автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Структура течения и нестационарные нагрузки на рабочие лопатки в оклолоотборных ступенях паровых турбин (исследования и метод расчета)

САШ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ тВБРСИТЕТ

На правах рукописи

I

Семжина Елена Юрьевн?.

УДК 621. 458. -224.1

СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ И НЕСТАЦИОНАРНЫЕ НАГРУЗКИ НА РАБОЧИЕ ЛОПАТКИ Б ОКОЛООТБОРНЫХ СТУПЕНЯХ ПАРОВЫХ ТУРБИН ( ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОД РАСЧЕТА )

05.04.12 - турбомашны и турбоуетановки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена на ка<}едре турбиносгроения Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппонента:

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, профессор Ласкин А. С. /

t^* , , [-Си

- доктор технических наук, профессор Боришанский К Е

- кандидат технических наук Юрков Э. В. ,\ , • í, QfiVí f

- ОП таучно-исследователь-ский конструкторско-тех-нологический институт' турбокомпрессоростроения (г. Санкт-Петербург).

Г/ ЛЯ00

Защита состоится - » г 1994 г. в час

на еаседании диссертационного^ совета К 063.38.23 е Санкт-Петербургском государственном техническом университете /195251, Санкт-Петербург, СП5ГТУ, ул. Политехническая, д. 29/.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке универси

тета.

Автореферат разослан " k&tí^jhj 1994 г.

Ученый секретарь ~

диссертационного совета ^yyfó^t^ Ласкин А. С.

ищля хлрлкгЕшаиил работы

Актуальность работы. о настоящее время турбины с системами РШи и нерегулируемыми отборами пара применяются для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Обеспечение вибрационной надежности лопаточного аппарата околоотборнмх отсеков турбин и повышение их к,п.д. - одна иЭ важнейших задач.

итбор рабочего тела из турбины приводит к окружной и радиальной неравномерности параметров потока в межступенчатом пространстве и проточной части околоотборного отсека. б ряде случаев это вызывает значительное чи^очаптотное силовое воздействие на рабочие лопатки (Р.'Р ступеней и их разрушение. Аварийные ситуации сопровождаются длительными простоями энергетического оборудования и существенными затратами на ремонт, |1аличие отборов может привести к значительному снижения к.п.д. околоотборньк ступеней.

Д(1Я обеспечения вибрационной прочности таких ступеней еще на стадии проектирования необходимы сведения о силовом воздействии, обусловленном наличием окружной крупномасштабной неравномерности параметров потока из-за отбора рабочего тела. Задача аэродинамического -овертенстповапия пнолоотборних отсеков и тракта отбора с целью повышения к.п.д. является не менее важной. Необходимость решения этих задач и обуславливает актуальность исследования течений в трактах отбора и г* околоотборннх ступеням паровых Турбин, а также создания методов и< расчета.

Цель работы - создание метода расчета окружной и радиальной неравномерности параметров потока и нестационарны« нагрузок на РЛ око-лоотборчмх отсеков турбин для повышения их надежности и зкономичнос-ти.

Основные задачи исследования :

1. пополнение обзора,- обобщения и систематизации экспериментальных и расчетных исследований трактов отбора и околоотборннх ступеней.

2. Экспериментальное исследование структуры течения на статич ческой модели и модели отсека турбины с отбором.

;3. Создание математической модели течения в тракте отбора и в проточней части околоогборного отсека.

■1. Сопоставление результатов расчетов о результатами экспери-мгчтяльньк исследований и проведение расчетного эксперимента с целы? гч'гчбэтки рекомендаций по проектированию околоотборные ступеней и

трактов отбора.

Методы исследования ^

- экспериментальные исследования структуры потока на модельном околоотборном отсеке и статической модели;

расчетно- теоретические - при построении модели, разработке методов расчета и анализе влияющих факторов. Научная новизна !

1. Разработан метод расчета окружной и радиальной неравномерности параметров потока в граьте отбора и проточной части околоотборного отсека,

2. Наследована структура течения в камере отбора, щели и проточной части околоотборных ступеней турбины, что позволило обосновать математическую модель,

3. Предложен метод расчета коэффициентов потерь кинетической анергии при движении потока в КО и в меясгуленчатоы пространстве.

