Введение к работе
45її23е!122ЇЕ-їУУ' Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ - эффективнее средство экономии органического топлива. Одним из основних элементов ТЭУ является теплофикационная паровая турбина, как правило, содержащая ШД или ЧНД, работающие в широком диапазоне режимов. Наиболее сложными из них являются малорасходные и беспаровые,отрицательно влияющие на надежность и экономичность лопаточного аппарата, что обусловлено действием вентиляционных течений. Теория вентиляционных режимов проработана недостаточно. Ключевое понятие в ней - вентиляционные потери (Ш), до сих пор не . подвергалось фундаментальному научному исследованию. Исследования ВП диктуются необходимостью повыгаения экономичности из-за роста стоимости органического топлива, расширения комбинированной выработки электроэнергии на ТШ, а также расширением сферы применения парциальных турбомашин в других отраслях. Специальный интерес к вентиляционным режимам ступеней низкого давления (НД) вызван: необходимостью создания .оптимальных конструкций 1ВД (ЧНД реконструируемых и вновь разрабатываемых турбин; проблемой перевода мощных теплофикационных турбоустановок на трехступенчатый подогрев сетевой води.; поисками путей рациональной эксплуатации глубокоразгружеяных ШД в периоды провала электрической нагрузки, в т.ч. и при работе на моторных режимах:; удовлетворением некоторых специальных условий эксплуатации ЦНД (ЧНД), например, периодическая работа при высоком противодавлении а конденсаторе, расходная недогрузка машины при дефиците охлаждающей воды. Существуощне результаты исследований ВП ке дают ответов на поставленные вопросы. Известные эмпирические.формулы-не определяют зависимости ВЧ от вентиляционных расходов, что исключает і:х обоснопанноа применение о расчете вентиляционных разогревав. Малопригодны л для оценки Ш в ступенях НД мощных ггарояых турбин. В этой сняли трудоемкие я дорогостоящие экспериментальные исследования на натурных объектах находят продолжение. При этом влияние как конструктивных факторов облопачивания, так * рекимных фікто-
ров остается недостаточно выясненным. Отсутствует так ае метод оценки вентиляционных разогреьов и их влияния на Ш. Решение этих вопросоа позволит определить пути рационализации конструкций ЧКД паровых турбин, предложить универсальную методику по выбору модуля (модификации) ЦНД (ЧНД) для любых конкретных условий эксплуатации. При этом должны увеличиваться экономичность и Маневренность базовых моделей. Это позволит оптимизировать пути и направления техперевооруженкя ТЭС, что является одной из важнейшее научно-технических проблем в энергетике. Работа выполнена в рамках программы 71.02 р "Энергосбережение" '(РВ) и федеральной целевой "программы "Топливо и энергия" (Р$) подпрограммы: "Техническое перевооружение и реконструкция объектов электроэнергетики" и "Оборудование для ТЭК".
Цеяь_2аботы
I. Разработка теории вентиляционных явлений, протекающих в . глубокоразгруженной ЧНД турбоустановки большой единичной мощности, путем обоснования выбора физической модели, вывода универсально!!, зависимости по определению .Ш, теоретического,объяснения прикорневого отрыва потока в рабочем кояеее осевой ступени, вызывав ющего разогрев потока и проточной части цилиндра турбоустановки при эксплуатации на малых нагрузках, создания балансового метода определения їєплового состояния (разогрева) глубокоразгружен-него ЦНД, позволяющего определить предельный уровень температур в ЦНД турбин.
Z. Применение разработанной теории для повышения тепловой эффективности низкопотенциальной части мощных паровых турбин T9G посредством анализа тепловой функции существующих конструкций проточных частей НД паровых турбин во всем диапазоне режимов эксплуатации, предложения расчетного метода сравнения конструкций проточной части турбомашин, разработки принципа модулирования (модифицирования) и универсального графика выбора модулей ЧНД (ЦНД) теплофикационных.турбин и их характеристик по заданию заказчика, оптимизации унифицированной проточной части НД, обоснования рредсгв создания надежных и экономичных малогабаритных турбин большой единичной мощности.
3. Предложение и реализация на базе теории вентиляционных явлений конструктивных мероприятий по повышению тепловой эффективности паровых турбин ТЭС.
-
На базе разработанной теория вентиляционных явлений в ступенях паровых турбин ТЭС выведена универсальная расчетная зависимость по определению Ш мощности, давдая хорошее совпадение с экспериментальными данными. Зависимость дополнительно включает в себя осевую ширину зоны активной вентиляции рабочих лопаток. Для удобства вычислений введено понятие конструктивной функции вентиляции, которая наиболее полно'отражает влияние конструктивных параметров рабочего колеса и камеры на величину Ш.
