Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Фичоряк Ольга Михайловна. Исследование и разработка способов повышения эффективности работы мощных теплофикационных турбин : диссертация... кандидата технических наук : 05.04.12 Москва, 2007 180 с. РГБ ОД, 61:07-5/2736

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1 КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО
ПРЕДМЕТУ ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 13

1.1 Предмет исследований 13

  1. Влияние входной неравномерности на экономичность турбинной ступени 14

  2. Повышение экономичности и надежности части низкого давления теплофикационных турбин Т-250/300-240 ТМЗ 32

  3. Факторы, определяющие экономические показатели выхлопных патрубков с кольцевыми диффузорами 43

1.2 Задачи исследований 62

2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК,
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ, ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЙ 64

2.1 Описание экспериментальных установок 64

  1. Установка ВАТ-1 64

  2. Экспериментальная установка для исследования характера течения перед сопловым аппаратом первой нерегулируемой ступени 67

  3. Установка для исследования выхлопных патрубков.... 73

  1. Средства измерений, используемые при модельных исследованиях 76

  2. Методики обработки результатов испытаний 83

  1. Расходный метод определения суммарных потерь энергии в экспериментальной установке 83

  2. Определение степени неравномерности 84

2.3.3 Экспериментальное определение аэродинамических

характеристик выхлопных патрубков 85

2.4 Оценка погрешности результатов исследований 92

  1. Коэффициент суммарных потерь энергии в экспериментальной установке 92

  2. Коэффициент полных потерь в выхлопном патрубке 94

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
ПАРЦИАЛЬНОГО ПОДВОДА ПАРА К РЕГУЛИРУЮЩЕЙ
СТУПЕНИ НА ХАРАКТЕР ТЕЧЕНИЯ В ПОСЛЕДУЮЩЕЙ
СОПЛОВОЙ РЕШЕТКЕ НЕРЕГУЛИРУЕМОЙ СТУПЕНИ 96

3.1 Исследование полей давления за сопловой решеткой,
установленной за камерой, моделирующей камеру
регулирующей ступени турбин Т-250/300-240 и К-200-130... 96

  1. Результаты исследования исходного варианта подвода рабочей среды к сопловому аппарату 96

  2. Исследование сопловой решетки с плоским перфорированным экраном 101

  3. Исследование сопловой решетки с коническим перфорированным экраном 111

  4. Исследование сопловой решетки с цилиндрическим перфорированным экраном 121

  5. Исследование влияния перфорированных экранов на пульсации давления в потоке и уровень вибрации корпуса экспериментальной установки 124

3.2 Практическое использование перфорированных экранов 134

4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТУРБИН Т-250/300-23,5 ПРИ ИХ РАБОТЕ В ЧИСТО
ТЕПЛОФИКАЦИОННОМ РЕЖИМЕ 137

4.1 Результаты численного моделирования переменных

режимов работы ЦНД турбины Т-250/300-240, работающей

в теплофикационном режиме 138

  1. Результаты натурных испытаний цилиндра низкого давления турбины Т-250/300-240 ТМЗ при работе со снятыми лопатками последней ступени 143

  2. Технико-экономическое обоснование целесообразности работы турбины Т-250/300-240 без лопаток последних (31 и

40) ступеней 145

  1. ЦНД турбины Т-250/300-240 в двухступенчатом исполнении 147

  2. ЦНД турбины Т-250/300-240 со сварным ротором и внутренним торсионным валом 149

5. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ВЫХЛОПНОГО ПАТРУБКА С КОЛЬЦЕВЫМИ ДИФФУЗОРАМИ
ПРИМИНИТЕЛЬНО К ЦНД ТУРБИНЫ Т-250/300-240 СО
СНЯТОЙ ПОСЛЕДНЕЙ СТУПЕНЬЮ 154

  1. Экспериментальная отработка выходного патрубка 155

  2. Выхлопной патрубок турбины Т-250/300-240 с коротким кольцевым диффузором 162

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 166

Список использованных источников

Введение к работе:

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.