4. Выполнено расчетное и экспериментальное исследование влияния основных факторов ( относительного расхода в отбор, числа патрубков, относительной площади щели, загромождений в камере отбора (КО) ) на уровень окружной неравномерности параметров потока в проточной части отсека.

у>. Разработаны рекомендации по проектированию трактов отбора с целью снижения нестационарных нагрузок на РЛ.

Достоверность и обоснованность обусловлена и подтверждается : » удовлетворительной точностью системы измерений контролируемых параметров;

- повторяемостью результатов экспериментов;

- сопоставлениями с некоторыми частными результатами других авторов;

- согласованность» расчетных и экспериментальных данных.

Практическая ценность работы :

I. Обзор результатов, обобщения и классификация исследовательских работ позволяет оперативно использовать их результаты при решении задач проектирования околоотборник отсеков.

£. Использование разработанной методики расчета крупномасштабной окружной неравномерности параметров потока и оценки переменных аэродинамических сил' (НЮ при проектировании околоотборных отсеков позволяет обосновано выбирать варианты проточной части и тракта отбора повышенной надежности и эффективности.

3. ¡¡акет программ с удобной графической и табличной фор не?

- ;з--

представления результатов может быть эффективно использован при анализе поломок лопаточного аппарата в околоотборных отсеках и принятии конструктивных решений.

Личный вклад автора :

- планирование, организация и проведение экспериментальных исследований структуры потока в КО;

- участие в проведении экспериментов по исследованию окружной крупномасштабной неравномерности в проточной части и в тракте отбора околоотборного отсека на модельном отсеке ЭТ11-5Т, обработка и анализ экспериментальных данных;

- разработка методики расчета окружной и радиальной неравномерности параметров потока и нестационарных нагрузок на РЛ отсека;

- создание пакета программ, реализующих методику, и сопоставле- ' ние расчетных и экспериментальных данных;

- проведение серии расчетов и разработка конкретных рекомендаций по совершенствованию тракта отбора с целью снижения ПАС.

Реализация и внедрение результатов. Пакет программ расчета окружной неравномерности параметров потока и нестационарных нагрузок на РЛ околоотборного отсека, а также конкретные рекомендации по совершенствованию тракта отбора внедрены и используются-на ТО (г. Екатеринбург') и на ХГГЗ (г. Харьков).

Апробация работы. Основные результаты работа доложены :

- на Всесоюзных и Российских научных конференциях в г.г. Риге, Харькове, Севастополе, С.-Петербурге.

^бликации. Основные результаты работы отражены в трех статьях и одном авторском свидетельстве.

СОДЕРИАгМЕ РАБОТЫ

ао введении дано обоснование актуальности выбранной темы, приведен краткий анализ состояния вопроса, сформулирована обшая цель диссертационной работы.

о первой главе выполнен обзор публикаций по исследованию окружной неравномерности параметров потока в околоотборных отсеках паровых турбин и влияния нерегулируемых отборов на вибронапряженность лопаточного аппарата (ЛА) . й основном наибольшее число работ выполнено в ХШ, АО ХТГЗ, ИПМ (г. Харьков) и в БИТМ (г. Брянск).

В большинстве публикаций по чтой теме представлены экспериментальные работы. При анализе их результатов проведена классификация

этих; работ. Оцубликованнне работы можно классифицировать с точки зрения исследуемого объекта на :

-исследования структуры потока в проточной части отсека и влияния на нее отбора;

- изучение структуры потока в шели отбора и определение потерь кинетической энергии в шели;

- исследования структуры потока в ИJi

-изучение влияния отбора на экономичность околоотборного отсека;

-определение окружной неравномерности параметров потока в тракте отбора и в проточной части отсека.

Отбор рабочего тела из проточной части вызывает окружную и радиальную неравномерность параметров потока в проточной части отсека. Степень окружной неравномерности трапегров потока в тракте отбора и в проточной части зависит от величины расхода в отбор, от режима работы отсека по I//С и от геометрических параметров тракта отбора (ширины и высоты шели, угла ее наклона, пчпщадн поперечного сечения КО, количества патрубков и угла между их осямиК Характеры зависимостей степени окружной неравномерности от относительного расхода в отбор по данным разные авторов противоречивы, шияние отбора распространяется в отсеке вверх и вниз по потоку. Но степень этого втчя-ния на течение в межвенечныч зазорах ступеней почти на порядок меньше, чем на течение в межступенчатом пространстве отсека,

Нарушение радиальной структуры потока за РЛ предотбогной ступени и перед направляющими лопатками (ШП послеогборной ступени ведет к изменению радиальных распределений удельных работ по высоте ступеней и изменяет радиальные распределения потерь по пысоте Г". Это вызывает изменение к.п.д. ступеней и экономичности отсека.

