авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и исследование путей повышения экономичности цилиндров низкого давления конденсационных паровых турбин

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Юрик Елена Алексеевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ ЦИЛИНДРОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Зарянкин Аркадий Ефимович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рыженков Вячеслав Алексеевич
кандидат технических наук, Грановский Андрей Владимирович
Ведущее предприятие: Калужский турбинный завод

Защита состоится в аудитории _-___ “ ” 2010 г. в _____час. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.09 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д. 17, кор. “__”, __-й этаж.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан “ ” 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.т.н., доцент А.И. Лебедева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях нарастающего дефицита электроэнергии при массовом старении установленного на электростанциях основного оборудования проблема повышения экономических показателей уже работающих турбоустановок приобретает особую актуальность.

Рассматривая возможность повышения внутреннего относительного КПД мощных энергетических турбин, в первую очередь следует обратить внимание на цилиндр низкого давления (ЦНД), поскольку именно здесь имеются ещё достаточно большие неиспользованные резервы повышения экономичности этой части паровой турбины.

Отличительной особенностью ЦНД являются очень большие объемные расходы пара, которые интенсивно нарастают вдоль проточной части. Следствием этого процесса является очень большое раскрытие проточной части в меридиональном сечении, что существенно затрудняет процесс оптимального проектирования лопаточного аппарата. Ситуация осложняется и тем обстоятельством, что оценить степень эффективности тех или иных изменений в проточной части ЦНД на основе прямых измерений практически невозможно, и такие оценки ведутся на основе косвенных измерений.

Наличие в проточной части турбины регенеративных отборов, осуществляемых при малых осевых расстояниях между ступенями, является причиной нарушения осевой симметрии течения пара. Изменение давления торможения пара в окружном направлении ведет к окружному изменению располагаемых перепадов энтальпий на ступени. В результате лопаточный аппарат такой ступени работает при неоптимальных локальных значениях основного кинематического параметра Ха=U/Сф. При больших нарушениях симметрии экономичность ступени может снизиться на несколько процентов. При этом возникают неуравновешенные поперечные силы, способные привести к развитию низкочастотной вибрации ротора.





Наряду с потерями в проточной части большие потери энергии имеются во входном и выходном патрубках.

Если вопросам совершенствования выхлопных патрубков посвящено достаточного много работ, то исследованию входных патрубков ЦНД уделялось существенно меньше внимания, хотя сама проблема рациональной организации подвода пара к первым ступеням двухпоточных ЦНД с практической точки зрения не менее важна, чем совершенствования выхлопных патрубков.

Суть проблемы состоит в том, что при очень малых осевых размерах и дискретном подводе пара к входному патрубку ЦНД перед первой ступенью ЦНД возникает очень сильная окружная и радиальная неравномерность входных полей скоростей, которая сохраняется и на выходе из соплового аппарата. Указанное обстоятельство ведет к снижению экономичности не только первой, но и последующих ступеней ЦНД.

Поиску решения обозначенных проблем и посвящена настоящая работа.

Объект исследования. Объектами исследования являются:

  • входной патрубок ЦНД совместно с сопловым аппаратом первой ступени;
  • система отбора пара из проточной части ЦНД.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:

  • исследование влияния входной окружной неравномерности, обусловленной отбором рабочей среды через кольцевую щель, на потери энергии и неравномерность среды за последующим сопловым аппаратом;
  • исследование влияния неравномерности потока перед входом в сопловой аппарат первой ступени ЦНД, обусловленная дискретным подводом пара во входной патрубок, где поток разворачивается в обе стороны на 90°;
  • исследование способов снижения потерь энергии в системе отбора пара из проточной части ЦНД и подвода пара к первой ступени ЦНД.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • определить степень влияния дискретного подвода рабочей среды к первой ступени ЦНД на характеристики соплового аппарата этой ступени турбины;
  • определить влияние регенеративных отборов пара на характер течения в сопловом аппарате послеотборной ступени;
  • разработать и исследовать способы выравнивания окружной неравномерности параметров потока и полей скоростей перед первой ступенью ЦНД и перед послеотборными ступенями;
  • на основе проведенных исследований разработать конструктивную схему входного патрубка ЦНД, позволяющую до минимума свести отрицательное влияние дискретного подвода пара к первой ступени рассматриваемого цилиндра.

