Численное исследование неравномерности потока в регулирующем отсеке нового типа цилиндра высокого давления паровой турбины

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.02.006
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 23, № 2, 2020 (июнь)
Страницы 6–14

 

Авторы

Ю. А. Быков, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: bykow@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-7089-8993

А. В. Русанов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-1345-7010

В. Л. Швецов, Акционерное общество «Турбоатом» (61037, Украина, г. Харьков, пр. Московский, 199), e-mail: shvetsov@turboatom.com.ua ORCID: 0000-0002-2384-1780

 

Аннотация

Для совершенствования проточной части регулирующего отсека и улучшения энергетических показателей в ИПМаш НАН Украины разработан трехступенчатый регулирующий отсек цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины К-325-23,5, в котором отсутствует уравнительная камера. Для определения эффективности газодинамического усовершенствования регулирующего отсека возникла задача изучения пространственной структуры турбулентного потока. Для этого было проведено численное моделирование течения пара в режиме с учетом парциальности подвода и в номинальном режиме. Основной задачей проведенного численного моделирования было выявление степени окружной неравномерности газодинамических параметров в первых ступенях отсека и на выходе из него. Пространственные расчеты течения пара в исследуемых проточных частях проводились с помощью программного комплекса IPMFlow моделирования пространственного турбулентного течения в турбомашинах, разработанного в ИПМаш НАН Украины. Проведено исследование неравномерности потока пара по кругу для режимов 100, 70 и 50% массового расхода пара. Режимы 70 и 50% характеризуются двумя закрытыми регулирующими клапанами из четырех, что соответствует 37% открытых межлопастных каналов. Представлены результаты и анализ расчетов трех режимов в виде распределений массовых расходов и давлений в межвенцовых зазорах и на выходе из отсека. На графиках хорошо видно, что неравномерность удельного расхода сохраняется до последней ступени, в то же время неравномерность давления оказывается незначительной для всех рассмотренных режимов. Анализ результатов моделирования показывает довольно низкую неравномерность газодинамических параметров пара на выходе из регулирующего отсека в режимах с парциальностью и незначительную неравномерность в номинальном режиме. Исходя из полученных результатов анализа сделан вывод о эффективности применения нового регулирующего отсека ЦВД при модернизации паровой турбины К-325-23,5. Для внедрения новой конструкции регулирующего отсека целесообразно дальнейшее исследование уровня нестационарных нагрузок на лопатки ЦВД.

 

Ключевые слова: численное моделирование, пространственное течение, паровая турбина, регулирующий отсек, цилиндр высокого давления.

 

Литература

  1. Щегляев А. В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. М.: Энергоатомиздат, 1993. 416 c.
  2. Бойко А. В., Усатый А. П., Авдеева Е. П. Численное исследование эффективности уравнительной камеры за регулирующей ступенью на разных режимах работы. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2014. № 1 (1044). С. 6–11.
  3. Русанов А. В., Косьянова А. И., Косьянов Д. Ю. Исследование структуры потока в регулирующем отсеке ЦВД паровой турбины К-325-23,5 на режиме парциальности 0,4. Авиац.-косм. техника и технология. 2015. № 9. С. 75–80.
  4. Бойко А. В., Говорущенко Ю. Н., Усатый А. П. Оценка влияния межвенцового зазора на эффективность регулирующей ступени на переменном режиме. Вестн. НТУ «ХПИ». Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. 2012. Вып. 7. С. 49−53.
  5. Русанов А. В., Ершов С. В. Математическое моделирование нестационарных газодинамических процессов в проточных частях турбомашин: монография. Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2008. 275 с.
  6. 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.
  7. Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.

 

Поступила в редакцию 22 мая 2020 г.