автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Повышение экономичности двухступенчатого отборного отсека паровой турбины

Перечень условных обозначений, параметров и характеристик потока.

Введение.

Глава 1. Постановка задач исследования.

1.1. Анализ конструкций отборных отсеков паровых турбин.

1.2. Обзор литературных источников.

1.3. Задачи исследований.

Глава 2. 2. Методика проведения эксперимента, установки и объекты исследований, обработка опытных данных.

2.1. Основные вопросы моделирования.

2.2. Экспериментальная установка, модели ступеней и отсеков.

2.3. Методика испытаний моделей отборных отсеков.

2.4. Приведение полей распределения параметров потока к соответствующему режиму.

2.5. Осреднение параметров потока в Контрольных сечениях.

2.6. Расчет средних давлений в контрольных сечениях для определения суммарных характеристик.

2.7. Суммарные характеристики элементов отборных отсеков.

2.8. Суммарные характеристики элементов двухступенчатого отсека при подводе рабочего тела из байпасной камеры.

3. Экспериментальные исследования изолированных ступеней и двухступенчатых отсеков ПТУ.

3.1. Результаты исследования отсека А.

3.1.1. Суммарные характеристики моделей предотборной и послеотборной изолированных ступеней отсека А.

3.1.2. Исследование влияния межступенчатого расстояния при переменных расходах рабочего тела в отбор на характеристики околоотборных ступеней отсекав.

3.1.3. Суммарные аэродинамические характеристики элементов отборного отсекав.

3.1.4. Структура потока в межступенчатом зазоре отборного отсека А.

3.2. Результаты исследования отсека Б.

3.2.1. Особенности конструкции модели и условия испытаний отборного отсека Б.,.

3.2.2. Суммарные аэродинамические характеристики отсека i>.

3.2.3. Структура потока в межступенчатом зазоре отборного отсека Б.

3.3. Интегральные характеристики турбинных ступеней и двухступенчатого байпасного отсека В.

3.3.1. Исследование влияния межступенчатого расстояния при переменных расходах рабочего тела на характеристики околоотборных ступеней байпасного отсека.

3.3.2. Исследование влияния корневого и периферийного обводов проточной части на характеристики ступеней байпасного отсека.

3.3.3. Влияние подвода рабочего тела в проточную часть турбины на работу ступеней, расположенных в пространстве байпасной камеры.

Глава 4. Пути повышения экономичности работы отборных отсеков паровых турбин.

4.1. Совершенствование конструкции отборных отсеков.

4.1.1. Снижение потерь энергии в тракте отбора и камере отбора пара.

4.1.2. Отбор пара с малыми межступенчатыми зазорами.

4.1.3. Повышение маневренности турбоустановок расширением диапазона переменных режимов работы.

4.1.4. Модернизация базовых отборных отсеков теплофикационных паровых турбин.

4.2. Методика учета влияния конструктивных и режимных факторов на эффективность работы отборных отсеков.

Перспективным направлением в развитии теплофикации является использование паровых турбин в комбинированной выработке электрической и тепловой энергии. В рабочем процессе этих турбин важное место занимают околоотборные двухступенчатые отсеки.

За последнее десятилетие во всем мире наблюдается экспоненциальный рост числа и общей установленной мощности парогазовых установок. Паровые турбины таких установок могут выполняться с отборами пара на теплофикационные цели, а для обеспечения их высокой маневренности применяется / дроссельно-байпасное парораспределение с перепуском части пара в байпас-ную камеру, выполненную в корпусе турбины между ступенями.

Отбор потока пара из проточной части турбины, или его подвод, сказывается на работе примыкающих к камере ступеней, что обусловлено наличием окружной и радиальной неравномерности параметров потока в проточной части турбины, сложным характером течения в межобойменном зазоре и в самой камере отбора. Это влечет за собой повышение потерь энергии в камере, оказывает влияние на работу ступеней, снижая их экономичность и вибрационную надежность.

