автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Повышение эффективности ТЭЦ за счет оптимизации низкопотенциальной части теплофикационного оборудования

р ВЕШОРфДрКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ Г ' АКАДЕМИЯ

| о Он.!

О..)

УДК 621.165

НЕУЙМИН Валерий Михайлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ ЗА СЧЕТ ОПТИМИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЧАСТИ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.14.14 Хелловые электрические станции (тепловая часть)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1 995

'абота выполнена на кафедре "Тепловые электрические станции" белорусской государственной политехнической академии и в Главном научно-техническом управлении Министерства Российской Федерации по атомной энергии.

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

Оппонирующая организация —

кандидат технических наук, доцент КаржщкийН.Б.

доктор технических наук, профессор Шароваров Г.Л.1

кандидат технических наук йфопущинский В.М.

Российское Акционерное общество энергетики и электрификации "ЕЭС России"

Защита состоится^ЬС/*$$-*1995 года в часоа на засе-

дании совета по защите диссертаций К 056.02.09 при Белорусской государственной политехнической академии. 220027, М,»»ми, пр. Ф.Скорнны, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан'

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, доктор технических наук

А. Д.Качан

/

/

.Белорусская государственная / политехническая академия, 199&

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ - эффективное средство экономии органического топлива. Одним из основных элементов ТЭУ является теплофикационная паровая турбина, как правило, содержащая ИНД или ЧНД, работающие в широком диапазоне режимов. Наиболее сложными из них являются малорасходные и беспаровые,отрицательно влияющие на надежность и экономичность лопаточного аппарата, что обусловлено действием вентиляционных течений. Теория вентиляционных режимов проработана недостаточно. Кличе-вое понятие в ней - вентиляционные потери (Ш), до сих пор не . подвергалось фундаментальному научному исследованию. Исследования ВП диктуются необходимостью повышения экономичности из-за роста стоимости органического топлива, расширения комбинированной выработки электроэнергии на ТШ, а также расширением сферы применения парциальных турбомашн в других отраслях. Специальный интерес к вентиляционным режимам ступеней низкого давления (НД) вызван: необходимостью создания .оптимальных конструкций 1ДЩ (ЧНД реконструируемых и вновь разрабатываемых турбин; проблемой перевода мощных теплофикационных турбоуста-новок на -трехступенчатый подогрев сетевой вода; поисками путей рациональной эксплуатации глубокоразгружеяных ЩД в периоды провала электрической нагрузки, в т.ч. и при работе на моторных режимах-; удовлетворением некоторых специальных условий эксплуатации ЦНД (ЧНД), например, периодическая работа при высоком противодавлении а конденсаторе, расходная недогрузка машины при дефиците охлаждающей воды. Существующие результаты исследований ВП ке дают ответов на поставленные вопросы. Известные эмпирические,формулы не определяют зависимости ВЧ от вентиляционных расходов, что исключает сх обоснованное применение в расчете вентиляционных разогревав. Малопригодны л для оценки ВП в ступенях НД мощных паровых турбин. В этой сняли трудоемкие я дорогостоящие экспериментальные исследования на натурных объектах находят продолжение. При этом влияние как конструктивных факторов облопачивптя, так V рекимных фт/то-

ров остается недостаточно выясненным. Отсутствует так ае метод оценки вентиляционных разогреьов и их влияния на Ш. Решение этих вопросоа позволит определить пути рационализации конструкций ЧКД паровых турбин, предложить универсальную методику по выбору модуля (модификации) 1ЩД (ЧНД) для любых конкретных условий эксплуатации. При этом должны увеличиваться экономичность и ¡маневренность базовых моделей. Это позволит оптимизировать цути и направления *хехлерейооруженкя ТЭС, что является одной из важнейших научно-технических проблем в энергетике. Работа выполнена в рамках программы 71.02 р "Энергосбережение" (РБ) и федеральной целевой "Программы "Топливо и энергия" (Р5) подпрограммы: "Техническое перевооружение и реконструкция объектов электроэнергетики" и "Оборудование для ТЭК".

Уель^работы

1. Разработка теории вентиляционных явлений, протекающих в . глубокоразгруженной ЧНД турбоусганозки большой единичной мощности, путем обоснования выбора физической модели, вывода универсальной зависимости по определению .Ш, теоретического объяснения прикорневого отрыва потока в рабочем колесе осевой ступени, вызывав кщего разогрев потока и проточной части цилиндра турбоустаноаки при эксплуатации на малых нагрузках, создания балансового метода определения а валового достояния (разогрева) глубокоразгружен-ного ЦНД, позволяющего определить предельный уровень температур

в ЦНД турбин.