Методы исследований и достоверность полученных результатов. При выполнении работы широко использовались общепризнанные и отработанные методы проведения экспериментов.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением современной измерительной техники, повторяемостью опытных данных и хорошим совпадением результатов модельных исследований с опубликованными данными натурных исследований.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

  • предложены и исследованы модели входных патрубков ЦНД, использование которых позволило на 60% снизить окружную неравномерность потока и одновременно снизить потери энергии в сопловой решетке на 1,2% и пульсаций давления на 1218% от начального давления рабочей среды;
  • предложена и испытана новая схема организации нерегулируемых отборов пара через диффузорную кольцевую щель, использование которой позволяет снизить сопротивление в линии отбора рабочей среды, до минимума сократить нарушение осевой симметрии течения и, таким образом, исключить влияние нерегулируемых отборов пара на КПД послеотборной ступени.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение, так как разработанные схемы профилированного входного патрубка ЦНД и новая организация отбора рабочей среды через осерадиальную кольцевую щель при минимальных затратах могут быть использованы для повышения экономичности и надежности ЦНД.

Реализация и внедрение результатов работы. Предложенные схемы профилированного входного патрубка ЦНД и схема отбора пара из ЦНД через диффузорный кольцевой канал переданы на ЛМЗ для использования при проектировании новых турбин.

Личный вклад автора заключается в:

  • проведении обзора и анализа литературных данных;
  • проведении экспериментальных исследований входного патрубка ЦНД и отбора среды из проточной части;
  • проведении анализа полученных экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на:

  • 15-ой ежегодной  международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”. – М.: МЭИ, 26 - 27 февраля 2009 г.;
  • газодинамическом семинаре кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. – М.: МЭИ, 18 ноября  2009 г.;
  • заседании кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. – М.: МЭИ, 24 ноября  2009 г.

Публикации. По результатам диссертационной работы было опубликовано 2 научных статьи и 1 доклад на международной конференции.

Автор защищает:

  • результаты экспериментального исследования входного патрубка ЦНД;
  • результаты экспериментального исследования новой организации регенеративного отбора из проточной части ЦНД.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка используемой литературы, включающей 43 наименования. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрируется 61 рисунком на 55 страницах, список литературы, изложенный на 5 страницах, и содержит 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, дается краткое содержание глав работы.

В первой главе представлен краткий обзор литературных источников, посвященных вопросам, в той или иной степени связанных с предметом настоящих исследований.

В частности, большое внимание уделено рассмотрению влияния входной неравномерности, имеющей место во входном патрубке ЦНД, на экономичность первой ступени, и рассматриваются условия работы этой ступени ЦНД, воспринимающей неравномерный в окружном направлении поток из камеры входного патрубка.

Для этого патрубка потери обусловлены, во-первых, необходимостью развернуть поток пара на 90° в направлении первой ступени в ограниченном объёме, и, во-вторых, тем, что весь пар, который подводится к двухпоточному цилиндру, произвольно делится на две части, и каждая часть разворачивается на 90° в противоположных осевых направлениях. Эта неуправляемая картина течения порождает очень высокие пульсации давления и высокую окружную и радиальную неравномерность, что ведет к снижению экономичности не только первой, но и последующих ступеней ЦНД.

В качестве решения указанной проблемы в литературе предлагается использование радиально-осевых ступеней различных типов в ЦНД мощных паровых турбин. Эта идея широко обсуждалась в конце 70-х – начале 80-х годов в связи с целым комплексом исследований, проводимых в МЭИ (ТУ) и ЛГТУ (бывшее ЛПИ). Однако предлагаемые различные типы таких ступеней не нашли пока практического применения в связи с большими прочностными и технологическими проблемами, возникающими при создании таких ступеней.

Вторая часть работы и соответствующий этой части обзор литературы затрагивают проблему регенеративных отборов из проточной части ЦНД.

Результаты исследований, приведенные в литературе, показывают, что отборы снижают экономичность послеотборных ступеней в связи с сильной деформацией полей скоростей в проточной части турбины (работы Зарянкина А.Е., Парамонова А.Н., Лапина Н.В., Марченко Ю.А., Фичоряк О.М.).

При этом большое значение приобретают вопросы оптимизации кольцевого канала, соединяющего камеру отбора с проточной частью турбины. Снижение гидравлического сопротивления отборного тракта возможно, по мнению ряда авторов, за счёт установки в камере отбора кольцевых диффузоров (работы И.Г. Гоголева, А.Е. Зарянкина, А.Н. Парамонова).

В заключительной части первой главы формулируются цели и задачи настоящего исследования.

Во второй главе дано описание вновь созданных установок, которые использовались как для исследования характера течения во входном патрубке ЦНД и в последующем сопловом аппарате первой ступени ЦНД, так и для исследования влияния отбора пара из проточной части турбины на характер течения в сопловом аппарате послеотборной ступени. По конструкции установки почти идентичны.

Установка для исследования входного патрубка (рис. 1) состоит из корпуса (1) с двумя подводящими патрубками (2), по которым сжатый воздух подводится в кольцевую камеру (3), ограниченную центральным цилиндром (4), торцевой стенкой (5) и корпусом установки. Из кольцевой камеры воздух подается в сопловой аппарат (6) и далее в атмосферу.

