Диссертация (781919), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Показано, что с помощью установленных на горизонтальном разъеме патрубка противовихревых решеток описанной выше конструкции возможно уменьшить область, занятую вихревым движением. При этом увеличивается площадь зоны активного течения на 20 %, и снижается интенсивность обратных токов.2303.5 Применение оребрения торцевых поверхностей межлопаточных каналовПри переходе к паровым турбинам с ультрасверхкритическими параметрами пара возникают серьезные проблемы с формированием проточной части ЦВД, так как при такой же, как утурбин СКП мощности, в турбинах УСКП заметно снижается объемный расход пара в ЦВД всвязи с ростом располагаемого перепада энтальпий и снижением удельного объема, вызваннымповышением рабочего давления.
При больших корневых диаметрах ступеней ЦВД это приводит к снижению относительных высот лопаточного аппарата. В результате существенно увеличиваются концевые потери энергии и снижается внутренний относительный КПД ЦВД. Еслиже уменьшить корневые диаметры ступеней, то неизбежно вырастет их число и, соответственно, заметно увеличится стоимость ЦВД, в которых приходится использовать дорогие сплавы,способные работать при температурах до 750 °С.Теоретические предпосылки возможного снижения концевых потерь ζк вытекают из соотношения, которое учитывает факторы, определяющие концевые потери.
Это соотношение длясопловых решеток при турбулентном режиме течения в пограничном слое имеет вид (3.2), длярабочих лопаток – (3.3)к0,13∙ 1Re . ∙ ̅1,9 ∙ 1ctgαctgα∙ ̅ ∙ cos α ,(3.2)к0,13∙ 1Re . ∙ ̅0,7 ∙ 1ctgβctgβ∙ ̅ ∙ cos β .(3.3)Из приведенных соотношений видно, что на значение коэффициента концевых потерьэнергии большое влияние оказывает относительный шаг ͞t, изменение которого существенноменяет величину второго слагаемого в скобках, определяющего долю концевых потерь, связанных со вторичными течениями, возникающими вблизи торцевых стенок. При уменьшении относительного шага от 0,5 до 0,1 значение рассматриваемого члена снижается в 25 раз, но приэтом резко увеличиваются профильные потери и падает лопаточный КПД турбинной ступени.Для снижения интенсивности вторичных течений необходимо на торцевых стенках решеткипрофилей в межлопаточном пространстве в пределах пограничного слоя расположить решеткукриволинейных ребер с малым шагом.
Такая торцевая решетка, по существу, предотвращаетразвитие поперечных (вторичных) течений и не оказывает отрицательного влияния на значениепрофильных потерь энергии. На рисунке 3.73 показаны результаты моделирования течения вплоской турбинной решетке с гладкими торцевыми поверхностями и предлагаемой системойоребрения. Результаты моделирования свидетельствуют о том, что размеры образовавшихся231двух парных вихревых шнуров вблизи торцевых стенок значительно снижаются при организации двухстороннего оребрения в канале.
Тем самым можно утверждать, что применение оребрения действительно снижает интенсивность образования вторичных течений и сокращает долю концевых потерь энергии в решетке.а) гладкие торцевые поверхностиб) оребренные торцевые поверхностиРисунок 3.73 – Вторичные вихревые течения в турбинной решетке с гладкими и оребреннымиторцевыми поверхностямиВ ходе исследования систем оребрения торцевых поверхностей межлопаточных каналов нааэродинамическую эффективность были разработаны и исследованы реберные системы различных конфигураций. Исследование размера ребер показало, что их высота не должна превышать 2 мм. Установлено, что увеличение высоты ребер приводит к снижению эффективностиоребрения. Рассматривались также различные варианты формы, а также способы размещенияребер на торцевой поверхности межлопаточного канала, в том числе предложена схема с установкой ребра неполной длины.
Рассмотренные варианты исполнения реберных систем и ихвлияние на коэффициент потерь представлены в таблице 3.13.Результаты исследований приведены на рисунке 3.74 в виде кривых распределения локальных коэффициентов потерь энергии по высоте рассматриваемой решетки как при гладких торцевых поверхностях, так и при их оребрении. При отсутствии оребрения получена классическаякартина распределения локальных коэффициентов потерь с характерным максимумом на некотором удалении от торцевых стенок.Область повышенных потерь на некотором расстоянии от торцевых стенок, вызваннаяформированием парных вихревых шнуров при движении рабочих сред в криволинейных каналах, сильно сокращается, что подтверждает факт гашения вторичных течений в межлопаточныхканалах с помощью системы криволинейных ребер, расположенных на торцевых поверхностяхрешеток.232Таблица 3.13 – Результаты численного моделирования конфигураций оребренной турбиннойрешеткиКоэффициентпотерь в модели решеткиМодельПредставлениеИзменение коэффициентапотерь в сравнении с неоребренным вариантом, %0,07390−С одним прямоугольным ребром вканале высотой 2 мм и шириной0,5 мм на верхнем и нижнем бандаже (Вариант 1 – базовый)0,071303,53С одним треугольным ребром высотой 2 мм, шириной 0,5 мм наверхнем и нижнем бандажах (Вариант 2)0,069206,39С одним цельным (прямоугольным) и одним кусочным (прямоугольным) ребром высотой 2 мм,шириной 0,5 мм на верхнем инижнем бандажах (Вариант 3)0,071163,70С одним цельным (треугольным) иодним кусочным (треугольным)ребром высотой 2 мм, шириной0,5 мм на верхнем и нижнем бандажах (Вариант 4)0,068966,68Относительная высота профиляБез оребрения10,90,80,70,60,50,40,30,20,100,000,02Вариант 10,040,060,080,100,12Коэффициент потерь в решеткеВариант 2Вариант 3Вариант 4Рисунок 3.74 – Распределение коэффициента потерь по высоте решетки0,14233Проведено численное и экспериментальное исследование влияния формы, количества, длины и взаимного расположения ребер на уровень потерь в турбинной решетке.