2. Применение разработанной теории для повышения тепловой эффективности низкопотенциальной части мощных паровых турбин Т9С посредством анализа тепловой функции существующих конструкций проточных частей НД паровых турбин во всем диапазоне режимов эксплуатации, предложения расчетного метода сравнения конструкций проточной части турбомашин, разработки принципа модулирования (модифицирования) и универсального графика выбора модулей ЧНД (ЦНД) теплофикационных.турбин и их характеристик по заданию заказчика, оптимизации унифицированной проточной части НД, обоснования рредсгв создания надежных и экономичных малогабаритных турбин большой единичной мощности.

3. Предложение и реализация на базе теории вентиляционных явлений конструктивных мероприятий по повышению тепловой эффективности паровых турбин ТЭС.

1. На базе разработанной теория вентиляционных явлений в ступенях паровых турбин ТЭС выведена универсальная расчетная зависимость по определению Ш мощности, дающая хорошее совпадение с экспериментальными данними. Зависимость дополнительно включает в себя осевую ширину зоны активной вентиляции рабочих лопаток. Длл удобства вычислений введено понятие конструктивной функции вентиляции, которая наиболее полно'отражает влияние конструктивных параметров рабочего колеса и камеры на величину Ш.

2. Определено Кориолисово взаимодействие рабочих лопаток и радиального потока пара (газа). Расчетным путем установлено, что действие сил Нориолиса вносит удвоенный вклад в ВП по сравнению с действием центробежных сил. Обоснованы мероприятия по повышению тепловой эффективности низкопотенциальной части ТЭС за счет снижения ВП мощности.

3. Проведен сравнительный анализ известных зависимостей по оценке Ш и экспериментальных данных, впервые позволивший с доступной полнотой оценить степень применения этих зависимостей для определения Ш в ступенях мощных паровых турбин ТЭС и АЭС.

4. Теоретически объяснены причины появления прикорневого отрыва потока в рабочем колесе осевой турбинной ступени, вызывающего разогрев потока и проточной части турбины. Представлен балансовый метод определения теплового состояния (разогрева) глубокоразгруженного ЦНД паровой турбины, позволивший определить предельный уровень температур в ЦНД мощных турбин.

5. На основе анализа тепловой функции выпускаемых в Российской Федерации конструкций проточных частей низкого давления паровых турбин разработан принцип модулирования (модификации)

и предложен универсальный график выбора модулей ЧНД (ИНД) теплофикационных турбин и их рабочих характеристик по заданию заказчика. Представлен расчетный метод сравнения конструкций проточных частей турбомашин. Обоснована возможность создания высокоэкономичных турбин большой единичной косности в малогабаритном исполнении.

Разработанные теория вентиляционных явлений, физические методы и расчетные зависимости позволяют: производить оценку Ш с более высокой, чем до сих пор, точностью, в том числе по показаниям штатных средств измерений, расположенных в выхлопной части ЦЙД турбины; с достаточной полнотой оценить степень применимости известных расчетных зависимостей для определения ВД в ступенях мощных паровых турбин; представить модель вентиляционных раэог-ревов, судествегшо препятствующих использованию технических возможностей крупнейших теплофикационных турбин, позволившую расчетным путал определить предельный уровень температур в ЦВД находящихся в эксплуатации турби*.; предложить конструктивный мероприятия по снижении Ш и разогревов (полочное бандажирование против раскрутки рабочих лопаток, разделительные кольца в полости вращения рабочих лопаток, само регулируемое устройство охлаи-дения ЦВД турбины; предложить оптимальней способ модулирования (кодифицирования) ЧНД (ЦНД) турбоустановок, Реализация способа только в России позволит ежегодно'дополнительно Бь.рабатывать до I млрд. кВт'ч электрической энергии.

^аз^льтатов^аботы

Проведенное исследование позволило подготовить техническое предложение, на база которого организовано серийное производство типа Т-115/125-130 на АО "Турбомогорный завод" в двухцилиндровом исполнении для замены морально?« физически изношенна турбин типа ШГ-25-90, Т-50-130, Т-100-Ы0 а дп. Головной образец такой турбины поставлен в Казахстане. •

Материалы работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии (г. Минск, 199^,1994), на научно-технических конференциях ПО "Турбомоторный завод" (г.Свердловск, 1976, 1988), НПО "ЦШ" (г. Ленинград, 1976), ГНЦ "Физико-энергетический институт (г. Обнинск, 1994), на научно-техничес. ких совещаниях в Минэнергомаше СССР (1975, 1966), Минэнерго СССР (1966, 1987), Минагомзнерго СССР (1989, 1990), Минатомэнергопро-

ма СССР (1991, 1992), Минатома Р£ (199о, Г994), Минтопэнерго Р* (1992-1994), РАО "ЕЭС России" (199а, 1994), знергомашинострои-тельной корпорации (г. Москэа, 199а, 1994), ПО Турбомоторный завод" (г. Свердловск, 1974-1968), 'институте теоретической и экспериментальной физики (г. Москва, 1995),

3 основу диссертации положены работы, выполненные в 19721995 гг.. Основные ее положения опубликованы в 14 работах. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, иллюстрируется 30 рисунками, 2 таблицами и состоит из введения.« б'глаа, заключения, списка литературы из 212 наименований на 19 страницах и б приложений.