В тоже время следует иметь в виду, что применительно к проточным частям паровых турбин резервы повышения их экономичности крайне ограничены. Потери энергии в лопаточных аппаратах цилиндров высокого и среднего давления энергетических турбин достигли теоретически возможных минимальных величин. Тем не менее, некоторые ступени этих цилиндров работают в условиях, когда их сопловые аппараты воспринимают крайне неравномерный в окружном направлении паровой поток. Такая ситуация характерна для всех послеотборных ступеней, включая и регенеративные отборы пара, а также для первой нерегулируемой ступени турбин с сопловым парораспределением, где, несмотря на значительные размеры камеры регулирующей ступени, сохраняется очень высокая окружная неравномерность потока, обусловленная парциальным подводом пара в указанную камеру.

В результате, имеет место весьма заметное снижение КПД не только первой нерегулируемой ступени, но и всего цилиндра высокого давления (ЦВД) турбины. До настоящего времени вопросу выравнивания параметров потока в камере регулирующей ступени не уделялось должного внимания, хотя именно здесь могут быть получены ощутимые результаты повышения экономичности ЦВД.

Более существенные резервы повышения экономичности турбоустановок имеются в цилиндрах низкого давления (ЦНД), причем эти резервы максимальны в ЦНД теплофикационных турбин, в условиях, когда они работают в чисто теплофикационном режиме. На этих режимах ЦНД не вырабатывают полезной мощности, а поглощают ее. Актуальность решения

отмеченных задач достаточно очевидна и далее рассматриваются возможные пути их решения.

Объект исследования. Объектом исследования являются:

система подвода пара к сопловому аппарату первой нерегулируемой ступени турбины;

ЦНД теплофикационной турбины Т-250-240 и его выхлопной патрубок.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:

разработка и исследование способов снижения окружной неравномерности потока рабочего тела перед сопловым аппаратом первой нерегулируемой ступени турбины с сопловым парораспределением;

исследование режимов работы ЦНД теплофикационной турбины Т-250-240 и поиска мер снижения потерь энергии в чисто теплофикационном режиме;

исследование способов снижения потерь энергии в системе отвода пара к конденсатору на конденсационных режимах работы турбины Т-250-240.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

определить степень влияния парциального подвода рабочей среды в камеру регулирующей ступени на характеристики соплового аппарата первой нерегулируемой ступени турбины;

разработать и исследовать эффективность выравнивания окружной неравномерности параметров потока и поля скоростей в камере регулирующей ступени путем установки в этой камере специальных выравнивающих устройств;

- на основе проведенных исследований разработать конструкторскую

документацию на оптимальное с точки зрения выравнивания потока и потерь энергии устройство, позволяющее до минимума свести отрицательное влияние парциальной регулирующей ступени на работу последующего отсека турбины;

провести анализ возможных способов снижения потерь мощности ЦНД турбины Т-250-240 на чисто теплофикационном режиме и на этом основании рекомендовать к использованию оптимальное на сегодняшний день решение;

опытным путем проверить возможность снижения гидравлического сопротивления в системе отвода пара от последней ступени ЦНД турбины Т-250-240 к конденсатору путем использования в выхлопном патрубке этой турбины кольцевого диффузора с прямолинейной осью.

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, проведением оценки погрешности измерений, повторяемостью опытных данных и хорошим совпадением результатов модельных и натурных исследований.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- предложены и исследованы перфорированные экраны,
использование которых в камере регулирующей ступени при
минимальных затратах позволяет по меньшей мере на 1 % увеличить
КПД частей высокого давления мощных паровых турбин;

- предложена новая методика интегральной оценки потерь энергии в

сложных каналах и введен новый коэффициент для оценки окружной неравномерности в турбинных ступенях;

проведено расчетно-экспериментальное исследование работы турбины Т-250-240 без последней ступени, показавшее целесообразность такого решения при работе турбины в теплофикационном режиме не менее 8-ми месяцев в году;

показана целесообразность использования в выхлопном патрубке турбины Т-250-240 при снятии лопаток последних ступеней коротких кольцевых диффузоров.

Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение, так как разработанные проекты модернизации камеры регулирующей ступени при минимальных затратах могут быть использованы для повышения экономичности и надежности ЦВД практически всех турбин с сопловым парораспределением.

Кроме того, результаты расчетно-экспериментального исследования способов повышения эффективности использования ЦНД теплофикационной турбины Т-250-240 могут быть использованы при реконструкции части низкого давления этих турбин.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанная система выравнивания параметров пара перед сопловым аппаратом первой нерегулируемой ступени и ее конструктивная реализация передана для реализации на завод фирмы "Alstom".

Предложение о целесообразности работы турбины Т-250-240 без последней ступени реализовано на блоке №5 ТЭЦ-23 ОАО "Мосэнерго".

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на:

- 12-ой ежегодной международной научно-технической конференции

студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". - М.: МЭИ, 2-3 марта 2006 г.;

международной научно-техн. конференции "Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования". - Харьков: ИПМаш, 19-22 сентября 2006 г.;

на техническом совете Эстонской ГРЭС в декабре 2006 г.;

газодинамическом семинаре кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. - М.: МЭИ, март 2007 г.;

заседании кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. - М.: МЭИ, март 2007 г.

Публикации.

  1. Зарянкин А.Е., Фичоряк О.М. Исследование и разработка способов повышения эффективности работы турбин с сопловым парораспределением// Тезисы докладов двенадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". Том 3. - М.: МЭИ, 2-3 марта 2006 г, с. 275-276.

  2. Использование перфорированных экранов в камере регулирующей ступени паровой турбины с сопловым парораспределителем/ Зарянкин А.Е., Арианов СВ., Зарянкин В.А., Парамонов А.Н., Фичоряк О.М. - Тяжелое машиностроение, 2007, №1, с. 10-15.

  3. К оценке целесообразности работы теплофикационной турбины Т-250-240 без последней ступени в ЦНД/ Зарянкин А.Е., Зройчиков Н.А., Ермолаев Г.В., Фичоряк О.М. - Теплоэнергетика, 2005, № 6, с. 10-15.

  4. Пути снижения отрицательного влияния регулирующей ступени на экономичность последующих нерегулируемых ступеней паровой турбины/ Зарянкин А.Е., Арианов СВ., Зарянкин В.А., Парамонов А.Н., Фичоряк О.М. - Проблемы машиностроения, 2006, №4, с. 46-51.

10 5. Снижение неравномерности параметров потока при входе в

сопловой аппарат первой нерегулируемой ступени паровой турбины с

сопловым парораспределением/ Зарянкин А.Е., Зройчиков Н.А., Парамонов

А.Н., Фичоряк О.М. - Теплоэнергетика, 2006, №11, с. 4-9.

Автор защищает:

результаты экспериментального исследования соплового аппарата, установленного после камеры регулирующей ступени турбины с сопловым парораспределением;

результаты экспериментального исследования соплового аппарата с предвключенными перфорированными экранами при парциальном подводе рабочей среды в камеру регулирующей ступени;

новый интегральный метод оценки коэффициента потерь энергии в сопловых аппаратах при неравномерном входном поле скоростей;

конструкцию перфорированного экрана, предназначенного для выравнивания поля скоростей перед сопловым аппаратом первой нерегулируемой ступени турбины с сопловым парораспределением;

результаты расчетно-экспериментального исследования характеристик ЦНД турбины Т-250-240 при различных пропусках пара при использовании двух и трех ступеней;

результаты экспериментального исследования выхлопного патрубка с короткими кольцевыми диффузорами применительно к турбине Т-250-240 с уменьшенным числом ступеней в ЦНД.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения по работе, списка используемой литературы, включающей 130 наименований. Работа изложена на 109 страницах машинописного текста, иллюстрируется 78 рисунками на 58 страницах, список литературы, изложенный на 13 страницах, и содержит 7 таблиц.

Аннотация диссертационной работы по главам.

