Разработка и исследование перфорированных экранов и их влияние на надежность и экономичность последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин

• Автор: Россихин, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ

1.1. Влияние формы периферийного обвода на характер течения в

сопловом аппарате

1.2. Влияние формы корневого обвода на течение в ступени

1.3. Влияние входных условий на экономичность ступени

1.4. Влияние степени влажности пара на экономичность и надежность

ступеней
1.4.1. Влияние степени влажности пара на КПД и эрозионный износ
ступеней ;
1.4.2. Вопросы сепарации влаги
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК,
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ, ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЙ ..
2.1. Описание экспериментальных установок и системы измерений
2.1.1. Установка ВАТ-1
2.1.2. Исследованные модели
2.1.3. Система измерения на натурной турбине
2.2. Методика экспериментального определения потерь
2.3. Оценка погрешности измерений
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОПЛОВОГО
АППАРАТА С ПРЕДВКЛЮЧЕННЫМ ЭКРАНОМ
3.1. Особенности течения в турбинной ступени с большим меридиональным
раскрытием проточной части
3.2. Влияние экранов на характер течения в плоских широкоугольных
диффузорах

3.3. Исследование модели кольцевой сопловой решетки с большим меридиональным раскрытием проточной части
3.4. Натурные исследования отсека ЦНД с непроницаемым экраном, установленным перед последней ступенью турбины К-200-130 ЛМЗ.
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ
КОЛЬЦЕВУЮ РЕШЕТКУ С ЭКРАНОМ
4.1. Современные подходы к расчетно-экспериментальному исследованию течения в решетках турбомашин
4.2. Постановка задачи численного моделирования
4.3. Краткое описание расчетной схемы
4.4. Построение расчетной модели
4.5. Построение расчетной сетки
4.6. Препроцессорная обработка и постановка граничных условий
4.7. Сравнение результатов расчета кольцевой решетки с экраном и без экрана
4.8. Определение эрозионного износа поверхности сопловых лопаток
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ!
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Среди проблем, от решения которых зависит экономичность и надежность турбоустановок, проблема надежности и экономичности последних ступеней занимает одно из центральных мест. Важной задачей в создании высокоэкономичных турбоагрегатов является совершенствование последних ступеней цилиндров низкого давления, которая в настоящее время, несмотря на достигнутый уровень развития расчетных методов и методов экспериментальных исследований решена, не в полной мере.
С повышением общего уровня технического развития снижаются возможности увеличения экономичности турбин, так как сокращаются неиспользованные резервы снижения потерь энергии. В этих условиях традиционные решения уже не могут дать ощутимых результатов, либо эти результаты достигаются за счет очень больших затрат.
Основной особенностью последних ступеней является большая относительная высота, и резкое расширение проточной части в меридиональном сечении, обусловленное интенсивным ростом удельных объемов пара при низких значениях давления. В этом случае течение пара приобретает ярко выраженный пространственный характер и условия преобразования энергии сильно меняются от корневых сечений к периферийным. Положение еще более осложняется тем обстоятельством, что последние ступени работают в условиях повышенной влажности и сложного входного поля скоростей.
Эффективность влажнопаровых ступеней до сих пор остается более низкой по сравнению с турбинными ступенями, работающими в области однофазного потока. Присутствие в потоке пара жидкой фазы приводит к снижению эффективности ступени и к эрозионному износу рабочих лопаток. Стоимость ремонта паровых турбин, вызванная повреждениями, связанными с повышенной эрозией лопаток, очень высокая. Поэтому на протяжении многих лет ведутся теоретические и экспериментальные исследования с целью уменьшения эрозии и продления срока службы лопаточного аппарата.

В работе [100] предлагалось использование многослойных кольцевых диффузоров, у которых общий угол раскрытия разбивается на ряд отдельных каналов, в каждом из которых можно обеспечить безотрывное течение.
Исследования, проведенные для трех конических диффузоров с углами раскрытия 10°, 20°, 30° [101] показали, что эффективность этих каналов возрастает с увеличением угла а. Особых конструктивных сложностей установка добавочных колец не представляет и данный способ стабилизации потока в диффузорах вполне может быть использован для снижения потерь в диффузорах различного типа.
Одним из методов снижения потерь является установка пристеночного дефлектора [75]. Это простейшее устройство ускоряет поток в образовавшейся кольцевой щели и направляет его в зону диффузорного течения, предотвращая имеющий место периферийный отрыв пограничного слоя.
Рассмотрим, насколько в действительности можно снизить потери в сопловом аппарате за счет ликвидации периферийного отрыва потока в пред-включенном диффузоре. Здесь, правда, следует еще иметь в виду, что проблема ликвидации отрыва потока в диффузорах с большими углами раскрытия сама по себе представляет одну из центральных проблем гидрогазодинмики, но некоторые теоретические решения и экспериментальные исследования последних лет дают основание для ее частичного решения [102,103,104].
Для решения этого вопроса в работе [75] были проведенные специальные исследования соплового аппарата с предвключенным кольцевым диффузором. Меридиональное сечение и основные геометрические размеры исследованной модели показаны на рис. 1.18. Здесь короткий входной диффузор имел у периферии раскрытие у1=32°, а нижняя образующая составляла с продольной осью угол у2=10°30'. Меридиональные обводы диффузора плавно сопрягались с обводами решетки, относительная высота которой в выходном сечении равнялась 1/Ь=0,7 при с1/1=4 и угле входа потока а1=18°.
Результаты траверсирования выходного поля скоростей рассматриваемой решетки и рассчитанные по этому полю локальные коэффициенты потерь