1. Теории рентиляционных явлений, протекающих в глубоко-разгруженном ЦНД паровой турбины ГЭС.

2. Принцип модулирования (модификации) ЧЯД турбины и универсальный график выбора модулей ЧЕД по заданию заказчика.

а. Технические предложения по снижению ВП в турбомапине, ликвидации разогревов 1Щ, созданию малогабаритной турбины большой мощности для повышения эффективности технического перевооружения и реконструкции ТЭЦ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

§2_2§2ВШ22 обоснована актуальность продолжения работ по повышению тепловой эффективности ниэкопотенциалькой части ТЗС (ТЭЦ).

Впедвой главе дан обзор литературных источников, из которого следует, что существующие эмпирические зависимости не пригодны для оценки ВП в ЧНД мощных паровых турбин, отсутствуют физические методы оценки влияния ВП ка разогрев проточных частей' НД. Поставлены цели исследования.

ё?._&торой_главе сформулирована теория вентиляционных явлений, протекающих в глубокоразгруженном ЦНД турбоустшюаок. Выведена универсальная зависимость по определению Ш мощности (I).

Представлены практические зависимости для оперативного их использования в эксплуатационных условиях,

У] ¿в г, 1 ± г , р? Л

" («Я-И/?»*))\ .5 3 3 >х

(I)-

где_ ^ - средний синус профильных углов и ;

К/: - средний коэффициент газового сечения полости вращения рабочих, лопаток (ПВРЛ), определяемый отношением профильного сечения межлопаточных каналов к полному сечению полости вращения; ^ - плотность рабочего пара (показано, что неучет распределения ьлотности для длинных лопаток может вызвать максимальную погрешность на практике до о $); /г * - частота вращения ротора; а1а - диаметр рабочего колеса при вершине рабочих лопаток; у - конструктивная функция вентиляции (включает в себя значение осевой ширины - б зоны активной вентиляции рабочих лопаток); ф3 - коэффициент статического сопротивления профиля (показывает долю энергии вращения, которая формирует распределение плотности пара) для фрагмента колеса (рис. 1).

Рис. I, Схема движения газа в полости вращен'ля рабочих лопаток; а) схема первоначального инерционного взаимодействия РЛ и кольцевого элемента толщиной л Я (угловой разворот со-.седних РЛ мал и потому нз учитывается; б) статическое разложение /„ и на профи-

ле РЛ; з) зекторная диаграмма Рф И Рке

Рис, 2 иллюстрирует установившийся вентиляционный процесс в

"- диаграмме. Установлено, что. удвоенный вклад э образование Ш по сравнению с действием центробежных сил обеспечивает действие сил Кориолиса. На рис. 3 представлено рабочее колесо в камере; При = 0 и — получено выражение

Д

Т

-1. $ ш 1

и т 'Ш <

Рис. 2. Устанозивиийся вентиляционный процесс в диаграмме ..

Рлс. 3. Облопаченный диск в камере и геометрические параметры вентиляционного процесса

ь/&+ /(£а*■ V 4ь\/а. , позволяющее опе-

ративно оценивать характер вентиляции з колесе. При Л /В -с 3 активная вентиляция занимает лишь часть ЛВРЛ осевой пнрлной Изменение В почти не влияет на 31. Отсутствие влияния В относительно коротких РЛ на Ш1 решительно отличает их от относительно длинных, где она прямым образом определяет Ш.

Построение диаграммы В/йд (1) не противоречит известным пэлуэмпирическим зависимостям, о чем свидетельствуют их варн щта: Вт- Р ■

В которых У*. /7- ы • М я = /У- Ф/*.

Полагая у, ф замененными опытными коэффициентами, виден функциональный охват этими формулами зсёх известных зависимостей (рис. 4сй Оперативные вычисления сложны, поэтому предложена вспомогательная .диаграмма, с помоцьи кот зрей по заданным значениям ,:ег:;о находить . Основные элементы тгкэЯ диаграмми яредставл'-гои

А У-

•у к^ /

А #

ш ку}/ чуИ

А г¥Ц оч \\

л Щ ■-"¿Я-- V.

о А ///-Л \У/ ^ й—¡»Я:

г* Л . -

0 V й. о.1 о,2 ■ с.3 (цц /0 ¿¡я от оаэ ш не щз ад

Рис.'4. Конструктивная функция вентиляции а) $.*

б) вспомогательная диаграмма в) практическая часть диаг-(по заданнш значениям -ршлмы

¿е/Ъ, а/£в, /4°)

находится значение конструк- ' ' , ^

тивной функции вентиляции)

со

на рис. 46. Практическая часть диаграммы приведена' на рис. 4в.

