Підвищення газодинамічної ефективності регулюючого відсіку парових турбін серії К-300

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.006
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 23, № 4, 2020 (грудень)
Сторінки 6–13

 

Автори

А. В. Русанов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-9957-8974

В. Л. Швецов, Акціонерне товариство «Турбоатом» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: shvetsov@turboatom.com.ua ORCID: 0000-0002-2384-1780

А. І. Косьянова, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: kosianova.anna@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6944-0299

Ю. А. Биков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: bykow@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-7089-8993

Н. В. Пащенко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: pashchenko@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-3936-7331

М. О. Чугай, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: mchugay@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-0696-4527

Р. А. Русанов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: roman_rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-2930-2574

 

Анотація

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%.

 

Ключові слова: парова турбіна, регулюючий ступінь, просторова течія, чисельне моделювання, газодинамічна ефективність.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Siemens-energy. Офіційний сайт Siemens-energy, 2020. URL: https://www.siemens-energy.com/global/en.html.
  2. General-Electric. Офіційний сайт General Electric, 2020. URL: https://www.ge.com/power.
  3. Mitsubishi Power. Офіційний сайт Mitsubishi Power, 2020. URL: https://power.mhi.com.
  4. Турбоатом. Офіційний сайт АТ Турбоатом, 2020. URL: https://www.turboatom.com.ua.
  5. Русанов А. В., Левченко Е. В., Швецов В. Л., Косьянова А. И. Повышение газодинамической эффективности первых двух ступеней ЦВД турбины К-325-23,5. Компрессор. и энерг. машиностроение. 2011. № 1 (23). C. 28−32.
  6. Русанов А. В., Косьянова А. И., Сухоребрый П. Н., Хорев О. Н. Газодинамическое совершенствование проточной части цилиндра высокого давления паровой турбины К-325-23,5. Наука и инновации. 2013. Т. 9. № 1. C. 33–40. https://doi.org/10.15407/scin9.03.033.
  7. Русанов А. В., Косьянова А. И., Косьянов Д. Ю. Разработка нового способа парциального парораспределения для обеспечения частичных режимов работы мощных паровых турбин. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2015. Т. 6. № 8 (78). С. 24–28. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.55527.
  8. Система соплового паророзподілу парової турбіни: пат. 113710 С2 Україна: МПК F24D 3/18; F24H 4/02; F01K 25/02; заявл. 29.07.2016; опубл. 10.02.2017, Бюл. № 3. 4 с.
  9. Русанов А. В., Косьянов Д. Ю., Косьянова А. И. Исследование пространственного потока пара в регулирующем отсеке с радиальным парциальным парораспределением. Авиац.-косм. техника и технология. 2016. № 7 (134). С. 43–48.
  10. Rusanov A., Rusanov R., Lampart P. Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Eng. (formerly Central European J. Eng.). 2015. Vol. 5. Р. 399–410. https://doi.org/10.1515/eng-2015-0047.
  11. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика сплошных сред. М: Гостехиздат, 1954. 796 с.
  12. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа: учеб. для вузов. 7-е изд. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
  13. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 618 с.
  14. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990. 725 с.
  15. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. М.: Мир, 1991. 552 с.
  16. Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. Н., Прокопов Г. П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.
  17. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высш. шк., 1980. 469 с.
  18. Menter F. R. Zonal two-equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows. AIAA Pap. 1993. No. 93–2906. https://doi.org/10.2514/6.1993-2906.
  19. Menter F. R. Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J. 1994. Vol. 32. No. 8. P. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.

 

Надійшла до редакції 02 листопада 2020 р.