Введение к работе
Актуальность работы.Известно,что атомные паропроизводяпше становкн,вырабатывает слабо-перегретый водяной пар,параметры оторого уже перед первой нерегулируемой ступенью в главных тур-ішах и в сверхзвуковых соплах первых ступеней вспомогательных урбоприводов находятся вблизи линии насыщения. В аналогичных словиях работают и последние ступени мощных турбин ГРЭС.
Наличие влаги в проточной части обусловило появление и необходимость решения рада важнейших проблем,связанных с обеспече-ием надёжности и долговечности деталей вла-снопаровых турбин, первую очередь лопаточного аппарата,дисков и рабочих колёс из-а возможности эрозиоино-коррозионного их разрушения.
Для решения отих проблем необходимо развитие обобщающих тео-етических подходов,описывающих основные процессы тепломассооб-ена и. структурные характеристики двухфазных потоков в широком иапазоне изменения рекишнх параметров,а такке увеличение объё-, а физических исследований и научных работ по созданию математи-еских моделей рабочих процессов в элементах энергооборудования по разработке численных методов расчета.
В связи с этим весьма актуальной является разработка матемз-ических моделей процессов неравновесного влагообразовалия в верхззуковнх соплах,роста капель образования вторичной крупно-.исперсной влаги с широким спектром диаметров капель и её двгаїе-ш.т.е. в конечном итоге - влияний влаги на прочностные и тсхни-:о-экономическиэ характеристики проточной части.Такие модели кро-іе того долетів учитывать реальные свойства власного пара.диспорс-ость дискретной фазы.пространственностъ течения пара в каналах, ібразованішх относительно длинными лопатками, реальное распреде-сенае влаги по высоте проточной части и переменные резкими работы 'урбшш.
Численное моделирование позволит глубже последовать особен-іости сланных процессов межфазовых переходов и взаимодействия из на базе уравнений математической и статистической физики,ме~' саники жидкости и газа и термодинамики,а анализ результатов чис-іенянх экспериментов,выполненных на них с помощью современных дШ іолжен но только обеспечить прогнозирование эрозионного износа, ю и дать рекомендации к проектированию проточных настой влаяно-таровых турбш с повышенной надёжностью и моторесурсом.Раз-
I
работке методов решения этих вопросов к посвящена предлагаема; работа.
Целью работы является повышение надёжности, долговечності и тепловой экономичности влажнопаровых турбин на базе разрабо* комплекса математических моделей полидисперсного потока
Автор защищает
математическую модель пространственного течения крупно-дисперсной влаги, в проточной части, основанную на моделирован) процесса образования калель методом Монте-Карло, позволяющую повысить надёжность и существенно увеличить ресурс работы проточной часта путем анализа результатов прогнозирования зрозиоі ного износа лопаточного аппарата влажнопаровых турбин с учетої дисперсности дискретной фазы и её реального распределения по ] соте лопаток;
метод расчёта важнейших структурних составляющих потер] с влагой, а именно, потери энергии на разгон калель потоком ш ра и потери торможения от соударения капель с рабочим колесом основанный на математической модели пространственного движенш влаги в проточной части;
результаты аналитического исследования неравновесного влагообразования в сверхзвуковых соплах, выполненного на базе канетической теории .жидкости с учетом свойств реального быстр< движущегося переохлаждённого водяного пара;
метод расчёта двухфазного пограничного слоя на плоской пластине о учётом межфазного взаимодействия и неоднородности < текания капли сдвиговым потоком путем использования метода Монте-Карло.
Научная новизна работы состоит:
в создании метода прогнозирования эрозионного износа лопаточного аппарата влажнопаровых турбин на базе математичесі модели трёхмерного движения влаги с учётом дисперсности капелі и реального распределения влаги по высоте проточной части, по: лящего исследовать процесс образования крупнодисперсной влаг; и сформулировать рекомендации, направленные на снижение эрозионного износа деталей турбин и повышения их моторесурса;
в создании математической модели пространственного дви; ния широкого спектра крупнодисперсных капель в проточной часті вл&здопаровых турбин, в основу которой положено моделирование процесса образования крупных капель методом Монте-Карло и рас
ипелъ по размерам и массы влаги по высоте проточної] час->зволяст рассчитывать залшіішие структурные составлящие влажностью,а шенно,потери на разгон капель потоком па-іри тормопеиия рабочего колеса от соударения с каплями; разработке и реализации математической модели неравно-гроцесса влагообразования в движущемся с большой скорос-л переохлажденного реального водяного пара с учетом псорости изменения параметров движущемся в сопле потока :ть образования зародышей лсидкой тазы; разработке и реализации метода расчёта двухфазного по-'0 слоя на плоской пластине с учётом метоазного взашго-и неоднородности обтекания сферической капли сдвиговым іутем использования метода Монте-Карло; выработке теоретических основ взаимосвязи повышения ре-іаточного аппарата влаянопаровых турбин с одновременным іем его тепловой эффективности, и технологичности конот-юрных ступеней.