Применение з методе расходного баланса позволило проанализировать влияние конструктивных параметров камеры на процесс вентиляции. Диаграмма В, иллюстрирует синтез влия-

ния конструктивных элементов облоггачивания и камеры на ВП. Упрощенная зависимость, позволяющая по штатным параметрам выхлопа быстро и достаточно точно определять ВП, имеет вид:

= • У3'Лгр ^гт/Не+г&ХЪ. .

На ее основе выведены частные зависимости, в т.ч. для оценки БП в обеспаренной турбине: =0,0171-л-РлМс+г?*),сВт(

где щ/Кзго при Л = 50 ГЦ, у = _рк =0,067 кг/м3 составляет, кВт:625(Т-50-130), 675(Т-50-130-6), 13Ю(Т-Ю0-130), 17В5Н,2250(ПТ-135-130), 3600*,4520(Т-175-130), 3980?5190(Т-250-240), 8630(ТК-450-60), 275 (К-25-90), 950(ПТ-60-130), 3910 (К-200-130), 5100*, 6550(К-З0р-240), €630*. 8760(К-500-166), 10490х, 13390(К-800-240), 22230*(К-1200-240). (« - для машин, все рабочие решетки которых снабжены бандажами). Для грубой оценки вентиляционных потерь из (I) получена формула: ^ = 11500 • • dLlp.Pt, кВт.

Б третьей главе приведены результаты сравнительного анализа величин Ш, рассчитанных по известным зависимостям и экспериментальным данным. Диаграмма среднеквадратичных отклонений значений ВП в ступенях турбомашин, вычисленных по различным формулам в сравнении с результатом авторского метода (с раскруткой РЛ от действия центробежных сил и без нее) представлены на рис. 5. Среднеквадратичная, погрешность значений ВП,

Рис. 5. Диаграмма среднеквадратичных отклонений оП мощности в ступенях турбо-машн от результатов рекомендуемого метода, вычисленных по различным функциям (- - без,

--- - с раскр.

ям (•

рассчитанных по формуле (I)', по отношению к экспериментальным данным, полученным на турбинах Т-25-90, Т-50-130, Ш.'-00-130, ЩЩ ПТ-60-130, чад ПГ-60-130, К-200-130, составляет 2,5%, что не больше собственной погрешности эксперимента.

В четвертой-главе установлены причины, вызывающие отрыв потока'на периферии межвенцового зазора турбинной ступени и приводящие к разогреву потока и проточной части турбоустановки. Представлен физически обоснованный балансовый метод оценки теплового состояния (вентиляционного разогрева), показано его влияние на величину Ш. Модель основана на предложении, что'*с уменьшением расхода среды, время ее прохождения через ПВРЛ увеличивается. Тогда, согласно принципа ЛеШательа, в системе "поток рабочей, среды - 1ШРЛ" изменение времени прохождения потока сопровождается действием, уменьшающим это изменение. Такая компенсация обеспечивается воздействием на поток рабочего пара центробежной силы. Этой недиссипативной силой среда в ПВРЛ ускоряется, вследствие чего уменьшается расходное сечение ее потока. и образуется^прикорневой отрыв, а превышение радиального напора над расходным на периферии ПВРЛ указывает на появление периферийного отрыва потока. Задача сводится к определению соответствующих радиальных положений и расходных сечений потока среды в ПВРЛ. Отрывные течения вызывают разогрев потока и проточной части.

Метод оценки вентиляционных разогровов и их влияния на ВП.

База разогрева - в конденсаторе турбины. В проточной части есть два вэаимовлияющих потока: рабочий и из конденсатора б-тРлое . При уменьшении б-^рл повышается температура у последней ступени. При = 0 максимальная температура устанавливается в головной ступени (конденсатор становится паровоздухоохладителем). На этом принципе устроено охлаждающее устройство (глава 6;3). Доказательством этому служит то, что при малых %>% (давление перед последней ступенью). В основу системы расчетов вентиляционных разогре-вов взяты два экспериментально установленных факта: примерное постоянство ВЛ при очень малых ; в ПВРЛ симметричные вентиляционные потоки полностью смешиваются до момента их раз-

деления на периферии (т.е. яожно определить полное прирацение энтальпии сбрасываемого из ступени пара по огнозенш поясасыза-емого в ПНРЛ из парового пространства конденсатора. В установившемся вентиляционном режиме при <£/>/? * О ЗП в ЩД на примере турбины Т-100-130 по сравнению с исходными уменьшаются на 21,1% (в последней ступени - на 16,5 %, в предпоследней ступени - на ¿7,7 %).

Помимо радиальных градиентов температур в корневых сечениях РЛ возникает значительные градиенты температур в осевом направлении. Этот градиент особенно велик на последней ступени. Общий уровень температур можно ограничить поддержанием параметров пара со стороны конденсатора на уровне насыщения, а также. уменьшением кратности нагрева.

