Совершенствование выходных патрубков мощных паровых турбин на основе вариантных расчетов трехмерного течения

• Автор: Адамсон, Дмитрий Альбертович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 КОНСТРУКЦИИ ВП, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
1Л Конструкции ВП
1.2 Типы ВП и их характерные участки
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСХОДНОГО ВАРИАНТА ВП
2Л Распределение степени расширения по участкам ВП
2.2 Проектирование начального участка
2.3 Проектирование диффузора
2.3.1 Выбор эффективной формы диффузора
2.3.2 Влияние геометрических параметров на потери в диффузоре
2.3.3 Снижение неравномерности параметров потока при наличии силовых связей
2.4 Проектирование поворотной камеры
2.5 Проектирование переходного патрубка
2.6 Пример проектирования исходного варианта ВП
3 РАСЧЕТ ТРЕХМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ВП
3.1 Выбор и тестирование метода
3.2 Тестирование ВП с низким коэффициентом потерь
3.3 Тестирование ВП с высоким коэффициентом потерь
3.4 Последовательность трехмерных расчетов
4 ВАРИАНТНЫЕ РАСЧЕТЫ ТРЕХМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ВП
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Проектирование выходного патрубка (ВП) мощной паровой турбины -весьма сложный процесс. Основное влияние здесь оказывают традиции, сложившиеся при совершенствования конструкции, и прогресс в понимании газодинамических процессов.
Для проектирования ВП имеются обширные экспериментальные данные, полученные на воздушных стендах. При этом наблюдается явный недостаток результатов испытаний как на натурных паровых стендах, так и в заводских условиях. Исследованиями газодинамики ВП паровых турбин занимается много отечественных и зарубежных организации. Однако, несмотря на интерес к совершенствованию ВП со стороны турбинных заводов и научно-исследовательских институтов, не существует единых рекомендаций по расчету и проектированию ВП: каждый новый патрубок проектируется индивидуально.
В 1977г. Министерство энергетического машиностроения СССР ввело руководящий технический материал РТМ 108.020.12-77 [72], содержащий рекомендации для эскизного проектирования ЦНД паровых турбин. В его разработке приняли участие ЦКТИ, МЭИ, ЛМЗ и ХТГЗ. Документ распространяется на стационарные энергетические паровые турбины независимо от их назначения и мощности, определяет выбор газодинамической схемы патрубка, профилирование осерадиальных диффузоров и патрубков с осерадиальными и кольцевыми диффузорами, бездиффузорных патрубков и патрубков с боковым выходом. В нем оценивается влияние входных условий на работу диффузоров и патрубков, приведены геометрические соотношения для ВП мощных отечественных турбин, даны рекомендации по управлению пограничным слоем. Однако РТМ не содержит комплекта сведений, позволяющих спроектировать исходный вариант ВП.
К настоящему времени опубликовано много исследований патрубков как паровых, так и газовых турбин, проведены обобщения экспериментальных данных. Результаты многолетних исследований ВП были обобщены в работах оте-
чественных и зарубежных ученых (Идельчик И.Е., Дорфман А.Ш., Сайковский М.И., Дейч М.Е., Зарянкин А.Е., Мигай В.К., Гудков Э.И., Касилов В.Ф., Дыс-кин Л.М., Kruckels J., Merz R., Mayer J.E., Stetter H., Zimmermann C. и др.). Есть попытки разработать универсальные критерии для оценки совершенства ВП. Наиболее известным является вошедший в РТМ 108.020.12-77 [72] параметр -«время заполнения патрубка» тп - v /с v , который определяет время, необходимое для прохождения через патрубок объема газа, численно равного свободному объему патрубка. В документе приведена зависимость максимума полных потерь в конденсационных паровых турбинах с подвальным расположением конденсатора от времени заполнения патрубка.
Опубликованные данные лабораторных исследований дают представление о картине течения в ВП. Однако, как показали натурные эксперименты, данные об эффективности ВП, полученные на статических модельных стендах, существенно, а иногда радикально, отличаются от результатов испытаний ЦНД действующих турбин. Основной причиной являются радиальная и окружная неравномерности параметров на входе в ВП, которые существенно влияют на экономичность и надежность турбин. В экспериментальной модели сложно учесть взаимное влияние элементов ВП. В свою очередь при натурных испытаниях получить достоверное распределение газодинамических параметров в ВП долго, сложно и дорого.
Многие исследователи пытались создать собственные методы проектирования в рамках одномерной модели. Например, в программе «DZITA» [88] внутренние потери в исходном диффузоре определяются путем численного интегрирования потерь по всем участкам. При этом оценка потерь на каждом участке производится по локальному углу раскрытия эквивалентного конического диффузора. На входе каждого последующего участка задаются граничные условия, полученные из расчета предыдущего. Подобные программы нацелены на определенный тип ВП, к которому жестко привязаны различными поправочными коэффициентами.

Д 1,3 1,5 в2 1,1 1,3 1,50,
Рисунок 2.1. Зависимость оптимальной степени расширения диффузоров от их геометрических характеристик: а - ^ =0,40; б - ^ =0,49; в - ^ =0,565; 1 - ^ =0,59; 2 - ^ =0,51;
£ =0,43; 4 - I =0,35; [60, рисунок 4.13]
Рисунок 2.2. Зависимость коэффициента полных потерь диффузоров от их геометрических характеристик: а- а =0,40; б- і =0,49; в- <1 =0,565; 1- і =0,59; 2- г =0,51; З- і =0,43;
і =0,35; [60, рисунок 4.14]
Определяющее влияние как на оптимальную степень расширения, так и на потери оказывает удлинение диффузора I , влияние степени радиальности