Течение в К11 имеет вихревую структуру. Рольшое число работ посвящено экспериментальное изучению структуры течения в 1(0 и в шели отбора. В ряде работ предложены методы определения потерь кинетической энергии в щели.

Несмотря на большое число экспериментальных работ, они не дают исчерпывающей информации о структуре течения в околоотборном отсеке и влияния на эту структуру отбора.

Среди причин недостаточности информации можно назвать следующие:

1. Большинство исследований проведена на статических установках, что не позволяет получить полное представление о реальных рабочих процессах в околоотборном отсеке.

2. Измерения параметров потока при малом числе дискретных точек

по окружности обычно дают неполную и грубую оценку размаха окружной неравномерности.

■ i. Ь опубликованных экспериментальных работах отсуствуздт необходимые количественные данные для выполнения расчетов и сопоставления их результатов с результатами экспериментов.

Методам расчета окружной неравномерности параметров потока в околоотбопчом отсеке посвящено очень мало работ. Как правило это выполненные с различным приближением расчеты тракта отбора, а ряде работ XIM предложен метод расчета окружной неравномерности параметров потока Fia периферии межступенчатого пространства, основанный на использовании эмпирических формул для определения коэффициентов потерь в тракте отбора, ъ методе расчета отсуствует учет влияния околоотборных ступеней на течение в межступенчатом пространстве и не рассматривается радиальное распределение нагрузок на РЛ .

à работах Инл1(г. Харьков) предложен метод расчета параметров потока л проточной части или в тракте отбора. Дня интегрирования системы уравнений применена разностная схема С.К. Годунова с модификацией b.ii. Колгача. Стационарное решение получается применением принципа установления. Расчет по зтому методу дает подробную картину идеального течения в исследуемой области. Но для использования метода должны быть известны входные граничные условия. Требуемые граничные уловил не определяются расчетом, а задаются на основе экспериментальных данных : считается постоянным по окружности полное давление в шел и при расчете КО , либо задается давление за РК предотборнор ступени. Таким образом, в расчет вносится произвольный элемент. Сопоставления с экспериментальными данными недостаточны. ¿ремя единичного расчета - десятки часов. Совместный расчет тракта отбора и проточной части указанным методом не был реализован.

й первой главе на основе анализа опубликованных по проблеме работ одечаны выводы о необходимости проведения дополнительных экспериментальных исследований структуры потока в околоотборном отсеке. Офоркулипованы требования к расчетной модели, которая должна включать в себя тракт отбора, пред- и послеотборнув ступени и учитывать их взаимное влияние.

по второй главе дано описание экспериментальных установок для исследования структуры потока в тракте отбора и в проточной части DTce'ta.

Исследования проводились на модельном околоотборном отсеке ЭТН-5Т и на '"гатичскоЯ модели камеры отбора G0-I. Модельный отсек ОТН-5Т .

Р-в,,

Па-IB

220 ш

S>

ГЬ-Ю

24Г 200

1 г N

ч > 1 1— Л i у —

«rj I/

1

$

Р-в..

Па-«'1.

200

160

Р-Б,, Ло-Г

200

Пор' 2W

200

Р-В,

Па «Г

1 1 / ' 4

J; --к Ь, ч 1 / ✓ —

1 Vi V /

4'J ■ i 1

1 ' rvJ 1

1 i 1ь V

1 1 1

1 1 i i._ i i \ 1 У

е)

т so

1 1 i

4 1 ¡ 1 /

1 ......и i /

-80 ■ 0 20 ¡60

Fue. 1. Окружное распределение стати-тичгсчиго давления а) нз внесшем радиусе КО; б) на среднем радиусе ТО; в) на внутреннем радиусе КО; г) в выходном сечении щей!; д) в средней се-ченг.н дали: на периферии межсту-пен'-эгопу пространства.--давление у гадяей ло потоку стенки КО; ----- давлен»? у передней г.о поток;* Clfí'KK КО. '