В пятой главе предложен принцип модулирования (модификации) и представлен универсальный график выбора модулей ЧЯД (ЦНД) теплофикационных турбоусгановок по задании заказчика (риз.6).

Рис. о. Стоимостная функция выбора проточной части низкого давления при эксплуатации без утилизации теплоты в конденсаторе

Выбор оптимального варианта выхлопной части - ключевой в этом процессе.

Теоретическое исследование Ш и вентиляционных разогревоа позволили получить результаты анализа тепловой функции выпускаемых в России ЦНД и их элементов во всем диалазонб режимов (рассмотрено 32 модификации ЩД). Показана возможность и необходимость модернизация ЦВД теплофикационных турбин на основа модулирования (модуль-совокупность группы ступеней из освоенных' лопаток и других элементов). Ото позволяет рационально г;ор-

мировать мощностной ряд ЦНД турбин, проводить реконструкцию. Приведены зависимость экономического эффекта от подрезки РЛ от вершины и стоимостная функция выбора конструкции ЧНД от в номинальном конденсационном режиме. Проведенный функционально-стоимостной анализ показал недостаточную эффективность унификации ЧНД, осуществленную на турбинах ИГ-140, Г-180, Т-185. Оказалось недооцененным снижение мощности в номинальном и пиковом конденсационном режимах и переоцененным повышение мощности в теплофикационном режиме. При этом чрезмерно аэродинамически перегружена последняя ступень в конденсационном режиме. Вместе с тем, такая унификация может быть выгодна при проектирова- -нии турбин в целях уменьшения их габаритов, металлоемкости, . совершенствовании компоновки. Представлен унифицированный ЦНД, расчетный метод сравнения конструкций проточной части турбо-кашин, а также1; технические предложения на малогабаритные конструкции турбин типа Т-П0-130, ПГ-145-130, Т-1Я5-130.

В несгой главе даны предложения по' повышению тепловой эффективности работы низкопотенциальной части ТЭС (ТЭЦ):

1. Применение разделительных колец, например, в виде антивибрационных полок или простой ленты, дробящей проходное сечение облопачивания на две части, уменьшает раскрутку РЛ, повышает экономическую эффективность рабочих каналов. Наконец, сочетает функцию демпферной связи, которой можно заменить плохо обтекаемые потоком проволочные связи. Максимальный эффект достигается при условии деления объема ПиРЛ на примерно равные части,. При этом'Ш уменьшаются на 30 Установка двух колец сникает ВП на 50

2. Оптимальная установка одного разделительного кольца и периферийное бандажировэние на кглгдой ступени ЦНД турбин 111-135, Т-175, Т-250 только за счет снижения ВП позволит повысить среднегодовой КПД, этих машин на 0,20; 0,31; 0,30 % соответственно. Формула (I) позволяет ьыпяить эффект раскрутки_ РЛ от действия центробежных сил (Ш растут с ростом У и Вентиляционные потери ЦНД ТК-450 (проект) ниже соответственно на 11,0; 29,2; 25,6 ¡£,чем в .ЦНД Г-250. Вентиляционные режимы длятся 3-5 тыс.ч/год. При введении полочного бандажирования

ВП уменьшатся в ПГ-135 и Т-175 на 20 %,' в Т-260 - 23 %. С уче-

том эксплуатации при Рном в конденсаторе и допустимом разогреве выхлопа это означает увеличение средней годовой экономичности этих турбин на 0,08; 0,12; 0,11 %. '

3. Предложена ехала устройства охлаждения ЦНД, обладающая саморегулированием, заключающимся в сохранении постоянно-, го (точнее, слабоменянцегося) отношения тепловыработки ЦНД к расходу вентилируемого пара в выхлоп за счет радиально-осевой вентиляции пара, аасасываемого в проточную часть из парового пространства конденсатора, как со стороны выхлопа (радиальная вентиляция), так и со стороны паровпуска (осевая вентиляция). Расчеты показывают, что при нормальной плотности вакуумной системы уровень температур в ЦНД турбины Т-250/300-240 не превысит 200 °С (в ЦНД турбины T-I00-I30 - в 2-3 раза ниже), а в ЦНД турбины К-300-240 - 180 °С.

4. Техническое предложение по малогабаритной турбине типа T-II0/I20-I30 (ПГ-90). Она не уступает в тепловой эффективности турбине Т-Ш/120-130-5, выпускаемой серийно, и может быть установлена, также :. на частично реконструируемые фундаменты отработавших свой ресурс турбин-типов T-50-I30 и ПТ-50-130/7 АО "Турбомоторный завод" и фирмы "Шкода", а также K-IQ0-90 ТОАТ "Харьковский турбинный завод", К-100-130 "ЛИЗ". Указанное техническое предложение после соответствующих рекомендаций Комитета наргдного контроля СССР от 1989 года и Мин-тяжмаша СССР нашло воплощение в конструкции турбины типа Т-Ш/125-IoQ АО "Турбомоторный завод", выпуск которой в сжатые сроки налажен серийно. Головной образец машины установлен в Казахстане. Выпуск турбины способствует повышения эффективности работ по техническому перевооружении и реконструкции в энергетике.