стичесное значение работы заключается з следующем: шменение математической модели пространственного движе-юддсперсноЗ влаги и.построенной на её основе.программы зования эрозионного износа лопаточного аппарата влагио-;урбии позволяет исследовать и анализировать влияние гео-сих и режимных параїлетров на интенсивность эрозионного ш деталей проточной части и вцбрать конструктивные меро-збеспечивающие еншение эрозионного износа и существен-иение ресурса облопачивания;
пользование програшы расчета неравновесного процесса даі влаги в сверхзвуковых поплах позволяет повысить как определения параметров потока, на выходе из сопла, так шболео важно,знать параметры дискретной фазы на входе ) решетку,т.е. количество капель всех возможных диамет-
ззработанный комплекс програші для расчетов па ЭШ ос-эставляющпх потерь энергии, обусловленных наличием влага іой части, а тленно, потерь на трение во влажнопаровом юм слое,потерь на разгон ісруїшодисперсной влаги потоком з торшнение рабочего колеса этими каплями,позволяет ис-і и анализировать зависимость каздоіі из этих потерь
в отдельности от режимных и геометрических параметров, а,следовательно, и принять мери к их снееэншо;
- использование комплекса програш для ЭВМ расчёта влаж-
нопарового потока в осевых турбинах позволяет автоматизиро
вать процесс проектирования и снизить его трудоеажость.а так
ие повысить качество проектов за счет проведеная шрокомаштаб-'
ного численного эксперимента.
Достоверность и обоснованность научных результатов определяется:
использованием в математических моделях фундаментных уравнений газовой динаиики.кинетичэской теории авдкости,термодинамики и статистической физики,современных методов вычислительной математики;
получением в результате применения разработаяннх моделей таких вариантов конструкций проточной части,которые по своим ге-сметрическам параметрам близки к тш конструкциям,которые получены путем длительной и всесторонней экспериментальной отработки;
удовлетворительным совпадением результатов расчётов с экспериментальными данными различных организаций .полученных в разное время и в широком диалазоне изменения конструктивных ж режимных параметров.
АПРОЕАЦЖ РАБОТЫ Материалы диссертации докладывались:
- на УП Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергети
ческих ыашшах и аппаратах",1985г..проводимой Госкомитетом СССР
по науке и технике и Научным Советом АН СССР по комплексной про
блеме "Тэплофизика и теплоэнергетика",а такке на Ж конференции
в 1990г.;
на республиканской научно-технической конференцаи"Матвма-тическае модели процессов и конструкций энергетических турбомашин в системах их автоматизированного проектирования",г.Готвальд 1982г,проводимой Украинским отдалением научного Совета АН СССР по комплексным проблемам энергетика;
на научно-технических семинарах по теплофизике эвергообо-рудованкя ленинградского отделения Научного Совета АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика",1984.1985, 1986 г.г.
Материалы диссертации представлялись на конкурсы Центрального правления и МО НТО им. акад. А.Н.Крылова и отмечены грамотами (1983,1984,1985 г.г.) и дипломом П степени (1986г.).
По результатам работы опубликовано 7 статей в центральных изданиях: "Теплоэнергетика", "Энергомашиностроение","Известия ВУЗов", а также в трудах ЦНИШФа и в отраслевых изданиях, опубликовано 2 тезиса докладов на Всесоюзных и республиканских конференциях.
Реализация работы. Представленный в работе комплекс программ прогнозирования износа влакнопаровых ступеней и расчота потерь энергии с влажностью пара внедрен в практику проектирования в ОКБ "Турбоатом" Харьковского производственного объединения атомного турбиностроения (акт внедрения от 7.04.91г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, заключения, списка литературы,содержащего 141 наименование. Работа изложена на 198 страницах машинописного текста,иллюстрирована 48 рисунками, 2 таблицами.