Диссертация (781919), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Структура течения газовпосле выхода из зоны горения способствует равномерному распределению тепловых потоков.2) Расположение горелочных устройствВ процессе эксплуатации реального котельного агрегата важно, чтобы основные его узлыбыли доступны для подвода необходимых коммуникаций, а также для обслуживания и ремонта.Одним из существенных недостатков квадратной топки является размещение горелок на всехчетырех стенах топки, что значительно усложняет систему пылевоздухопроводов. Особенно этокасается нижнего ряда горелок, в этом случае коммуникации необходимо подводить либо снизуили в обход холодных воронок. Также данные горелки будут труднодоступны для обслуживающего персонала.
Размещение горелочных устройств на боковых стенах двухвихревой топкиобладает явным преимуществом с данной точки зрения. Нет необходимости в сложных системах пыле-воздухопроводов. В целом система подвода топлива не будет существенно отличаться от систем с традиционными компоновками котлов. Все горелочные устройства легкодоступны для обслуживания и ремонтов.3) Длина паропроводов212Основной целью создания горизонтальной топки котельного агрегата является снижениепротяженности главных паропроводов пара. Наибольшим преимуществом обладает тот конструктивный профиль, высота которого меньше. Высота двухвихревой топки на 13 м большеварианта топки квадратного сечения. Однако выходные коллекторы последних ступеней высокотемпературных пароперегревателей можно располагать не только на крыше котла, поэтомупротяженность паропроводов остается такой же.Исходя их вышесказанного можно сделать вывод о том, что прямоугольная двухвихреваятопка котла обладает рядом преимуществ по сравнению с топкой квадратного сечения.Проведенные обширные исследования с применением методов математического и физического моделирования показали, что разработанный конструктивный профиль топки котла обеспечивает возможность формирования устойчивых кольцевых вихрей, способствующих защитеэкранных поверхностей и равномерному распределению тепловых потоков по сечению топки;обеспечивает беспрепятственный доступ к горелочным устройствам для их обслуживания; способствует эффективному твердому шлакоудалению и, несмотря на некоторое увеличение еговысоты, позволяет значительно сократить длины паропроводов острого и вторичного пара.3.4 Двухъярусный ЦНД повышенной пропускной способности – перспективный способ снижения металлоемкости турбоагрегатаСокращение металлоемкости и повышение экономичности энергоустановки стоит осуществлять не только за счет совершенствования высокотемпературных элементов оборудования.
Большие резервы скрыты в низкотемпературной части мощных паровых турбин, а именнов сокращении удельной металлоемкости и совершенствовании аэродинамики цилиндров низкого давления [113, 275-293]. Одним из перспективных способов повышения пропускной способности цилиндров низкого давления является переход к двухъярусным проточным частям. В качестве базового варианта для исследования был выбран двухпоточный двухъярусный ЦНД спятью ступенями в каждом потоке [132].Исследование возможных вариантов конструктивной реализации проточных частей цилиндров низкого давления повышенной пропускной способности проводилось совместно с Осиповым С.К. в соответствии с алгоритмом, приведенном на рисунке 3.54.213Моделирование течения пара в решетках турбины1Определениеисходныхданных дляпроектированияКоррекцияпрофиляАнализПостроениетрехмерных моделейи расчетных сетокдля CFDПрофильныепотери4-5Проведение 3DCFD расчетов32ОсесимметричныйрасчетПрофилированиеПостроениетрехмерных моделей ирасчетных сеток дляпрочностного расчетаКоррекцияпрофиляАнализПроведение 3Dпрочностныхрасчетов89Построениефинальной3D моделиФормированиеэскизногопроекта6-7Напряжения,частотыПрочностной расчет двухъярусной лопаткиРисунок 3.54 – Алгоритм исследования и разработки конструктивной схемы проточной частицилиндра низкого давленияНа основе заданных исходных данных для проектирования, включающих расход и параметры пара на входе в цилиндр, количество и параметры отборов пара на регенерацию и давление в конденсаторе, осуществлены вариантные осесимметричные расчеты, в результате которых определены предварительные значения аэродинамической эффективности, а также сформирован конструктивный облик проточной части.
На основе полученных результатов осуществлен выбор перспективных вариантов для дальнейших исследований. С использованиемполученных характеристик проточной части произведено предварительное профилированиелопаточного аппарата, результаты которого легли в основу построения пространственной модели проточной части и ее элементов и разработки расчетных моделей, обеспечивающих детальное моделирование течения пара в ключевых элементах цилиндра. Отдельный блок предлагаемого алгоритма предназначен для разработки расчетных моделей наиболее нагруженных деталей и проведения исследований их напряженно-деформированного состояния.
На основе результатов аэродинамических и прочностных исследований осуществлено формирование предложений по наиболее эффективной реализации как проточной части ЦНД в целом, так и ее отдельных элементов.Важным фактором, определяющим аэродинамическую эффективность проточной части,является количество ступеней в верхнем и нижнем ярусах. Изменение числа ступеней в верх-214нем ярусе при заданных начальных параметрах влияет на теплоперепад, срабатываемый каждойступенью.
При исследовании конструктивных схем принято допущение, что рассматриваемыеконфигурации проточной части ЦНД имеют одинаковый корневой диаметр соответствующихступеней верхнего яруса, так как периферийные диаметры ступеней и высоты лопаток нижнегояруса не изменялись. Таким образом, величина u/сф для ступеней второго яруса в первую очередь определяет их количество. Конструктивная схема проточный части, обеспечивающая более близкие к оптимальным значения соотношения u/сф, является предпочтительной.С целью выбора наилучшей, с точки зрения обеспечения высокого уровня аэродинамической эффективности, конструкции разработано и исследовано три варианта конструктивной реализации ЦНД с двухъярусной проточной частью, отличающихся схемой подвода рабочего тела.