вывода И ЗАЮШЧШИЕ

I. Разработаны теория вентиляционных явлений, физические методы и универсальная расчетная зависимости для определения вентиляционных потерь мощности, в том числе для оперативной оценки в условиях эксплуатации глубокоразгруженных ступеней паровых турбин. Выяснено, что помимо центробежной силы, которой до сих пор приписывалась исключительна^ роль в вентиляции,

вдвое больший вклад вносит действие сил Кориолиса. Полученная зависимость наиболее полно отражает влияние конструктивных параметров рабочего колеса и камеры на вентиляционные потери. Формула включает.осевую ширину зоны активной вентиляции рабочей лопатки и позволяет выявить эффект расярутки рабочих лопаток от действия центробежных сил. Для удобства расчетов введено понятие конструктивной функций вентиляции, позволяющее сравнивать эффективность ступеней с точки зрения Ш.

2. Выполнен сравнительный анализ известных экспериментальных данных и величин, подученных по известным зависимостям ВН.; С доступной на сегодня полнотой проведена оценка степени применимости расчетных зависимостей для определения ВП мощности

в ступенях НД мощных паровых турбин. Для определения Щ в ЦНД турбин малой и средней мощности пригодны формулы Зуттера-Трау-пеля и Маркова-Терентьева. Но- только авторская формула определяет зависимость ВП от вентиляционных расходов, что позволяет по ней рассчитывать вентиляционные разогревы. .

3. Предложены теоретическое объяснение прикорневого отрыва потока в рабочем колесе осевой турбинной ступени, вызывающего разогрев проточной части цилиндра турбины, и балансовый

метод определения теплового состояния (разогрева) глубокораз-гружекного ЦНД паровой турбины, впервые позволивший расчетным путем оценить влияние ВП на уровень разогревов. Уровень разо-гревов в ЦНД турбины типа Т-250/300-240 в 2-3 раза выше, чем в турбина типа Тг100-130. Общий уровень температур, ограничить поддержанием параметров пара со стороны конденсатора на уровне насыщения, а также уменьшением кратности нагрева. Максимальный разогрев возникает в первых ступенях ЦНД. Результатк расчетов подтверждаются экспериментальными данными. Впервые дан расчет влияния разогревов'на Ш. В установившемся вентиляционном процессе ( = 0) и нормальной плотности вакуумной системы уровень температур .в ЦНД турбины T-25Q/3QQ-240 не превысит 200 °С, а турбины К-300-240 - 180 °С.

4. На основании проведенного, анализа тепловой функции существующих конструкций ПЧНД в конденсационном и теплофикационном режимах разработаны принцип модулирования (модификации) и универсальный график выбора модулей теплофикационных турбин пс

заданию заказчика. Предложен расчетный метод сравнения конструкций проточной части турбомашин ТЗС. Предложена оптимальная конструкция унифицированного 1Щ турбины.

5. Обоснованы предложения по уменьшению Ш в ступенях турбомашин к ликвидации раэогревоа обеспаренного ЦНД турбины Т-250/300-240, исключающие дополнительный подвод охлаждающих пара и воды.

6. Обосновано техническое предложение по созданию малогабаритной конструкции турбины большой единичной мощности. „ ч С учетом технического предложения на Урале втрое быстрее, чеК»' до сих пор, организовано серийное производство турбины типа Т-П5/125-130. Головной образе; турбины поставлен в Казахстан.

Основное_сойе^ание^иссевтеции_оп^блик

1. Неуймин В.М., Подкорытова Л.Н,, Тихомиров А.Н. Затраты мощности на вентиляцию механически инертного пара в ступенях ВДД паровых турбин. Сб. Опыт создания турбин и дизе-лей,-Свердловск,Средне-Уральское кн.изд, 1977.тВып.4,-

С. 24-32.

2. Неуймин В.М., Усачев И.П. К вопросу об охлаждении ЦНД мощных паровых турбин. Труды ЦКГИ, 1978.-Вып. 157,-£".23-25.

3. Неуймин В.М., Усачев И.П. Вентиляционный процесс в ступени осевой турбомашины.-Энергомашиностроение.-1982№ II,-

С. 7-12.

4. Неуймин В.М., Усачев И.П. фхойван Л.Н. Рекомендации к оп-.ределению вентиляционных потерь в турбомашине.-Энергетическое машиностроение, НИИЭинформзнергомаш, 8-84.-C.5-I4,

5. Усачев И.П., Неуймин В.М., Тихомиров А.Н. Расчет и анализ установившихся режимов ЦНД паровых турбин.- Энергомашиностроение г 1976,Юг е.11-13.