Вопросы о влиянии конструктивных и режимных параметров на работу двухступенчатых отсеков с отбором (подводом) рабочего тела, имеющих важное значение для рабочего процесса паровых турбин, до сих пор остаются малоизученными, а в отдельных случаях и противоречивым. Поэтому экспериментальные исследования по выявлению влияния отбора (подвода) рабочего тела на экономичность таких отсеков с целью их совершенствования остаются актуальными и представляют определенный научный и практический интерес.

Изучению влияния больших нерегулируемых отборов и подвода пара на экономичность ступеней, расположенных около камеры отбора и бай-пасной камеры посвящена настоящая работа.

Заключение

1. Опыты показали, что отбор РТ из проточной части двухступенчатых отсеков практически не влияет на экономичность предотборной ступени.

2. С увеличением отбора существенно повышаются потери в МСЗ и КО. Так, в отсеке А увеличение Gm от 0,12 до 0,42 сопровождалось ростом коэффициентов потерь в МСЗ С,мсз от ОД до 0,4 и в КО С,ко от 1,4 до 2,5 при оптимальном режиме работы предотборной ступени.

3. В исследованных отборных отсеках при работе ступени 1 на режимах, близких к оптимальным, обнаружено различное влияние на экономичность ступени 2 количества отбираемого РТ. Степень этого влияния определяется конструктивными параметрами исследованных отсеков. Так, в отсеке А не наблюдалось влияния отбора РТ тела на КПД Л2тах СТУпени 2 в диапазоне изменения Gm от 0 до 0,42. В отсеке Б отмечено повышение КПД ступени 2 при увеличении расхода в отбор от 0 до 0,12, а при дальнейшем росте Gm до 0,25 изменения КПД ступени 2 не обнаружено.

4. Влияние закрутки потока за предотборной ступенью на КПД послеотборной ступени возрастает с увеличением отбора РТ между ступенями. Так например, в отсеке А при изменении угла закрутки а2\ср от 30° до 120°

КПД ступени 2 снижается при Gm= 0 приблизительно на 4,5% , а при Gm= 0,42 - на 12% . В отсеке Б при изменении а2\срот 90° до 50° КПД r|2maxснижается при Gm= 0 и 0,12 на 0,4%, а при Gm= 0,25 - на 0,8%.

5. Оптимальное значение МСЗ зависит от формы обводов проточной части, местоположения и размеров отборной щели, а также от режимов работы как для отборного, так и для байпасного отсеков.

6. В целях повышения экономичности двухступенчатых отборных отсеков следует рекомендовать:

129 на стадии проектирования принимать меры по ограничению (до а21 ср~ 50 - 60°) закрутки потока за предотборной ступенью в пределах рабочего диапазона переменных режимов работы; для отвода отбираемого рабочего тела применять диффузоры, в частности, с возможностью осевого перемещения обводов диффузора; располагать плоскость разъема фланцевых соединений обойм диафрагм в плоскости симметрии патрубка (патрубков) отбора; в отсеках типа Б выбирать ширину кольцевой щели, соединяющей МСЗ с КО, такой, чтобы площадь ее проходного сечения была приблизительно равна ометаемой площади РК ступени 1. При этом щель следует располагать по возможности ближе к НА ступени 2.

7. Экспериментальные исследования показали, что послебайпасная турбинная ступень в значительной степени определяет экономичность работы всего отсека на режимах работы с максимальным подводом РТ между ступенями. Работа этой ступени может быть улучшена за счет повышения однородности потока на входе в НА.

1. А.с. 1082974 СССР, МКИ3 F 01 D 25/30, 1984.

2. А.с. 1109529 СССР, МКИ3 F 01 D 9/00, 25/30, 1984.

3. А.с. 1325171 СССР, МКИ3 F 01 D 25/30, 1987.

4. А.с. 1495443 СССР, МКИ3 F01 D 9/00, 25/30, 1989.

5. А.с. 1716174 СССР, МКИ3 F 01 D 15/00, 1992.

6. А.с. 817273 СССР, МКИ3 F 01 D 9/106,1981.

