91%.Посилання
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.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Andrii V. Rusanov, Viktor L. Shvetsov, Anna I. Kosianova, Yurii A. Bykov, Natalia V. Pashchenko, Maryna O. Chuhai, Roman A. Rusanov
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).