6. Усачев И.П., Неуймин В.М., Тихомиров А.Н. Метод определения разогревов проточной части ЦНД при очень малых расходах рабочего пар-г.-Энергомашностроение.-ГЭ??№ 2.-С.12-1Ь,

7. Усачев И.П., Неуймин В.М. Общий метод расчёта вентиляционных потерь мощности в ступенях турбомаган.-Энергомашностро-

ени е -1378 г № 3С. 3-11.

8. Усачев И.П., Неуймин В.М. Оценка вентиляционных потерь-в ступенях низкого давления цилиндров паровых турбин. В реф. сб:Создание паровых и газовых турбин. Опыт ПО "Турбомотор-ный завод" wh. К.Е.Ворошилова.-ШЙЭпнформэнергомаш.-1979г ■ № 6-С. 13-15.

9. Усачев ИЛ,, Неуймин В.М., Щученко Л.А. О прикорневом отрыве в осевой турбинной ступени.-Энергомашиностроение,-1979,~ № 3.-C.9-12.

10. Неуймин В.М., Усачев И.П., Головин B.B. fiGA теплофикационных парсвых турбин: унифицированная проточная часть низкого давления .-Тяжелое машиностроение.-1290.-f1 в.-С. 13-17.

XI. Усачев И.Я., Неуймин В.М., Власова Е.Г. Дополнение к тра-' диционному методу расчета мощности турбинной ступени.-Энергетическое машиностроение, ШИЭинформэнергомаш, 1984,- Зс.

12. Неуймин В.М., Усачев И.П., Карыацких Т.Г. ФСА теплофикационных паровых турбин: от унифицированной ПЧКД к малогабаритным конструкциям.-Тяжелое машиностроение, ЦНИИЗИтяжмаш.-№ 9Г 90-17.-С.. 15-24.

13. Усачев И.П., Ильиных В.В.", Ефимеяко З.Н., Коляснаков 3.3., Неуймин В.М. О частотной диаграмме аксиальных колебаний

облопаченного диска осевой турбины.-Энергомашиностроение,. 1981,-» 3.-С.5-9.

14. Неуймин В.М., Карницкий Н.Б. Вентиляционные потери в ступенях низкого давления мощных паровых турбин. - Материалы 50-й •научно-технической - конференции БГПА. Тезисы'докладов.-Ч.П.-Мн., I994i-- G.IQ.

р а з ю м е

Неуйм1н Валерий 111хайлав1ч "Павышэнне эфектыунасц! ЦЭЦ за л1к аптым1зацы1 Мзкапатэнцыяльнай часхк1 цеплаф1кЬцыйнага абаталавання"

ШШШЩЫЙНЫЯ СГРАГН, ЦЕШШЯКАЩИШ ТУРБША, РАЗАГРЭУ, МДЩФШ/ЩЫЯ, ПгаКАШШ АЛга? ШТОКА, ЦИШШАЯ ЭФЕЮШ1АЩЬ, ФУНКЦИЯ ВЕНШЯДО1.

Аб'ектам даследавэння з'яуляюцца цеплаф1кэцийныя турб1ны

цац. .

Мэга работы - распрацодка тэоры1 вентыляцыйных з'яу 1 стварэняе иетада выяулення цеплавога стану глубокаразгружан-най частк1 (цыл1ндра) н1зкага ц1ску ЧЩ (ЩЦ) турбаусгановак, вывад ун1версальнай залежнэ.сц1 для выяулення вентыляцыйных страт, распрацоуяа тэхи1чнай праланош па канструкцы1 малага-барытнай турб1ны магутнасцп 100 КВт для тэхн1чнага лераузбра-ення.

Метад даеледавант - раэл1кова-ачал1тычны.

Прапанована $1з1чная мадэль I распрацавана тэорыя вентыляцыйных з'яу , здзяйоняотыхся'. у глыбокараэгружаных ЧЩ (ЦНЦ) параной турб1ны, на базе як1х выведзена унХвероальная зале). -насць для выяулення вентыляцыйных страт. Установлена, што Карыёл1сава уза1мадзеянне рабочих лапатак I радыяльнага пато-на пара унос1ць удвоены уклад у вея1чыну вентыляцыйных страт у параунанн1 з дзеяннш цэнтрабежных с 1л.

Тэарэтычна растлумачаны прычыны паяулення прыкарнявога адрыву патока у рабочим коле асявоЛ тур51ннай ступен1, выкл1-каючага разагрэу патока I праточнай частк!. Прапанаваны ба-лансавы метад выяулення разагрэьу гдубокаразгружашх ЧНЦ (ЦНЦ) турб1ны, дазвол1ушых выявГць гран1чны узропень тэмператур.