состоит иг поедет Сор но Г; силен;; (Сер,/1г = £. 1 }, В5П-р э з ля юк г о а г г.а с г i з (НА'/ псслеотСорн:.'! ступени и спрял,uir-nerc гопаизоа, имм;:-тирукдего" ?:-: пгг.чеггСс-рнся ступени, a так>г тракта отбор.?/, акл! :: К:;. К камере првгегэшввк íes. такгенц;:-альж патрубка,

рзоп 3.33.л? к:-:;: r.zz углом S0 град. Cohoshít хзрэктерлоти-¡c;i рдошз pr.í :Tbj отсека : чзилс Шка = с. , U/с, = С. са, Кг = 5. 1. ÍQ , число Струхаля vfc, ' *,= 0.15, где У - стнсог.гельнал скорость пс тока ка Е::зде в рабочее колеос, v - £Гп - круговая частота Езгбужденнл, п частота нсагекия ротсра. Ъг-ддлна хорды профиля рабочей лсапатки. Расход через пре-до?борную стулеь 0 = 5 кг/с. Траверсирсвение потека проводилось пятиканальнымп пневматическими гондамн со сферически;! наоадкамл диаметром 3 мм. Регистрация эк-сперименталььк данных ссу-цествлллаоь е зЕюматическс режиме, что позволило получить Непрерывные по окружности распределения параметров потока в НО. в шели, в ме иг i упе нчах ом ярое т .су не г е е, в «етеен(/три аезаре яредог-босной ступени и еа НА пос-леотборней ступени. ОЗраСат-

- '? -

на экспериментальна* данных проводилась по специальной программе для Э^М по тармровочнш характеристикам зондов. >1о результатам экспериментов получены окрукнне и радиальные распределения параметров потока в тракте и в проточной части отсека.

конструкция УТН-5Т позволяла с помощью вставок изменять геометрию (Со и попучи.ть окружные изменения параметров потока в тракте отрога при различно!* геометрии поперечного печения КО. На рис. I представлены скоушме распределения статических давлений в тракте отбора и на периферии мекступенчатого пространства модельного отсека. Давление убывает от плоскостей разделения потоков к областям под патрубками. Несоиметричность окружных распределений отражает влияние "закрутки" потока за РК предотборной ступени на течение в тракте отбора.

Для более подробного исследования вихревой структуры потока в КО быт проведено исследование на статической модели камеры. Цельи зтого исследования было изучение трансформации вихревой структуры потока при движении по направлении к патрубку.

Исследования показали, что в КО могут формироваться вихревые течения с одним или двумя вихрями, подчиняющимися закону "твердого тела". На основе анализа результатов исследований течений в КО, выполненных н ОпбГГУ и другими авторами, установлены области существования одного или двух вихрей, определяемое формой поперечного сечения Ки (¿"/а1 и расположением щели (¿/Л.

¡ю данным зкепериментальных исследований сделаны следующие выводы :

1. Окружная неравномерность параметров потока, вызванная неравномерным по окружности расходом в отбор, распространяется вверх и вниз по проточной части и проявляется в ыежвенечнмх зазорах оиолоот-^орпнх ступеней.

2. Максимальный уровень окружной неравномерности параметров потока наблюдается на периферии межступенчатого пространства и в щели отбора. Размах окружной неравномерности статического давления, отне-сенннй к среднему скоростное напору в щели, составляет Примерно 40% от величины относительного расхода в отбор.

:}. Ьзпимное влияние потоков отбора и транзитного потока приводит к тону, что в шели отбора наблюдается изменение всех параметров потока. Пилное давление в щепи падает по направлению от плоскости разделения потокоп к патрубку. Игнорирование этого факта при расчетах ногг.т привести к существенному искажению картины течения по от-

ношению к действительной.

4. Поток в КО имеет вихревую структуру на всем протяжении от плоскости разделения потоков до патрубка.

5. Число вихрей, формирующихся в КО , зависят от формы камеры И положения щели.

6. Течение в области КО под патрубком существенно отличается от течения в основном пространстве Ки и требует отдельного моделирова ния.

