Совершенствование регулирующих клапанов паровых турбин в трансзвуковой области течения Жинов, Андрей Александрович

Введение к работе

Актуальность работы. В связи с ростом единичных мощностей энергетических турбоустановок резко возросли требования к их экономичности и надежности. Особенно остро проблема надежности возникает при трансзвуковых режимах течения в регулирующих клапанах мощных паровых турбин. Как показывает ъксплуатация таких клапанов на трансзвуковых режимах , имеется склонность к неустой"ивой их работе , повышенной вибрации и акустическому шуму. Кроме того совместная работа системы клапан - сопловая решетка первой ступени, а также аналогичных им систем с двумя равными или близкими узкими сечениями при сверхкритических перепадах давления , ведет к неустойчивости и неопределенности положения критического сечения . В таких системах возможно возникновение автоколебаний связанных с перемещением критического сечения из одного узкого сечения в другое. Эти колебаниия могут приводить к вибрации элементов конструкции и вызвать их поломку , создав аварийную ситуации.

В связи с изложенным , несомненна актуальность работы, посвященной вопросам исследования трансзвуковых течений в регулирующих клапанах, и в каналах с двумя близкими узкими сечениями, получению их аэродинамических, силовых и вибрационных характеристи-ик . математическому моделированию течения в указанных каналах . а также разработке новых регулирующих клапанов . удовлетворяющих требованиям надежности и экономичности.

Цель диссертационной работа:

1. Обзор и анализ экспериментальных и теоретических исследований трансзвуковых течений в каналах различной конфигурации. Обзор и анализ методик моделирования трансзвуковых течений на ЭВМ.

2. Разработка алгоритмов и их программная реализация для расчетов дозвуковых и трансзвуковых течений сжимаемой жидкости в клапанных каналах , а также в каналах с двумя узкими сечениями.

3. Комплексные экспериментальные исследования аэродинамических, силовых, расходных и вибрационных характеристик существующих и вновь созданных клапанов при свободном выхлопе и выхлопе на добавочное сопротивление (второе узкое сечение), при дозвуковых и трансзвуковых режимах течения.

' 4. Исследования оптическим методом картины трансзвуковых течений в канале с двумя узкими сечениями, а также математическое моделирование таких течений на ЭВМ.

5. Создание на основе проведенных исследований оптимизиро-

- A -

ванной и унифицированной формы клапанного канала.

6. Разработка методики построения унифицированного клапанно
го канала.

7, Исследование влияния различного рода выточек и проточек
на чааке унифицированного клапана на силовые, расходные и вибра
ционное характеристики клапана.

Научная новизна работа заключается в следующем: ' - дано объяснение известному из эксплуатации турбин факту повышенной вибрации клапанов а зоне подъемов клапана . - при которых происходит выравнивание площади клапанного канала и проходной площади сопловой реветки первой ступени;

созданы программы расчета дозвуковых и трансзвуковых течений в каналах сложной формы, в том числе с двумя узкими сечениями , позволяющие моделировать течение в таких каналах;

проведено комплексное экспериментальное исследование существующих и новых клапаноз при наличии ка выхлопе клапанного диффузора зторого узкого сечения на трансзвуковых режимах;

проведено сравнение данных , полученных ка оптическом стенде и данных полученных' при математическом моделировании трансзвуковых течений в канале с двумя узкими сечениями.

предложена и внедрена универсальная форма клапанного канала и методика его построения , позволяющая проектировать клапана любых типоразмеров;

экспериментально исследовано влияние кольцевых проточек на чашке ка его характеристики;

разработана методика расчета расходных характеристик , позволяющая по двум базовым точкам восстанавливать .всю характеристику .

Степень.достоверности и обоснованности результатов. Основные научные положения , изложенные в работе, подтверждены большим количеством экспериментальных-данных. Оценка погрешности измерений, методика экспериментальных исследований , тщательная тарировка измерительных средств обеспечивают достоверность опытного материала, с большой степенью точности совпадают с данными натурных испытаний. Имеется хорошее совпадение экспериментальных данных и данных полученных при математическом моделировании.

Разработанные на основании проведенных исследований конструкции регулирующих клапаноЕ, установленные на ряде турбин, отвечают современным требованиям эканомпчности и надежности.

- о -

Внедрение.

Разработанные₍программы расчетов используются в учебном процессе в Московском Энергетическом институте и Калужском Филиале Московского Высшего Технического университета при курсовом . дипломном проектировании и научно-исследовательской работе.

Практическая ценность рабетц. Результата, полученные в работе , могут бить использованы при проектировании и модернизации систем парораспределения турбоустановок. Документация, разработанная на основе анализа полученных результатов, может бить передана на заводы и электростанции страны.

Личики вклад автора. Конкретное личное участие автора выразилось в:

4. Проведении обзора литературы и анализе опубликованных данных. **

5. Создании установки для оптического исследования течения, в канале с двумя узкими сечениями, а также модернизация установки испытания клапанов для случая с двумя горлами.

6. Проведении экспериментальных исследовании на плоской и оеєсимметричной модели.

7. Разработке алгоритмов, программировании и расчете до- и трансзвукозих течений в клапанных каналах и каналах с двумя узкими сечениями.

8. Разработке методики пас ..оенпя универсального клапанного канала.

6. .Анализе результатов исследования.

Автор защищает: результаты экспериментального исследования силовых, вибрационных и аэродинамических характеристик неразгруженного и разгруженного регулирующих клапанов при свободном выхлопе и выхлопе на добавочное сопротивление; зависимость работа таких конструкций от геометрических и режимних параметров: методику расчета расходных характеристик клапанов по двум базовым точкам; алгоритмы, программную их реализации и расчеты до- и трансзвуковых течении; результаты экспериментальных исследования оптическим методом трансзвуковых течений в каналах с двумя узкими сечениями; меры , е'^спе'швакцпе повышений надежности конструкты; методику расчета и построения универсального клапанного канала,

Апробация-работы: Основные результаты диссертационной работы докладывались на ;

1, Газодинамическом семинаре кафедры паровых и газовых тур-

- б -

бин ПЖ. М., МЭИ. ноябрь 1993 Г.

2. Заседании кафедры паровых и газовых турбин. М.. МЭИ, де-кзбрь 1933 г.

.3. Гааодинамиическои семинаре в г. Гданьск (Польша), посвященному совершенствованию регулирующих клапанов, 1992 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубли- ' кована научная статья, подана заявка на изобретение, на которую получено положительное реиение.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения. пяти глав, заключения, библиографии . включающей 72 наименования, изложена на 102 страницах машинописного текста, иллюстрируется 83 рисунками.