Разл1ковы метад параунання канструкцый праточных частак турбамашын ЦЭЦ I ш.шмальны спосаб мадыф1кацы1 ЧЩ (ЦНЦ) цеп-лаф1кацыйных турб1н I 1х рабочых характарыстык па заданию заказ чыка.

Атрыманыя вын1к! применены пры арган1за^и1 серыйнага выпуску турбГны Т-П5/125-130 у двухцыл!ндровым выкананн! для

замены маральна I Ф1з1чна заетарэушых турб1н ВГГГ-25", Т-50-*, Т-100. Выпуск такой в'урб1ны садзейн1чае павышэнню эфектыуна-сц1 работ па тэхн1ч:;аму пераузбраенню I рэканструкцы1 у энер-гетыцы.

РЕЗЮМЕ

Неуймин Валерий Михайлович "Повышение эффективности

ТЭЦ за счет оптимизации низкопотенциальной части теплофикационного оборудования"

ВШЭДЦИОШЫЕ ПОТЕРИ, ТЕШШИКАЩОННАЯ ТУРШНА, РАЗОГРЕВ,. модаикАЦия, ПРИКОРНЕВОЙ ОТРЫВ ПОТОКА, ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ,

фунщй шишшщ.

Объектом исследования являются теплофикационные турбины

ТЭЦ.

Цель работы - разработка теории вентиляционных явлений и создание метода определения теплового состояния глубокоразгру-женной части (цилиндра) низкого давления ЧНД (1Щ) турбоусга-новок, вывод универсальной зависимости для определения вентиляционных потерь, разработка технического предложения по конструкции малогабаритной турбины мощностью 100 МВт для технического перевооружения.

Метод исследования - расчетно-аналитический.

Предложена физическая модель и разработана теория вентиляционных явлений, Происходящих в глубокоразгруженных ЧНД (ЦНД) паровой турбины, на базе которых выведена универсальная зависимость для определения вентиляционных потерь. Установлено, что Кориолисово взаимодействие рабочих лопаток и радиального потока пара вносит удвоенный вклад в величину вентиляционных потерь по сравнению с действием центробежных сил.

Теоретически объяснены причины появления прикорневого отрыва потока в рабочем колесе осевой турбинной ступени, вызывающего разогрев потока и проточной части. Предложен балансовый метод определения разогрева глубокоразгруженчого ЧНД (ЦНД) турбины, позволяющий определить предельный уровень температур.

Расчетный метод сравнения конструкций проточных частей турбомашин ТЭС и оптимальный способ модифицирования ЧНД (ЦНД,)

1У

турбин позволили получить универсальный график выбора модулей Ш (ЦНД) теплофикационных турбин и их рабочих характеристик'по заданию заказчика.

Полученные результаты использованы при организации серийного производства турбины Т-115/125-130 в двухцилиндровой исполнении для замены морально и физически устаревших турбин В1ТГ-25, Т-50, Т-100. Выпуск такой турбины способствует поэыиению эффективности работ по техническому перевооружению д реконструкции в энергетике.

Баклагу

Neuymen Valéry Michailovich using the optimization of equipment.

"Increasing of TES productivity lowpotential part of hearting

VENTILATION LOSSES, HEATING TURBINE, HEATING. MODIFICATION, PRE-ROOT FLOISOLATION, HEAT PRODUCTIVITY VENT ILATE FUNCTION.

The subject of investigation is heating turbines of Thermo-electric station (TES).

The purpose of this work is woorkiny out the. ventilation upearensa theory and settin? up the method of thermostats of deeply-unloaded low pressure part (of cllinder) of turbo-instalation LPP (IPC), output of general-purpose dependence for determining ventilation .'losses, working out the technical suggestion for sinal-size turbine construction, 100 MWt capasity, for technical requipment.

The method of Investigatlon-calculating-analitical.

The phlslcal model is suggested and ventilation appearence theory taking, place In deeply-unloaded LPP (LPC) of steam turbine on the bases of wlch the universal dependence for determining of ventilation losses Is worked out. It Is stated, that Koriolisov interaction of the working blads and radial steam flow gives doubled contribution to the quantity of ventilation losses if compared to the effect of centrifigural force.

The reason for pre-root flow Isolation in tho. working wheel of oxle turbine stage, that causes heating of the flow and the channel pari is explained from theoretical point of view. The .balahce method of determining heating of. the deeply-unloaded

LPP (LPC) turbine, that gives the opportunity to determine the United temperature level is suggested.

Calculated method of construction comparison of channel parts of turbo-machines TES and optimal way of LPP (LPS) turbine modification gave the opportunity to receive the general-purpose diagram (graph) of module choosie of LPP (LPS) of heating turbines and their working features according to the customer's taste.

The resuites reseived were used for organizating of série production of the turbine T-115/125-130 in two-cillnder sample for replacing out-of-date turbines VPT-25, T-50. T-100. The output of such turbine «ill promote for lncrasing of productivity In technical revequlpment and reconstruction in energetics.