7. Осредненная по площади поперечного сечения скорость тангенс циального течения в КО изменяется по закону, близкому к линейному.

Ь третьей главе приведено описание модели расчета околоотборного отсека. Для упрощения решаемой задачи поток в КО моделируется одномерным течением. В расчете проточной части используется гипотеза о квазистационарносги течёния. Оценка границ применимости квазистационарного подхода выполнена на основе метода обращения течения и применения точного решения о колебаниях профиля. Ххри 5Ь =0.0(в среднем -десятая гармоника> погрешность при использовании квазистационарного подхода не превышает 20%, что вполне допустимо при расчете динамических напряжений. Как первое приближение при расчете параметров потока в межсгуПенчагом пространстве используются данные одномерного теплового расчета отсека из двух ступеней.

Расчетная модель, схема которой приведена на рис. 2, включает в себя пред- и послеотборные ступени, а также тракт отбора, ься расчетная область делится плоскостямигг на равные секторные участки ДЧ7 , Для секторного участка КО записана система уравнений сохранения расхода, количества движения и энергии. Уравнения записаны для средних по площади поперечного сечения параметров потока и учитывают подвод потока через соответствующий участок щели, потери знергии при движении потока в тангенциальном направлении, связанные с трением и с вихревой структурой потока в КО , потери при всоде потока из щеяи в камеру и потери, вызванные резким изменением площади поперечного сечения КО в случае наличия загрсмовдений на данном участке.

Решение системы(1) определяет параметры потока в сечении J и скорость потока в щели ( а следовательно - и расход) на данном секторном участке в зависимости от величины полного давления в щели на этом участке.

Расчет параметров потока в проточной части отсека производится для контрольных сечений (рис. 21. Для уточнения параметров потока на входе в щель и учета реальных распределений скоростей по радиусу в

<

ПЛОСКОСТЬ РА ЗА. ПОТВКОЬ

F;;c. 2. Расчетная сх?ма околсотборного отсека.

=/> Е, ~fhL й у fy Сщ Cps(j¿J) ц Sin Ucj),

f f4 bf У -fP^fj- -

-p fy с^шещу-ф,- -

^aF f x ft'ffy. ük. Зд

(i)

м9 ^ступенчатом пространств? в методике используется подход, приме* неняьй Мэтвеенкс 3. А. к расчету осесимштричяого течения в меясту-пеичагом окслоотСориом пространстве с разшомернкм по окружности отбором. Течение на ламшм секторном участке рассматривается как некоторое осесимм«тр1гчное течение с соответствующим расходом в от-

бор. Распределения параметров по одномерному тепловому расчету уточняются с помошь»'указанного подхода , который позволяет моделировать реальные радиатьше распределения скоростей в межступенчатом пространстве при определении расхода через предотборнуо ступень, величина полного давления на выходе из шел и в КО определяется с учетом потерь по эмпирическим формулам, полученным в ХШ. .Учет взаимного влияния потока отбора и транзитного потока осуществляется методом итераций на основе согласования по полному давлению в шел и и расходу в отбор решений для КО и проточной части на данном секторном участке . или-санная процедура выполняется для секторных участков всей расчетной области, начиная с плоскости разделения потоков и кончая плоскостями у патрубков (й-ё и Ст-с/, рис. 2). Ь расчете течения в областях под патрубками учитываются дополнительные потери энергии, связанные <" поворотом и смешением потоков.

Первоначальное угловое положение плоскостей разделения потоков полагается симметричным относительно патрубков, о ходе расчета угловые координаты этих плоскостей корректируются по условию равенств конечных давлений для левого и правого потоков в КО (сечения а-I и с-с|, рис. 2>. Таким образом определяется окружное распределение расходов через щель, которое в сумме дает заданный расход в отбор, и и Соответствующее-ему распределение полных давлений в щели.

На втором этапе расчета, с использованием квазидвумерной модели течения и полученных окружных распределений (Зотб(1 и Рш(1, на каждом секторном участке определяются радиальные распределенияпарамет-ров потока в контрольных сечениях пред- и послеотборной ступени, а также распределенные нагрузки на. РД отсека.