Показано, чтоприменение ребер треугольной формы с отношением высоты ребра к ширине, равном 4, позволяет добиться максимального эффекта, сократив потери от вторичных течений на 6,7 % [112,303, 304]. Результаты, полученные на основе численного моделирования, были подтвержденыэкспериментальными исследованиями на специально созданном стенде для испытания моделейплоских решеток турбомашин.3.6 Блок стопорно-регулирующих клапанов для турбин УСКПОдной из основных проблем, требующих решения при переходе к более высоким начальным параметрам пара, является обеспечение надежной работы регулирующих и стопорныхклапанов паровых турбин при минимально возможных потерях давления и габаритных размерах клапанного блока. Надежность прямо зависит от уровня динамических нагрузок, воспринимаемых со стороны потока пара всеми деталями клапана и, в частности, их штоками.Абсолютное значение динамических нагрузок, действующих на штоки регулирующих клапанов, пропорционально начальному давлению пара.
В результате при увеличении давления с24 до 35 МПа следует ожидать повышения более чем на 40 % нагрузок на штоки по сравнениюс исходным уровнем. Соответственно, для турбин нового поколения, работающих при ультрасверхкритических параметрах пара, необходимо использовать регулирующие клапаны спредельно низкими исходными динамическими нагрузками, которые зависят от амплитуд пульсаций давления в проточных частях клапанов. Проблема обеспечения динамической надежности клапанов оказывается напрямую связанной с характером течения пара в их проточных частях и становится в значительной степени аэродинамической проблемой.В основу создания регулирующих клапанов был положен принцип максимального снижения количества факторов, вызывающих увеличение амплитуд пульсаций давления в движущемся потоке рабочей среды, и организации аэродинамического демпфирования динамическихнагрузок в системе их передачи от потока к штоку клапана, успешно примененный при разработке конструкции стопорно-регулирующего клапана МЭИ-ЭНТЭК, прошедшего промышленную апробацию на турбинах 18К360 ABB.При практической реализации указанного принципа были приняты новые конструктивныерешения, содержащиеся в работах [45, 65], позволившие изменить как конфигурацию клапанного канала, так и подгрузку разгруженного клапана добавочным паровым усилием при его открытии на 50 % общего хода золотника.234Конструкция нового блока стопорно-регулирующих клапанов, разработанного применительно к системе парораспределения турбины К-1000-35/50, предусматривающей установку четырех таких блоков, изображена на рисунке 3.75.а) разрез блока СРКб) изображение электронной моделиблока СРКРисунок 3.75 – Конструкция блока стопорно-регулирующих клапановРазработанная конструкция клапана с разгрузкой от осевых усилий отличается тем, что разгрузочный клапан 1 и его седло 2 располагаются внутри золотника 3.
В результате при открытии разгрузочного клапана и последующем перемещении золотника пар из внутренней полостипопадает не в центр диффузорного седла 4, а в демпферную камеру 5 и через отверстия перфорации 6 сбрасывается в конфузорную часть клапанного канала, в минимальной степени нарушая характер течения основного потока рабочей среды. По мере подъема золотника давление заклапаном повышается и сила, прижимающая золотник к головке штока, снижается, поэтому дляпредотвращения возможных автоколебаний при подъеме золотника на 50-60 % его общего ходаконструкцией предусмотрено выключение разгрузки клапана от осевых усилий с целью сохранения прижатия золотника к головке штока во всем диапазоне его перемещения.
На обтекаемойповерхности золотника и на цилиндрическом участке седла выполнены специальные отверстия,соединенные с общей демпферной камерой, что способствует снижению окружной неравномерности потока и разрывает жесткую связь между пульсациями давления в потоке и динамическими силами, действующими в результате этих пульсаций на шток клапана.235В результате проведенного комплекса расчетно-экспериментальных исследований предлагаемой конструкции клапана получены безразмерные расходные (рисунок 3.76) и силовые (рисунок 3.77) характеристики [65, 112, 240, 288, 304].0,70,60,5q0,40,30,20,100,50,550,60,650,70,750,80,850,90,951ε2h:0.30.15Рисунок 3.76 – Расходная характеристика нового блока СРК2520Ry, кг15105000,05ε2 = 0.510ε2 = 0.7850,10,15h̅ε2 = 0.610ε2 = 0.8700,20,250,3ε2 = 0.710ε2 = 0.930Рисунок 3.77 – Силовая характеристика нового блока СРКПолученная расходная характеристика экспериментального образца блока СРК позволяетрассчитывать действительный расход пара через натурный клапан паровой турбины, работающей на УСКП пара, или же при известном расходе и начальных параметрах пара определять егосопротивление при различных степенях открытия регулирующего органа.236ГЛАВА 4 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТУРБИНСамыми нагруженными элементами высокотемпературных энергетических комплексов являются охлаждаемые теплонапряженные детали.
Качество их проектирования и изготовленияопределяет как технико-экономические показатели энергетического оборудования, так и уровень надежности его работы. Из-за конструктивной сложности самих деталей, вызванной высокой интенсивностью протекающих процессов и воздействием на них факторов различной природы (газодинамических, центробежных, тепловых), процесс разработки конструкции с удовлетворительными показателями качества является трудоемким и длительным. Именно длительность процесса проектирования деталей горячего тракта определяет продолжительность разработки высокотемпературных энергоустановок.Одним из важных этапов разработки является подтверждение расчетных характеристик посредством стендовых испытаний образца лопатки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
