Розробка проточної частини ЦВТ реактивного типу парової турбіни серії К-325-23,5 на основі використання сучасних комп’ютерних технологій

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2021.04.006
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 24, № 4, 2021 (грудень)
Сторінки 6–16

 

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. Г. Суботін, Акціонерне товариство «Українські енергетичні машини» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: office@ukrenergymachines.com, ORCID: 0000-0002-2489-5836

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

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

С. А. Пальков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), Акціонерне товариство «Українські енергетичні машини» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: sergpalkov@ukrenergymachines.com, ORCID: 0000-0002-2215-0689

І. А. Пальков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), Акціонерне товариство «Українські енергетичні машини» (61037, Україна, м. Харків, пр. Московський, 199), e-mail: palkovigor@ukrenergymachines.com, ORCID: 0000-0002-4639-6595

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

 

Анотація

Представлено результати газодинамічного проєктування нової проточної частини циліндра високого тиску (ЦВТ) реактивного типу конденсаційної парової турбіни серії К-300. Проєктування виконано з використанням комплексної методології, яку реалізовано в програмному комплексі IPMFlow. Методологія містить газодинамічні розрахунки різних рівнів складності, а також методи аналітичного побудування просторової форми лопаткових трактів на основі обмеженої кількості параметризованих величин. В 3D розрахунках турбулентних течій враховано реальні термодинамічні властивості води й водяної пари. На заключному етапі проведено скрізні 3D розрахунки ЦВТ, що складається з 18 ступенів, в яких застосовано технологію паралельних обчислень. Показано, що в розробленому ЦВТ за рахунок застосування реактивних ступенів із сучасними гладкими профілями та монотонними меридіональними обводами досягнуто суттєвого приросту коефіцієнту корисної дії та потужності.

 

Ключові слова: парова турбіна, циліндр високого тиску, проточна частина, реактивне облопачення, просторова течія, розрахункові дослідження.

 