 ертеж модели паровпускного-0

Рис. 1 Чертеж модели паровпускного патрубка

Для траверсирования выходного поля полных напоров на внешней стороне соплового аппарата располагалось поворотное кольцо (7) с зондом полных напоров (8), которое было снабжено лимбом, обеспечивающим отсчет углов поворота с угловым шагом, равным 5. Для поворота кольца использовалась рукоятка (9).

Во входном сечении соплового аппарата был установлен зонд полных напоров (10), имеющий возможность поворачиваться вокруг продольной оси установки. Угол поворота отсчитывался по лимбу (11), закрепленному на торцевой стенке (5).

Используемая система измерений позволяла определять суммарные потери на установку, потери непосредственно в патрубке, потери на сопловую решётку и распределение полных напоров на среднем диаметре за сопловой решёткой при различных вариантах исполнениях входного патрубка.

Влияние отборов на экономичность послеотборных ступеней исследовалось на установке, показанной на рис. 2.

 ертеж экспериментальной установки-1

Рис. 2 Чертеж экспериментальной установки для исследования отбора пара из проточной части паровой турбины

В данном случае это модифицированный вариант первой установки. От предыдущего он отличается следующим: внутри корпуса была расположена перфорированная стенка 5, через перфорацию которой воздух подается из кольцевой камеры 3 в проточную часть 6. Над цилиндром 4 установлена внешняя подвижная обечайка 7 на расстоянии от кольца 8, подводящего воздух к исследуемому сопловому аппарату 9.

Отвод воздуха производится из кольцевой камеры 10, имитирующей камеру отбора, по трубопроводу 12. Меняя зазор можно было менять количество воздуха, идущего в отбор.

Используемая здесь система измерений позволяла оценивать гидравлическое сопротивление отборной щели и потери энергии во всем отборном тракте.

Все основные измерения проводились с использованием современного измерительного комплекса «Мера» в сочетании со стандартной измерительной аппаратурой. В дополнение к известным коэффициентам потерь энергии для оценки степени неравномерности потока использовался специальный коэффициент неравномерности Ф, представляющий собой следующее выражение

,

где - среднее относительное избыточное давление полного торможения, определяемое по соотношению

;

, - осредненные значения двух выборок отклонений значений избыточного давления полного торможения от среднего давления , удовлетворяющих условиям и , определяемые по соотношениям

, .

В заключительной части второй главы приведена оценка погрешностей при определении коэффициентов потерь энергии.

Третья глава посвящена исследованию характера течения во входном патрубке и в сопловом аппарате первой ступени.

Исследовались шесть вариантов моделей входного патрубка, показанных на рис. 3. В качестве базовой модели использовалась модельная установка паровпускного патрубка, приведенная на рис. 1. В варианте «а» (рис. 3) внутри патрубка устанавливались две профилированные вставки, частично разделяющие патрубок на две части, причем это разделение имело место в плоскости, перпендикулярной входным патрубкам в модель. В следующей модели (вариант «б») для выравнивания параметров потока перед сопловой решеткой была установлена перфорированная сетка. В варианте «в» в плоскости, перпендикулярной входным трубам было установлено одно сплошное ребро, полностью перегораживающее кольцевую камеру патрубка, а в варианте «г» эту камеру перегораживало два ребра. Наконец, в варианте «д» против входных труб размещалось два профилированных ребра, обеспечивающих разделение потока на две изолированные части.

Итоговые результаты проведенных исследований, сведенные в табл. 1, указывают на целесообразность практического использования простейшего варианта с двумя профилированными разделительными ребрами, установленными против диаметрально расположенных трубопроводов, подводящих пар к входному патрубку ЦНД. По сравнению с базовым вариантом в этом случае почти в два раза снижается коэффициент окружной неравномерности потока, и на 3,7% уменьшаются потери энергии в системе «входной патрубок-сопловой аппарат первой ступени ЦНД».

а) б)

в) г)

д)

Рис. 3 Модели входного патрубка

Табл. 1 Результаты исследования моделей входного патрубка

Модель Коэффициент неравномерности Ф Суммарные потери , % Потери в патрубке пат, % Потери в сопловой решетке р, %
Базовый вариант 0,26 16,5 7,3 9,2
Модель с профилированной цилиндрической поверхностью (рис. 3, а) 0,19 15,2 6,8 8,4
Модель с цилиндрической перфорированной сеткой (рис. 3, б) 0,15 22,3 14,4 7,9
Модель с одним разделительным ребром (рис. 3, в) 0,21 15,4 - -
Модель с двумя разделительными ребрами (рис. 3, г) 0,231 14,3 5,6 8,7
Модель с двумя профилированными ребрами (рис. 3, д) 0,15 12,8 5,8 7


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.