7. А.с. 953231 СССР, МКИ3 F 01 D 17/00, 1982.

8. А.с. 992753 СССР, МКИ3 F 01 D 9/00, 1/04, 1983.

9. А.с. 1086190 СССР, МКИ3 F 01 D 9/02, 1/04, 1984.

10. А.с. 721547 СССР, МКИ3 F 01 D 9/02, 1/20, 1980.

11. Аэродинамика проточной части паровых и газовых турбин / И.И. Кириллов, P.M. Яблоник, JI.B. Карцев, И.Г. Гоголев и др.; Под общ. ред. И.И. Кириллова. М.: Машгиз, 1958. - 248 с.

12. Аэродинамические и вибрационные исследования отсека низкого давления турбины с отборами пара / Т.М. Зильберт, Ю.Ф. Косяк, В.Н. Галацан и др. // Теплоэнергетика. 1987 - №8. - С. 14-18.

13. Аэродинамические и вибрационные исследования отсека низкого давления турбины с отборами пара / Т.М. Зильберт, Ю.Ф. Косяк, В.Н. Галацан и др. / Теплоэнергетика. -1988. -№9 С. 29-31.

14. Аэродинамические исследования влияния конструктивных и режимных параметров на экономичность турбин мощностью 1000 МВт и более для АЭС / И.К. Терентьев, Ю.А. Марченко, Н.В. Лапин, Ю.Н. Неженцев; Тр.

15. ТТиГТ^Т 1 ООО \Г010А Г1Т1С

16. Л-ЦЧ. 1 JTX. — iVJL., 1 —JNHi ук>,— \-.Z / .

17. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин / Н.Н.Афанасьева, В.Н. Бусурин, И.Г. Гоголев и др.; Под общ. ред. В.А Черникова. -Л.: Машиностроение, 1980. 263 с.

18. Барсуков В.А. Исследование газодинамики и теплообмена в камерах отбора паровых турбин: Автореф. дис. канд. техн. наук.- Харьков, 1980. -21с.

19. Беловал А.В., Гнесин В.И., Солодов В.Г. Влияния закрутки потока в межступенчатом зазоре на структуру течения рабочего тела в камере отбора // Тез. республик, науч.- техн. конф. (Готвальд, 7-9 сент.). Харьков, 1988.-С. 174-175.

20. Беловал А.В., Гнесин В.И., Солодов В.Г. Численное моделирование пространственного течения рабочего тела в камере отбора паровой турбины // Тез. республик; науч.- техн. конф. (Готвальд, 7- 9 сент. 1988 г.) Харьков, 1988.- С. 173-174.

21. Бененсон Е.И., Ноффе Л.И. Теплофикационные паровые турбины / Под ред. Д.П. Бузина.-М.: Энергия, 1976. 264 с.

22. Буглаев В.Т., Гоголев И.Г., Осипов А.В. Интегральные характеристики турбинных ступеней и двухступенчатого байпасного отсека // Энергосбережение и водоподготовка. 2002 - №1- С.35-40.

23. Вацлавов» А. Паровые турбины мощностью 125/135 МВт для новых теплоэнергоцентралей в Бухаресте // Шкода ревю 1973- №3- С. 13-23.

24. Влияние кольцевой щели на входе на работу турбинной ступени с резким раскрытием проточной части /Я.И. Шнеэ, М.С. Звоницкий, В.Н. Пономарев и др. // Теплоэнергетика. 1968 - №11- С. 40-42.

25. Влияние конструктивных элементов проточной части на распределение параметров за направляющим аппаратом // В.Н. Голощапов, Ю.В. Греча-ниченко // Теплоэнергетика 1979. - №10. -С.53-57.

26. Влияние периферийной геометрии входа и отбора рабочего тела перед ступенью на потери в кольцевой решетке / В.Н. Голошапов, В.И. Касилов, М.С. Звоницкий и др. // Энергетическое машиностроение- 1977 Вып. 24.- С. 66-67.

