Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану

image_print
DOI
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 27, № 2, 2024 (червень)
Сторінки 36–42

 

Автори

С. Р. Ліщук, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), e-mail: Serg23li231097@gmail.com, ORCID: 0000-0001-7874-5019

В. А. Пешко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Берестейський, 37), e-mail: vapeshko@gmail.com, ORCID: 0000-0003-0610-1403

 

Анотація

Робота присвячена дослідженню розподілу температур і напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130, які становлять значний інтерес при прогнозуванні довговічності роботи даного обладнання і продовженні експлуатації на понадпарковий строк служби. Розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора – від середини шийки валу в зоні опорно-упорного підшипника до диску 5-го ступеня. Дослідження теплового й напружено-деформованого стану ротора під час пуску з холодного стану виконано у двовимірній постановці з використанням методу скінченних елементів. Розв’язувалася нестаціонарна задача теплопровідності під час пуску. Отримані результати свідчать про достатньо рівномірний тепловий стан протягом змінних режимів роботи. Найбільший градієнт температур (1200–2200 K/м) спостерігається в моменти часу від поштовху ротора до синхронізації турбогенератора з енергосистемою. Після навантаження турбогенератора до 30 МВт електричної потужності має місце зменшення нерівномірності температурного поля та його поступова стабілізація. Встановлено, що при роботі на номінальних параметрах пари максимальна температура металу становить 508 °C в області регулюючого ступеня і по мірі віддалення від нього зменшується. Напружено-деформований стан ротора оцінювався з урахуванням нерівномірності температурних полів під час пуску, напружень від температурних розширень і відцентрових сил. Найвищі напруження характерні для моменту виходу турбіни на холостий в зоні термокомпенсаційних канавок ротора й галтелі регулюючого і складають 440–472 МПа. Відмічено, що дані області є найбільш вірогідними зонами зародження кільцевих тріщин під час пускових операцій турбіни. У подальшому рівень напружень плавно зменшується протягом виходу турбоагрегату на номінальну потужність. Встановлено, що найбільш навантаженою зоною ротора під час стаціонарної експлуатації є область осьового отвору під регулюючим ступенем та його діафрагмовим ущільненням (121–134 МПа).

 

Ключові слова: парова турбіна, ротор, пуск, тепловий стан, напружений стан, градієнт температур, інтенсивність напружень.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Пешко В. А., Ліщук С. Р. Управління витратою палива енергоблока 200 МВт при роботі в режимі частих пусків. Енергетика: економіка, технології, екологія. 2023. Т. 74. № 4. С. 128–133. https://doi.org/10.20535/1813-5420.4.2023.290940.
  2. Rusin A., Nowak G., Łukowicz H., Kosman W., Chmielniak T., Kaczorowski M. Selecting optimal conditions for the turbine warm and hot start-up. Energy. 2021. Vol. 214. Paper 118836. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118836.
  3. Bovsunovsky A., Shtefan E., Peshko V. Modeling of the circumferential crack growth under torsional vibrations of steam turbine shafting. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2023. Vol. 125. Paper 103881. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2023.103881.
  4. Wang W. Z., Buhl P., Klenk A., Liu Y. Z. The effect of in-service steam temperature transients on the damage behavior of a steam turbine rotor. International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 87. P. 471–483. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.02.040.
  5. Kang M., Wu S., Liu Y.-Z., Wang W. Viscoplastic model-based analysis of in-service oscillation temperature and thermal stress in a rotating component. International Journal of Thermal Sciences. 2023. Vol. 188. Paper 108246. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2023.108246.
  6. Sen S., Patel B. P. Constitutive model based study to enable flexible operation of steam turbine rotors in Indian SPPs. Materialstoday: proceedings. 2023. Vol. 87. Part 1. P. 314–323. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.06.147.
  7. Liu Y., Wang W. Evolution of principal stress of a turbine rotor under cyclic thermo-mechanical loading. Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 109. Paper 104242. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.104242.
  8. Пешко В., Улітко О., Ліщук С. Оцінка перевитрати палива енергоблоком 200 МВт при пусках з різних теплових станів. Scientific Collection “InterConf+” with the Proceedings of the 1st International Scientific and Practical Conference “Modern Knowledge: Research and Discoveries” (May 19–20, 2023, Vancouver, Canada). 2023. No. 33 (155). P. 296–304. https://doi.org/10.51582/interconf.19-20.05.2023.027.

 

Надійшла до редакції 01.03.2024