Проведено сравнение двухъярусных ЦНД с проточной частью с независимым подводом пара в ярусы при трех (Вариант 3) и четырех ступенях в верхнем ярусе (Вариант 2), а также с проточной частью с общей первой разделительной ступенью и тремя ступенями в верхнем ярусе(Вариант 1) [279].Значения внутреннего КПД ступеней верхнего яруса при различной компоновке приведенына рисунке 3.55, а интегральный КПД всего цилиндра для рассмотренных вариантов представ-0,9586,650,90,850,80,750,70,651Вариант 1234Номер ступениВариант 2Вариант 3Внутренний относительный КПД, %Внутренний относительный КПД, %лен на рисунке 3.56.86,6086,6086,5586,5086,4586,4086,4486,4086,3586,30Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3Рисунок 3.55 – Зависимости КПД ступенейРисунок 3.56 – Аэродинамическая эффективно-верхнего яруса для различных конструктивныхсти вариантов конструктивной реализациисхемдвухъярусного ЦНД215Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что наиболее эффективной с аэродинамической точки зрения является компоновка с пятью ступенями в нижнемярусе, с тремя ступенями в верхнем ярусе и независимым подводом пара в каждый ярус (КПД86,6 %).
Предлагаемая конструкция проточной части цилиндра (рисунок 3.57) позволяет увеличить пропускную способность на 45 % по сравнению с традиционным одноярусным исполнением с лопаткой последней ступени длиной 1200 мм.Рисунок 3.57 – Конструкция проточной части ЦНД с тремя ступенями в верхнем ярусеРеализация предлагаемой конструкции с тремя ступенями в верхнем ярусе требует применения вместо традиционной диафрагмы первой ступени специальной диафрагмы, изображенной на рисунке 3.58 [285].В нижнем ярусе диафрагмы между диском 1 и обводом 2 установлены сопловые лопаткипервой ступени нижнего яруса 3. В верхнем ярусе между обводами 2 и 4 с угловым шагом, равным 5°, устанавливаются перфорированные ребра 5. Сопловые лопатки нижнего яруса и перфорированные ребра, установленные в верхнем ярусе диафрагмы, образуют неразборную жесткую конструкцию, имеющую горизонтальный разъем, как у диафрагм традиционной конструкции.Совокупность установленных в верхнем ярусе перфорированных ребер представляет собойаэродинамический фильтр, обеспечивающий выравнивание поля скоростей и снижающийокружную неравномерность параметров потока пара на входе в сопловой аппарат первой ступени верхнего яруса цилиндра низкого давления.
Конструкция аэродинамического фильтра216разработана с применение результатов исследований выравнивающих устройств [294-301].Аэродинамический фильтр обладает малым аэродинамическим сопротивлением. Стоит отметить, что добавочные потери, возникающие в результате установки ребер, компенсируются последующим снижением потерь в проточной части верхнего яруса ЦНД, обусловленных неравномерным распределением скоростей в окружном направлении при традиционной схеме подвода пара.Рисунок 3.58 – Диафрагма первой ступени двухъярусного ЦНДОсновные характеристики ступеней нижнего яруса представлены в таблице 3.10, а верхнего– в таблице 3.11.
Наличие трех ступеней в верхнем ярусе обеспечивает возможность реализациидвух регенеративных отборов пара: после первой и второй ступеней.Таблица 3.10 – Основные параметры нижнего яруса ЦНД с независимым подводом параСопловая/рабочая решеткиКорневой диаметр, мДлина лопатки, мСтепень реактивностиu/cфВнутренний относительный КПДСт. 1СР1,81,80,15 0,160,380,630,900835Ст. 2СР1,81,80,20 0,250,430,670,917276Ст. 3СР1,81,80,32 0,390,430,690,905547Ст. 4СР1,81,80,51 0,680,530,790,876338Ст. 5СР1,81,81,11,20,70,740,655948217Таблица 3.11 – Основные параметры верхнего яруса ЦНД с независимым подводом параСт. 1Сопловая/рабочая решеткиКорневой диаметр, мДлина лопатки, мСтепень реактивностиu/cфВнутренний относительный КПДС2,20,072Ст.
2Р2,30,0820,280,630,915959С2,440,120Ст. 3Р2,580,160С2,820,2750,420,650,886246Р3,160,4000,610,70,734717КПД нижнего яруса составил 87,3 %, КПД верхнего яруса – 83,9 %. Интегральный КПДцилиндра низкого давления с независимым подводом и использованием диафрагмы первойступени специальной конструкции составил 86,6 %, при осреднении по расходу.Основой для проектирования двухъярусного цилиндра является двухъярусная ступень,формируемая двухъярусными сопловыми и рабочими лопатками. Разрабатываемая проточнаячасть содержит три ступени в двухъярусном исполнении. В рамках исследования проведенаконструктивная проработка и расчетные исследования одного из самых ответственных элементов проточной части ЦНД – двухъярусной «вильчатой» рабочей лопатки предпоследней ступени, являющейся самой длинной из двухъярусных рабочих лопаток и, соответственно, самойнагруженной.Конструкция разработанной лопатки высотой 1155 мм изображена на рисунке 3.59 [282,284].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