27. Гаркуша А.В., Гапон А.Г. Анализ течений с отводом-подводом пара в теплофикационных турбинах // Тез. республик, науч.-техн. конф. (Готвальд, 7-9 сент. 1988г.).-Харьков, 1988.-С. 133-136.

28. Гнесин В.И., Солодов В.Г. Влияние неоднородности потока в камере отбора и в выхлопном патрубке на нестационарные характеристики турбинной ступени // Теплоэнергетика. 1988. - №4. - С. 22-26.

29. Гоголев И.Г. и др. Влияние режимов работы ступеней на КПД околоотборного отсека паровой турбины // Изв. вузов СССР. Энергетика 1976. -№5. - С.59-63.

30. Гоголев И.Г. Режимы работы околоотборных ступеней и двухступенчатых отборных отсеков теплофикационных паровых турбин // Изв. вузов СССР. Энергетика.- 1981. №11. - С.57-62.

31. Гоголев И.Г., Дроконов A.M., Аэродинамические характеристики ступеней и патрубков тепловых турбин. -Брянск: Брян. обл. изд-во «Грани», 1995.-258 с.

32. Гоголев И.Г., Перевезенцев В.Т., Кочегаров А.А. Влияние отбора рабочего тела на режимные и энергетические характеристики двухступенчатого отборного отсека // Энергетическое машиностроение 1984 - Вып. 37. - С. 42-48.

33. Гоголев И.Г., Перевезенцев В.Т., Марков К.Я. Влияние расстояния между турбинными ступенями на работу отборного отсека. // Теплоэнергетика. -1982. №3. - С.56-58.

34. Гоголев И.Г., Перевезенцев В.Т., Осипов А.В., Тарасов В.В. Исследование пространственной структуры потока в камере отбора теплофикационной паровой турбины // Теплоэнергетика 1979. -№ 3. - С.48-51.

35. Голощапов В.Н. , Барсуков В.А. Истечение из щели в стенке канала // Энергетическое машиностроение. -1978-Вып. 26. С. 32-36.

36. Голощапов В.Н., Звоницкий М.С. Исследование потери энергии в кольцевой решетке с малым втулочным отношением // Теплоэнергетика, 1971-С.43-46.

37. Голощапов В.Н., Касилов В.И., Звоницкий М.С. Влияние внезапного расширения на наружном обводе на работу направляющего аппарата турбинной ступени // Энергетическое машиностроение-1977. Вып.23- С. 133141.

38. ГОСТ 8.563.1- 97. Диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури, установленные в заполненных трубопроводах круглого сечения.

39. ГОСТ 8.563.2- 97 Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств.

40. Гродзинский B.JT. Расчет щели отбора при осесимметричности параметров потока в проточной части // Энергомашиностроение 1987 - №10 - С. 1112.

41. Гродзинский В.Л., Фролов Б.И., Клубань Е.С. Влияние формы щели отбора на окружную неравномерность параметров в проточной части // Энерг. машиностроение. -1987-№43 С. 7-11.

42. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости М.: Физматгиз, 1961496 с.

43. Драчы Й. Новые турбины. Шкода в начале 80-х годов // Шкода ревю-1981.-№3,-С. 4-14.

44. Жуковский М.И. Аэродинамический расчет потока в осевых турбомаши-нах. JL: Машиностроение, 1967. -287 с.

45. Исследование влияния отбора на характеристики околоотборного отсека паровой турбины / И.Г. Гоголев, В.В. Тарасов, А.И. Алексо, К.Я. Марков. // Теплоэнергетика 1976. - № 6 . - С.53-56.

46. Исследование влияния регенеративного отбора пара на структуру потока в проточной части паровой турбины / В.И. Волчков и др. // Энегомашино-строение 1978.- №>3- С.4-5.

47. Исследование полей давления в камерах ступеней регенеративных отборов паровой турбины /А.Г. Прокопенко, А.В. Лазаренко, А.С. Палийчук и др. //Теплоэнергетика. 1969. - №5. - С.41-42.

