Повышение газодинамической эффективности регулирующего отсека паровой турбины серии К-300

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.006
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Выпуск Том 23, № 4, 2020 (декабрь)
Страницы 6–13

 

Авторы

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: 0000-0002-9957-8974

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

А. И. Косьянова, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: kosianova.anna@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6944-0299

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

Н. В. Пащенко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: pashchenko@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-3936-7331

М. А. Чугай, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: mchugay@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-0696-4527

Р. А. Русанов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: roman_rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-2930-2574

 

Аннотация

В работе предложены методы, направленные на повышение эффективности соплового регулирования для паровых энергетических турбин серии К-300, которые вместе с турбинами серии К-200 составляют основу тепловой энергетики Украины. В качестве объекта исследования рассмотрены регулирующий отсек цилиндра высокого давления паровой турбины К-325-23,5. Численные расчеты и проектирование регулирующего отсека паровой турбины выполнялись с помощью разработанной в ИПМаш НАН Украины комплексной методологии, включающей методы различных уровней сложности  – от одномерных к моделям расчета пространственных вязких течений, а также аналитических методов описания пространственных геометрий проточных частей на основе ограниченного количества параметризованных величин. Комплексная методология проектирования реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программных комплексов FlowER и FlowER-U. Модель вязкого турбулентного течения основана на численном интегрировании осредненной системы уравнений Навье-Стокса, для замыкания которых используется двучленное уравнение состояния Таммана. Учет турбулентных явлений осуществлялся с помощью двухпараметрической дифференциальной модели турбулентности SST Ментера. Исследования проводились для шести режимов работы в расчетной области, состоящей из более 3 млн. ячеек (элементарных объемов) с учетом междисковых и диафрагменных перетеканий. По результатам многочисленных исследований исходного регулирующего отсека паровой турбины К-325-23,5 показано, что в проточной части из-за больших потерь кинетической энергии в камере выравнивания, а также завышенной загруженности на первой ступени КПД достаточно низкий на всех режимах эксплуатации, в том числе на номинальном (режим 100% мощности). На основе проведенного анализа газодинамических процессов сформированы направления и выполнена модернизация проточной части регулирующего отсека. В новой проточной части, в отличие от исходной, наблюдается благоприятная картина течения на всех режимах работы, обеспечивающая ее высокую газодинамическую эффективность. В зависимости от режима, окружной КПД регулирующего отсека увеличился на 4,9–7,3%, а мощность – на 1–2 МВт. На номинальном режиме (режим 100%) окружной КПД нового регулирующего отсека с учетом междисковых и надбандажних перетеканий составляет 91%.

 

Ключевые слова: паровая турбина, регулирующая ступень, пространственное течение, численное моделирование, газодинамическая эффективность.

 

Литература

  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.

 

Поступила в редакцию 02 ноября 2020 г.