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 как на потери в решетке профилей, так и на экономичность турбинной ступени в целом, так как в первой части работы рассматриваются условия работы первой нерегулируемой ступени, воспринимающей неравномерный в окружном направлении поток из камеры регулирующей ступени. Вторая часть работы и соответствующий этой части обзор литературы затрагивают проблему эффективности использования ЦНД турбин Т-25 0-240 на чисто теплофикационных режимах работы. В третьей части литературного обзора рассматривается вопрос об использовании в выходном патрубке эффективных кольцевых диффузоров. 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 в сопловом аппарате первой нерегулируемой ступени, так и для исследования выхлопных патрубков с короткими кольцевыми диффузорами, а также приборов и средств измерений, которые используются при модельных исследованиях. Изложены методики экспериментальных исследований решеток профилей и патрубков и методика количественной оценки степени неравномерности потока за исследованной сопловой решеткой. Дана оценка погрешности результатов исследований.

Третья глава полностью посвящена исследованию характера течения в сопловом аппарате первой нерегулируемой ступени. На основе этого анализа предлагаются и исследуются перфорированные экраны, устанавливаемые в камере регулирующей ступени. Также приводится конструктивная разработка объемного перфорированного экрана для энергетических турбин.

12 В четвертой главе рассматриваются возможные пути повышения

эффективности ЦНД теплофикационных турбин при их работе в

теплофикационном режиме работы, когда тепловой режим ЦНД можно

поддерживать при существенно более низком пропуске пара в конденсатор

при одновременном снижении вентиляционной мощности. Проводится

технико-экономическое обоснование целесообразности работы турбины Т-

250/300-240 без последних ступеней. Также рассматривается возможность

использования нового сварного ротора ЦНД турбины Т-250-240 с

внутренним торсионным валом.

Наконец, пятая глава посвящена исследованию выхлопного патрубка турбины с короткими кольцевыми диффузорами. Такое решение оказывается вполне логичным в ЦНД турбины Т-250-240 при ее работе со снятыми последними ступенями, когда заметно увеличивается свободный от лопаточного аппарата осевой размер. В результате выполненных исследований разработана схема установки кольцевого диффузора в ЦНД турбины Т-250-240 без последних ступеней.

Проведенные исследования показали, что поставленные задачи являются весьма актуальными и от их решения зависит уровень экономичности и надежности всей турбоустановки.

Вся экспериментальная часть работы выполнялась в газодинамической лаборатории кафедры Паровых и газовых турбин Московского энергетического института. Автор выражает искреннюю благодарность коллективу газодинамического сектора за его неоценимую поддержку.

Подобные работы
Лунин Игорь Александрович
Исследование функционирования сетевых подогревателей теплофикационных турбин Т-250/300-240 и разработка системы их технической диагностики
Готовцев Андрей Михайлович
Разработка и исследование систем стабилизации течения пара в выхлопных патрубках и выносных регулирующих клапанах паровых турбин
Россихин Сергей Юрьевич
Разработка и исследование перфорированных экранов и их влияние на надежность и экономичность последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин
Мосенжник Борис Юрьевич
Разработка и исследование конструкций направляющих аппаратов с устройствами для интенсификации дробления влаги в целях борьбы с эрозией рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин
Голдин Александр Сергеевич
Исследование сопл гидропаровой турбины при истечении жидкости с большим недогревом до температуры насыщения
Веретельник Алексей Викторович
Исследование эффективности транспирационного охлаждения высокотемпературных газовых турбин
Чжэн Гуанхуа
Расчетно-экспериментальное исследование газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин
Комаров Олег Вячеславович
Исследования и одномерная оптимизация проточной части свободных силовых турбин с регулируемой первой ступенью приводных ГТУ и ГТД
Шевелев Денис Владимирович
Исследование физических особенностей течения рабочего тела и характеристик гидропаровой турбины
Яганов Александр Михайлович
Экспериментальное исследование влияния режимных факторов на вибрационное состояние и ресурс рабочих лопаток последних ступеней мощных теплофикационных турбин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net