48. К расчету течения в кольцевом коллекторе камеры отбора паровых турбин /В.Н.Галацан, В.И.Гольман, О.Ю.Черноусенко и др.// Теплоэнергетика-1987.-№8,-С. 64-66.

49. Калинин Г.Е. Модельные испытания судовых турбин и машин Л.: Судостроение, 1965. - 194 с.

50. Калиш Г.И., Мячин Е.В. Влияние способов удаления рабочего тела на характеристики ступеней судовых турбин // Совершенствование рабочих процессов в оборудовании СЭУ// Тр. ЛКИ Л., 1984.- С.48-55.

51. Кириллов А.И. Методы аэродинамического совершенствования ступеней мощных тепловых турбин- Дисс. док. техн. наук.-Л.1980. -449 с.

52. Кириллов А.И, Биржаков М.В., Литецкий В.В. К вопросу моделирования турбинной ступени на рабочем теле, отличном от натурного // Изв. вузов. Энергетика,- 1967,- №9. с. 125-128.

53. Кириллов И.И. Теория турбомашин.-JI.: Машиностроение, 1972- 536 с.

54. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближения М.: Наука, 1984.-352 с.

55. Косяк Ю.Ф. и др. Турбоустановки с нерегулируемым давлением в отборах для комбинированной выработки электрической энергии и теплоты // Теплоэнергетика. 1985. - № 7. - С. 6-12.

56. Лапин Н.В., Марченко Ю.А. Организация отборов пара в проточной части и их влияние на экономичность ступеней / Тр. ЦКТИ.-М., 1981.-Вып. 184 С.106-112.'

57. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа М.: Наука, 1970. - 904 с.

58. Маляренко В.А., Голощапов В.Н., Барсуков В.А. Моделирование течения рабочего тела в камере отбора // Энергетическое машиностроение 1975-Вып. 20.- С. 42-47.

59. Марков Н.М. Теория и расчет турбинных ступеней- М.; Л.: Машгиз, 1963.- 156 с.

60. Матвеенко В.А. Влияние регенеративных отборов пара на работу проточных частей паровых турбин: Автореф. дис. канд. техн. наук Л, 1978. -26 с.

61. Метод расчета пространственного потока в камере отбора турбомашины /И.Г. Гоголев, В.Т. Перевезенцев, П.В. Королев, А.В. Осипов и др.//- Изв. вузов СССР. Энергетика.- 1982.-№8.-С. 57-62.

62. Мячин Е.В. и др. Возможности совершенствования проточной части турбин с новой конструкцией регенеративного отбора пара // Энергетическое машиностроение 1985. - Вып.39 - С.3-7.

63. Мячин Е.В,, Калиш Г.И. Влияние конструкции входного участка у периферии на характеристики одиночной ступени // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1985 -№8-С.63-68.

64. Мячин Е.В., Калиш Г.И. Особенности проектирования судовых влажно-паровых турбин. О.: ЛКИ, 1984. - 76 с.

65. Парамонов А.Н.'Разработка и исследование систем нерегулируемых отборов ТЭС и АЭС: Дис. канд. техн. наук.-М. 1990.-168 с.69Лат. 2001289 России, МКИ3 F 01 D 25/30, 1993.

66. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока (приемники давления)и скоростного напора. — М.: Машиностроение, 1972.-332 с.

67. Пешехонов Н.Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах. М.: Оборонгиз, 1962. - 184 с.

68. Потери давления при истечении струи из щели в стенке канала /В.А. Ма-ляренко, О.В. Котульская, В.Н. Голощапов, В.А. Барсуков // Энергетическое машиностроение 1983 - Вып. 36 - С. 92-95.

69. Пустырник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений.- М.: Наука, 1968. 288 с.

70. Результаты исследования тракта отбора паровой турбины на статической установке / JI.A. Зарубин, В.П. Орловский, В.Н. Галацан и др. //Энергетическое машиностроение. -1986. №23. - С.52-57.

71. Розенберг С.Ш., и др. Оценка погрешности при определении КПД проточной части турбины // Теплоэнергетика. 1981.- №2- С.59-61.