В четвертой главе приведено описание программы расчета, реализующей разработанную методику. Программа написана на языке ГОМИА/Ш,' предназначена для работы на ПК, требует для работы Ш оперативной памяти. Ьремя счета одного конструктивного варианта около 30 минут на ПК типа РО/АТ. и главе приведены описания и блок-схемы головной программы и основных подпрограмм, реализующих итерационную процедуру определения окружного и радиального распределений параметров потока в КО и в проточной части и тепловой расчет ступени.

ь пятой главе представлено сопоставление результатов расчета с результатами экспериментов. Осреднение параметров течения по площади поперечного сечения камеры позволили сопоставить экспериментальные данные о данными гпеииппышго тг^тяг- расчета по разработанному

107 ■

136 •

135-

Г*

п.

II;' г 1. п 11 11,1! ' 1 ПИШИ гптти 1 ттгп

^ град

-5 11111111 и 11111 и п 1| и 11IIII ¡1II11П И 0 40 80 120 160 Ч град

Рис. 3 Окружные распределения параметров потока в КО статической

установки - - зкепериивнт

- - - - - расчет » - С, (» - Си, х - Р . о - Г".

методу. Результаты сопоставления приведены на рис. 3 Сс-коввЕаясь из результата:; сравнения, юано утверлцать, что одномерная недель тече-

£ КО яает вполне удовлетворительные результаты для приближенного расчета скол: отборного отсека. X?-р?к7т;ы окру^'ь::-: ;:гм*кений основньн п^а>..«;ов потех расчетных и экоигуименталь-ных кривы:: совпадают. По результатам сравнения можно утверждать т'аклэ, что метод учета потерь энергии в щэлл И В КО ПСЭ20ЛЯ9Т достаточно хсрссз оценивать величины сопротивлений.

Сопоставление данных, полученных при экспериментальном исследовании на модельном турбинном отсеке в

условиях йээимного влияния

потока отбора и транзитного потока, с данными расчетов представлено на рис. 4.

Сравнение свидетельствует о достаточно хоровем совпадении расчетных и экспериментальных зависимостей.

' Е главе 5 представлено также сравнение реэульатов расчетов с регультатэми экспериментов, опубликованных другими авторами. Несмотря на трудности сравнения иг-га неполноты информации в публикациях сно так.*е подтверждает применимость расчетного метода.

5 тестой главе опшанэ расчетное «следование причин повышенных нестзплензрных нагрузок на РЛ одного иэ сколоотСорных отсеков ггпло-¿««■аиионной гуобины АО ТШ. С этой целью по представленной программе была выполнена серия расчетов окружной неравномерности патока и нестационарных нагрузок на РЛ отсека при варьировании основных геометрических и ре.*з!шнх параметров. Основные геометрические характериг-

I С к О

I а о —

" я £ . о» в * . ™ сл о Б

т -О 5

а

1-31 |й «3 0

Ь

&-Н2

'(•. С! с я

о К о >!53 с -5 Ь-

"С С

г о »V

" г с л £ я С е _ о _ * а

-с

^ I I!

1 в Ь

£ 5 я -

к -5 а

гг I " Д

- д и

-с

I

* - I

; - ч

- а с.

2 Я _

1 х С

Давление,кПв

Давление, кПа Давление^кПа

о о о о

Давление, кПа " о

ъ _ '

"Й оо Я

Ь

14

О- _ 8

X а ■х

• о - # 1а С-.3 М ("I

¡11 ■П

• 1« «И

с» и» • г н Со «■и

п Ш

<11 Г Л Г ¡Г ? - СО

П

ё

ч; 1"»» К п и Си

О г- и) ъ «г»

•Ъ I».' • { т. хл Ьл у

5: X -П *<, 'й О

н у. ж -1

п П 03 ж О

>5 г. ■а' О о &

Т1 э: •и О» » п

« п: о 21 о »в

•п <1- со а иг а о

ТЗ а. ж ^ \< гп тз III

Г> 7 и ГО ф 1 ■ 1 ¡2

X О я п

N X тэ >1

ш •г»

5 ■о £

& X р

к Ж ж

1Ь !»; о » с:

ш ИЗ

ш ж гз К

ч ш о пз

■о ь го с •

о •а и: 1-1

V; ЕЗ К

(5 01 Ф

* о X

^ X Л

■т. гк ч

Ж и о

а;

» л з:

ы •ь о

§ О X

ю м о

ф 03 ш

3 н о § ж о

» 1 г»

!П X

" 3

а» ги 1 • - в Г» п ч '"3 СП ж о VI

ж рэ о о •п •п Г| ги г»

»-I о Ьа п, 0.1 ГО ь Л» п о «, Ф Ч п Т

о г/ о и «т» Г! и ',11 О Р ^ я •о 1*

О Т1 VI из го Ж V? ГТ- И И1

<г. сс <0 ю о ^ •ъ гз •Г1 м <т< Ж а О

О о О 15 1 •о ^ ц ё Й Ш X X аз Ф Ги си С*1 N О И о

•п '"с- •т.» го Тм ж Ы а-

•г- >(> г> п -1 •ч 11 Ж » О к С] т;

П.* 1 1 <4! ш я *«■; уд Ы « п И.1

рз. п Г.-) и» ^^ т*' •п ГС Н

Г.' •"1 1 >• ^ П <м 1 !• И •Т" • I! •Г'

И '1' • л ~У :х: и.1 ^ •>« ."и 7Г. Г 1 (^

Р: f-i >4» * гп »".П

и: м а.- *Т~| л з: и1 • 1. .г. гг 1*1 п »

■Г' ►Г- С и; о ' 1 п м Т1 Т",

• ] 13 и Т1 *П Г>| > »-1 V д: с» •О о Т1 а* Г.Л х~> ^ Н> 1а

•п V) 43 •о го Г'*

ш У • J го , о г* •V Л1

0} ш и 8 ч Л» у X т '?» (I

ш го ж Г, »"1 к С' ЕУ 1 _') «-» п ••

•-1 Си ж Ё •г. • Ь >ь ы 1-1 т-1 ГГ^

•л Т1 Ь Ч У' ч ас X Т1 Ж

о и-' ж м 70 •.о «-) о

< 1 п ГО ГО 1 » — г.:- С» 1 J н % ,т-л

- ij -

ботанн конкретные рекомендации по совершенствованию тракта отбора отсека с цечью снижения уровня нестационарных нагрузок на РЛ . Эти рекомендации сделаны по огнотенил к конструирование загромождений в камерах, выбира и'ирины шел и, а также числу и расположению патрубков,

UÍ ЫД!.!

lia основании результатов расчетных и экспериментальных исследований, представленных в диссертационной работе, можно сделать следующее заключение :

1. Гечениь в каморе отбора и в щели :

1.1. JCHJBuafl причина возникновения окружной неравномерности в проточной части турбины - наличие локальных отборов ( патрубков'* из камеры и расположенных в ней загромождений (фланцен^, роль, которых может быть доминирующей.

1.2.Величина и характер окружной неравномерности параметров потока определяется геометрическими характеристиками тракта отбора

( ширина и высота щели отбора, угол ее наклона« площадь поперечного сечения Kj , количество патрубков и их взаимное расположение, уровень гш-рг/можденно'ти Но 1 и режлшыми характеристиками работ отсека ( относнтегьннй расход в отбор, режимы работы ступеней по V/o, паспрг-деление нагрузки между пред- и послеотборной ступенями).

1..J. Поток в Ни имеет сложную вихревую структуру, tí зависимости от геометрических характеристик ICO в ней формируются один или два вихря, что определяет .уровень потерь кинетической энергии в КО. Число вихрей определяется геометрией камеры и расположением щели.

I."!, величина потерь кинетической энергии в тракте отбора в основном определяется потерями в щели, которые, в свою очередь, зависят ог геометрических характеристик щели и от параметров потока на входе в нее.

2. Течение в межступенчатом пространстве и в проточной части :

2.1. Отбор рабочего тела из проточной части вызывает окружную и радиппьнуп неравномерность параметров потока в проточной части пред- и послеотборной ступеней, пропорцоинальные квадрату относительного расхода в отбор.

2.2. Ьлияние отбора в отсеке распространяется вверх и вниа по потоку, но наиболее сильное влияние отбор оказывает на поток в межступенчатом пространстве отсека.