-
Определено Кориояисово взаимодействие рабочих лопаток и радиального потока пара (газа). Расчетным путем установлено, что действие сил Кориолиса вносит удвоенный вклад в Ш по сравнению с действием центробежных сил. Обоснованы мероприятия по повышению тепловой эффективности ниэкопотенциальной части ТЭС за счет снижения Ш мощности.
-
Проведен сравнительный анализ известных зависимостей по оценке Ш и экспериментальных данных, впервые позволивший с доступной полнотой оценить степень применения этих зависимостей для определения Ш в ступенях мощных паровых турбин ТЭС и АЭС.
-
Теоретически объяснены причины появления прикорневого отрыва потока в рабочем колесе осевой турбинной ступени, вызывающего разогрев потока и проточной части турбины. Представлен балансовый метод определения теплового состояния (разогрева) глубокоразгруженного ВДЦ паровой турбины, позволивший определить предельный уровень температур в ЦНД мощных турбин.
-
На основе анализа тепловой функции выпускаемых в Российской Федерации конструкций проточных частей низкого давления паровых турбин разработан принцип модулирования (модификации) и предложен универсальный график выбора модулей ЧНД (ИНД) теплофикационных турбин и их рабочих характеристик по заданию заказчика. Представлен расчетный метод сравнения конструкций проточных частей турбомашин. Обоснована возможность создания высокоэкономичных турбин большой единичной мощности з малогабаритном исполнении.
22!12ЯЙНЙ53._Й_2ВЙ2К22&2_2Н&Н2Ы2Ь
Разработанные теория вентиляционных явлений, физические методы и расчетные зависимости позволяют: производить оценку Ш с более высокой, чем до сих пор, точностью, в том числе по показаниям штатных средств измерений, расположенных в выхлопной части ЦЙД турбины; с достаточной полнотой оценить степень применимости известных расчетных зависимостей для определения ВД в ступенях мощных паровых турбин; представить модель вентиляционных разог-ревов, судествешо препятствующих использованию технических возможностей крупнейших теплофикационных турбин, позволившую рас-, четным путем определить предельный уровень температур в ЦВД находящихся в эксплуатации турби^; предложить конструктивный мероприятия по снижению Ш и разогревов (полочное бандажирование против раскрутки рабочих лопаток, разделительные кольца в полости вращения рабочих лопаток, саморегулируемое устройство охлаждения ЦВД турбины; предложить оптимальней способ модулирования (модифкциррваняя) ЧНД (ЦНД) турбоустановок, Реализация способа только в России позволит ежегодно' дополнительно' вырабатывать до I млрд. кВт'ч электрической энергии.
Ш!ШШії22..ЕІ2їУ
Проведенное исследование позволило подготовить техническое предложение, на базе которого организовано серийное производство типа Т-П5/І25-І30 на /0 "Турбошторный завод" в двухцилиндровом исполнении для замены морально?и физически изношенных турбин типа ШГ-25-90, Т-50-І30, T-100-lJO л дп. Головной образец такой турбины поставлен в Казахстане.
Материалы работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Белорусской го-'сударственной политехнической академии (г. Минск, 1994,1994), на научно-технических конференциях ПО "Турбоыоторный завод" (г.Свердловск, 1976, 1938), НПО "ЦЮТ" (г. Ленинград, 1976), ГЩ "Физико-энергетический институт (г. Обнинск, 1994), на научно-техничес. ких совещаниях в Минэнергомаше СССР (1975, 1966), Минэнерго СССР (1966, 1987), Минагомзнерго СССР (1989, 1990), Минатомэнергопро-
ма СССР (1991, 1992), Минатома PS (199о, 1994), Минтопэнерго Pi (ГЭ92-1994), РАО "ЕЭС России" (1994, 1994), знергомашинострои-тельной корпорации (г. Москва, 199о, 1994), ПО Турбомоторный завод" (г. Свердловск, І974-І9Б8), (інституте теоретической и экспериментальной физики (г. Москва, 1995),
3 основу диссертации положены работы, выполненные в 1972-
1995 гг.« Основные ее положения опубликованы в 14 работах. Дис
сертация изложена на-ТЗб страницах машинописного текста, иллюст
рируется 30 рисунками, 2 таблицами и состоит из введения.* бглаз,
заключения, списка литературы из 212 наименований на 19 страни
цах и б приложений. х;.
-
Теории рентиляционных явлений, протекающих в глубоко-разгруженном ЦНД паровой турбины ГЭС.
-
Принцип модулирования (модификации) ЧВД турбины и универсальный график выбора модулей ЧЕЦ по заданию заказчика.
а. Технические предложения по снижению Ш в турбомашине, ликвидации разогревов ЦНД, созданию малогабаритной турбины большой мощности для повышения эффективности технического перевооружения и реконструкции ТЭЦ.