72. Свешников А.А. Основы теории ошибок. Л.: ДГУ, 1972. - 124 с.

73. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике М.: Наука, 1977. - 440 с.

74. Седов Л.И., Черный Г.Г. Об осреднении неравномерных потоков газа в каналах // В сб.: Теоретическая гидромеханика №12. Вып. 4- М., 1954 -С. 27-42.

75. Селезнев Л.И., Глазунова О.Е. Двухмерное моделирование течения в камере теплофикационного отбора // Тезисы республик, науч.- техн. конф. (Готвальд, 7- 9 сент. 1988 г.).-Харьков, 1988.- С. 171-172.

76. Симою Л.Л. и др. Влияние регенеративного отбора пара на экономичность ступеней низкогд давления паровых турбин // Теплоэнергетика-1977-№2 С.35-39.

77. Совершенствование систем отбора из проточных частей паровых турбин / Калиш Г.И., Лопатицкий А.О., Мячин Е.В., Озернов Л.А. // Теплоэнергетика.- 1985.- №10. С.66-67.

78. Течение рабочего тела в камере регенеративного отбора паровой турбины /Голощапов В.Н., В.А.Барсуков, В.А.Маляренков и др. Проблемы машиностроения,- 1979-вып. 8—С. 83-89.

79. Трояновский Б.М. Зарубежные мощные теплофикационные паротурбинные установки // Теплоэнергетика 1984 - №4 - С. 64-68.

80. Трояновский Б.М. Турбины для атомных электростанций М.: Энергия, 1973.- 184 с.

81. Форсайт Дж., Малькольм, Моулер К. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980. - 280 с.

82. American Power Conference, Proceeding, 1981-1983, v. 43-45.

83. Cooke A.H. On prediction of off-desigt multistage turbine pressures by Sto-dola's ellipse // Trans ASME: J. Eng. Gas Turbines and Power-1985. 107. №3.-P. 596-606.

84. Drkal Frantisek. Kruhovy proped // Zdrovotni techn. Avzduchotechn. -1969. -12.-№4.-191-199.

85. Erich A. Turbosatze in schwedischen Heizkraftwerken // Sonderdruck KWU-1978.-S.11.

86. Fermwarmeversorgung durch Kernkraftwerke // KWU report -1975. apr - S. 1-6.

87. Frankreich Warmeauskapplung aus kernkraftwerke // Atomwirtschaft 1983-№11- S.15.

88. Hennagir T. Combined cycles meet the market need // Power Engineering International. 1997. - Vol. 5. - P. 25-32.

89. Kehlhofer R., Plancherel A. Die Komlinierten Gas- Dampfturbinen-Kraftwerke // Brown Boveri Mitt.- 1982.-№11.-S. 361-372.

90. Kondensationsdampfturbine mit Zvischenuberhitzung und Heizdampfnazapfung // Sonderdruck KWU 1980. S 4.

91. Moisei E. Some contributions to the Study of bas Flow through Channels with Transversal Slots. // Rer roumanine sei techn. ser. mec. appl -1968 13 - №2. P 241-257.

92. Muhlhauser H. Heizdampfturbinen in Kerkraftwerken // Brown Boveri Mitt-1978-№3.-S. 193-202.

93. Mulhauser H. Heizturbine, ein Beitrag zur besseren Ausnutzung der Primarenergie // Brown Boveri Mitt.- 1982.- №11.- S. 423-430.

94. Tillmann Edward Sehryver. Deflection and Diffusion of a Twodimensional Tree Jet by Suction: Doct. diss. Stevens Snst Technol, 1966 p. p.// Dissert, abstrs.- 1967,- B27 №8.- 2723-2724.

95. Voser J. Plancherel A., Keller W. BBS- Konzepte der Strom- Warme-Kopplung // Borwn Bovery Mitt. -1982.-№11.- S. 402-412.

96. Zorner W. Sattdampfturbosatzen im "konvoi" fur kernkraftwerke mit Druckwassereaktoren//Siemens-Energietechnik- 1982-№3 S. 157-160.139