Література

  1. Directive 2004/8/ec of the European parliament and of the council of 11 February 2004 on the promotion of cogeneration based on a useful heat demand in the internal energy market and amending Directive 92/42/EEC. Official Journal of the European Union. 2004. 60 p.
  2. Report for 2019 on the condition of the Polish power system prepared by PSE. WysokieNapiecie.pl: офіційний сайт. 2019. URL: https://wysokienapiecie.pl/27524-energetyka-w-polsce-w-2019-roku-moc-produkcja-energii-wg-danych-pse/.
  3. European Electricity Review 6-month update H1-2021. Ember: офіційний сайт. 2021. URL: https://ember-climate.org/project/european-electricity-review-h1-2021/.
  4. Petinrin J. O., Shaaban M. Overcoming challenges of renewable energy on future smart grid. TELKOMNIKA (Telecommunication, Computing, Electronics and Control). 2012. Vol. 10. No. 2. P. 229–234. https://doi.org/10.12928/telkomnika.v10i2.781.
  5. Assessing the effectiveness of EU policy on large combustion plants in reducing air pollutant emissions: Report No. 7/2019. European Environment Agency. Luxembourg: Publication Office of Europe Union, 2019. https://doi.org/10.2800/13745.
  6. Швецов В. Л. Опыт ОАО «Турбоатом» в создании и совершенствовании энергосберегающего оборудования для тепловых и атомных электростанций. Вестник НТУ «ХПИ». Серия: «Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2006. № 5. С. 6–11.
  7. Mikhailov V. E., Smolkin Y. V., Sukhorukov Y. G. The main directions for improving the efficiency of the power equipment of a CHPP. Thermal Engineering. 2021. Vol. 68. P. 54–58. https://doi.org/10.1134/S0040601520120046.
  8. Shibaev T. L. A review of trends in development of cogeneration steam turbine units. Thermal Engineering. 2020. Vol. 67. P. 903–908. https://doi.org/10.1134/S0040601520120071.
  9. Chaplin R. A. Steam turbine components and systems. Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS). Thermal power plants. 2009. Vol. 3. P. 1–7.
  10. Базеєв Є. Т., Білека Б. Д., Васильєв Є. П., Варламов Г. Б., Вольчин І. А., Дашкієв Ю. Г. Енергетика: історія, сучасність і майбутнє: в 5-ти кн. Кн. 3: Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики / Наук. ред. В. М. Клименко, Ю. О. Ландау, І. Я. Сігал. Київ, 2013. 399 с.
  11. Wolf R., Romanov K. Steam turbines: Siemens reactive blading – designed for highest efficiency and minimal performance degradation. Siemens AG, 2014. 19 p.
  12. Программа ANSYS-Fluent для CFD моделирования турбомашин. ANSYS: офіційний сайт. 2018. URL: http://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-Fluent.
  13. Программа NUMECA – Tubomachinery solution для CFD моделирования и оптимизации турбомашин. NUMECA: офіційний сайт. 2020. URL: https://www.numeca.com/en_eu/turbomachinery.
  14. Haller B., D’Ovidio A., Henson J., Beevers A., Gupta A. Development of improved reaction technology blading (RTB LAR) for large steam turbines. Proceedings of the ASME 2019 Power Conference. Salt Lake City, Utah, USA, July 15–18, 2019. V001T08A001. https://doi.org/10.1115/POWER2019-1804.
  15. Yershov S., Rusanov A., Gardzilewicz A., Lampart P. Calculations of 3D viscous compressible turbomachinery flows. Proceedings of 2nd Symposium on Computational Technologies for Fluid / Thermal / Chemical Systems with Industrial Applications, ASME PVP Division Conference, 1–5 August 1999, Boston, USA, PVP. 1999. Vol. 397 (2). P. 143–154.
  16. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 8. P. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149.
  17. Rusanov A. V., Lampart P., Pashchenko N. V., Rusanov R. A. Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95. Polish Maritime Research. 2016. Vol. 23. No. 1. P. 61–67. https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0009.
  18. Rusanov A., Rusanov R., Klonowicz P., Lampart P., Żywica G., Borsukiewicz A. Development and experimental validation of real fluid models for CFD calculation of ORC and steam turbine flows. Materials. 2021. Vol. 14. Paper ID 6879. https://doi.org/10.3390/ma14226879.
  19. Fischer P. F., Venugopal M. A commercial CFD application on a shared memory multiprocessor using MPI. Parallel Computational Fluid Dynamics 1995. Implementations and Results Using Parallel Computers. 1995. P. 231–238. https://doi.org/10.1016/B978-044482322-9/50083-9.
  20. Rusanov A., Rusanov R., Lampart P. Designing and updating the flow part of axial and radial-axial turbines through mathematical modeling. Open Engineering. 2015. No. 5. P. 399–410. https://doi.org/10.1515/eng-2015-0047.
  21. Parsons C. A. The steam turbine. The rede lecture. Cambridge: Cambridge University Press, 1911. 67 p.
  22. 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. С. 33–40. https://doi.org/10.15407/scin9.03.033.
  23. Bykov Yu. A., Rusanov A. V., Shvetsov V. L. Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 2. P. 6–14. https://doi.org/10.15407/pmach2020.02.006.
  24. Rusanov A. V., Shvetsov V. L., Kosianova A. I., Bykov Yu. A., Pashchenko N. V., Chuhai M. O., Rusanov R. A. The gas-dynamic efficiency increase of the K-300 series steam turbine control compartment. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 4. P. 6–13. https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.006.
  25. Zaryankin A. E., Lavyrev I. P., Cherkasov M. A. Nozzle steam distribution with a remote mixing chamber. Thermal Engineering. 2020. Vol. 67. P. 655–659. https://doi.org/10.1134/S0040601520090104.
  26. Нгуен К. К., Ласкин А. С. Влияние отношения u/C0 на нестационарные нагрузки и КПД осевой турбиной ступени. Наука и образование МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 6. С. 56–66. https://doi.org/10.7463/0615.0786614.
  27. Rusanov A., Rusanov R. The influence of stator-rotor interspace overlap of meridional contours on the efficiency of high-pressure steam turbine stages. Archives of Thermodynamics. 2021. Vol. 42. No. 1. P. 97–114. https://doi.org/10.24425/ather.2021.136949.

 

Надійшла до редакції 02.11.2021