2.3. Влияние отбора на радиальную структуру потока в проточной

части отсека проявляется, прежде всего, в снижении среднего уровня давлений за РК предотборной ступени И в существенном изменении радиальных распределений полного и статического давлений на периферии межступенчатого пространства. За РЛ предотборной ступени это выраяа-ется в уменьшении положительного градиента давлений или в увеличении его отрицательного градиента в зависимости от его радиального распределения при без отборном режиме. Ь сечении перед НЛ послеотборной ступени наиболее существенным является резкое падение уровня полных давлений на периферии.

2.4. Окружная и радиальная неравномерность параметров потока в межступенчатом пространстве вызывает изменение распределений потерь кинетической энергии.транзитного потока при обтекании венцов, что приводит к изменениям к.п.д. отсека.

2.5. Уровень нестационарного воздействия на рабочие лопатки ступеней отсека пропорционален степени окружной неравномерности параметров потока при наличии отбора.

3. Методы расчета окружной неравномерности параметров потока и нестационарных нагрузок.

3.1. На основе результатов проведенных исследований были созданы методика и программа расчета окружной крупномасштабной неравномерности параметров потока в тракте отбора и в проточной части околоотборного отсека паровой турбины, а также нестационарных нагрузок и ик спектров.

3.2. Существенная особенность методики - учет взаимного влияния течений в тракте отбора (камера и сцель^ и в проточной части турбины. Изменение давлений по окружности проточной части приводит к окружным перераспределениям работ ступеней и, соответственно, -

к изменениям полных энергий потока при входе в щель, что в свою очередь, приводит к изменению параметров течения в тракте отбора.

3.3. При расчете проточной части принимается гипотеза о квазистационарности течения. В работе дано обоснование допустимости границ этого предположения.

3.4. Учет изменения радиальных распределений параметров потока в проточной части под влиянием отбора выполняется на основе расчета параметров потока при осесимметричном течении в межступенчатом пространстве с отбором. Сопоставление расчетных радиальных распределений параметров потока с результатами экспериментов на модельном отсеке подтверждает правомерность принятого подхода.

3.5. Сопоставление расчетные данных с результатами статического

эксперимента, а также с окружными распределениями давлений в НО модельного отсека при различной геометрии камеры подтверждает правомерность одномерной модели течения в KU и корректность предлагаемого метода учета потерь кинетической энергии, связанных с вихревым характером течения в Kü.

3.6. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными ,. данными других авторов свидетельствуют о совпадении основных тенденций изменения характера течения в тракте отбора и в проточной части отсека при варьировании основных геометрических и режимных параметров.

3.7. На основе выполненных расчетных и экспериментальных исследований предложены рекомендации по уменьшению окружной неравномерности потока и, соответственно, нестационарных нагрузок, вызывающих вибриции лопаток околоотборкых ступеней. Минимизация нагрузок может быть выполнена на основе расчетного сопоставления вариантов проточной части и тракта отбора.

11Уб;шнацш ни работе

1. Гавра Г.П., Ласкин A.C., Семакина Е.Ю., Сутулов H.H., Суханов А.И. Структура потопа и нестационарные нагрузки на рабочие лопатки околоогборных ступеней турбины. Материалы ХП-Й Всесоюзной конференции "Аэооупругость турбомашнн",Рига,25-27 декабря 1989 г., Труды ЦИАН >f1293 ,ЦИАМ, 1991 г. ,С. 173-183.

2. A.c. 1694938 СССР, кл. Р Ol JD 25/30, 1991. Камера отбора теплофикационной паровой турбины.

3. Ласкин A.C., Суханов А.И. Семакина E.D, Исследование нестационарных нагрузок, вызывающих вибрации лопаточного аппарата регулирующих ступеней. Труды ЦИАЫ 'i 1294.

4. Ласкин A.C., Суханов А.И. Семакина Е.Ю. Исследование нестационарных аэродинамических процессов, вызывающих вибрацию лоааток регулирующих ступеней. Тезисы доклада на УП Республиканской конференции "Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустановок"(г. Харьков-Змиев).

5. Ласкин A.C., Суханов А.И., Семакина Е.Ю; Нестационарные . нагрузки на рабочие лопатки околоотборко.го отсека турбины.

Изв. вузов. Энергетика.-1994.9-10.-С. 56-60.

6. Ласкин A.C., Суханов А.И., Семакина Е.Ю. Экспериментальные и расчетные исследования нестационарных нагрузок, вызывающих вк-