Введение к работе
Актуальность проблемы.
Как известно, прввалирующя доля вырабатываемой электроэнергии на Украина и в других странах приходится на тепловые электростанции, поэтому вопросы повышенна их экономичности н вадеднооти, особенно при сегодняшен осярем Дефзадите топлива, приобретал! огроиноэ народкохоакйсіавішов значение. Успешной решение этой задачи но hscpcm определяется еошгшюгыз создания для энаргетичесша паровых турСин экономичных и надежных последних ступеней, а также выхлопа*) ж цэдом. При этом имеется в виду, что размеры и осоОешюоїн конструкции этой части турбины во многом определив? как величину доотажмой мощности в одной агрегате, так и экономические показателя, а также общую отруктуру агрегата (чисто щшщцрса и отупеней, металлоемкость н др.). Рассмотрение путей повышения эффективности проектирования, изготовления и зкспауаташи последней ступен.» ' чровых турбин и представление зтіа задач а тесной взаимосвязи между собой в рамках всего жизненного цикаа (Ж.Ц.) ступени - такова основная направленность данной работы.
Работа выполнялась непосредственно автором и под его научным руководством в Институте проблем ыашйностроавкя НАН Украины з соответствия со следующими научными программамиt
1. "Создать и ввести' в эксплуатацию в ведущих отраслях прошйленкости и строительства системы автоматизированного проектирования, конструирования и технологической подготовки производства на основе применения математическая методоз и средств вычислительной техники", (постановление ГКНТ СССР и 262 от .)
2."Повышение зйфективностй и вадєязооїи or/яенэй яиэкопо-тенциааьЕой части знергеткчвоиих турбин а уолсвшх переменного рехша их фувкциошгроаазия на осйозэ соэдеейя прогрессивных технологий проектирования объектов"(срйкаа ГКНТ Украины ы 16 от 1.03.92 г.).
3. "Комплексные Проблемы КОреННОГО ВОЕ5Ш9ВКЯ ВффеКТЕВНООТИ
*) Под выхлопом в работе подразумевается последняя ступень , патрубок и конденсатор.
- 4 -функционирования тепловых и гидравлических электростанции", тема- "Разработка методов и средств повышения КПД паровой туроивы за счет электромагнитного воздействия на водяной пар" (приказ ГКНТ Украины МБ ОТ 1.03.92 Г.).*
исследования выполнялись также как госбюджетные, хоздоговорные и контрактные paccrj по заказам Отделения физико-технических проблем энергетики НАН Украйны.ПОАТ ХТЗ, ГО "Невокий за-вод", ЭМКБ "Прогреос", ПО ЛЗТЛ , НПО ЦКТИ, ШО "Эсхар", Минэнерго Украины, ЦНИИ "Шкода" (Чехословакия), Conoma Research Company (США).
Дедъ работы. Повышение экономичности и надежности иаровых турбин на основе полученных новых качественных и количественных результатов в области проектирования, изготовления и эксплуатации последней ступени и выхлопной части энэргоуотановки.
Научная новизна работы заключается в разработке нового научного направления в теории и практике согдаяия паровых турбин - оптимизации жизненного цикла последней ступени. При атом на первом этапе все исследования прадотавляютоя в виде методов я оредотв, обеспечивающих в едином комплексе эффективную реализацию основных стадий Е.Ц. - проектирование, технологический про-цесо изготовления и эксплуатация отупени-о поиоком оптимальных решений по доминантному критерию качеотва.
На защиту выносятся следующие новые теоретические я практические результаты:
основные принципы и положения В.Ц. последней ступени и его эффективность J
научные основы создания эффективной пооледней ступени мощных паровых турбин;
математическое моделирование и оптимизация параметров термогазодинамичеокого процесса о учетом потерь анергии в выхлопном патрубке, режимных {акторов работы турбоагрегата и ряда ограничений (аэродинамических, конструктивных и др.);
методы формализованного профилирования рабочей лопатки памедней отупеви о учетом специфических условий ее работы и требований ириогаэодйввмйкя, статической и дикамичеокой прочности, методы 'оптимизации конструктивных параметров;
аероятноотно-отатйотический метод моделирования процес-; сов механообработки рабочих лопаток и установление взаимосвязей процеооа изготовления с проектированием ступени, рекомендации и
- Б -
алгоритмы расчетов по определении рациональных технологических режимов о учетом эксплуатационных и производственных требовании;
методологические подходы к использовании для оптимального проектирования отупени интегрированной среды - САПР;
способы поиска оптимального решения о одновременной оценкой основных эксплуатационных (КПД, статическая и динамическая прочность и др.) и производственных (себестоимость, производительность) характеристик отупени;
пути достижения преемственнооти методов формообразования лопатки при проектировании и изготовлении, а также методы и реализующие их устройства, обеопечиваодие в автоматизированноы режима шлифование рабочих лопаток о достижением высоких показателей качества и произвгдитгльпости за счет рационального выбора кинематических ппря-^т;-Л! и способа обработки, учитывающих технологические я Ектап-.л'.-ские особенности производства и конкретной конструкции ;;с:т їі-з;
исследования о элкяяин электромагнитных полой в паровом потоке патрубка на тершгазодинамические и тепломассооСменные процессы, а также анализ причин их возникновения, экспериментальные (лабораторные и натурные) результаты, свидетельствующие о возможности существенной интенсификации процесса конденсации, управления кинетическими параметрами пара и увеличения мощности агрегата при использовании коронного разряда.
Достоверность подученных результатов базируется на:
- фундаментальных положениях теории газодинамики, стати
ческой и динамичеакой прочности, электрофизики и адекватных ма
тематических моделях, реально отражающих протекающие процессы,
экспериментальной и опытно-промышленной проверка практических
результатов, полученных с использованием предложенных методов н
средств.
Практическая ценность работы. Создана и реализована в проектно- исследователь ской практике на Сазе современных ПЭВМ око-тема автоматизированного про актирования, обеспечнвавдая решение задач анализа и синтеза тармогазодинамичэских, конструктивных н технологических параметров последней отупени о учетом влияния вихлопного патрубка. Система в десятки раз уокоряет прсцеоо проектирования, повышает культуру и качество конструкторской деятельности и позволяет достигать опшлалыша значение КГЭД
- б -
выхлопаt оякаата металлоемкость лопаток и ОДД в целой. цредло-йев способ шлифования рабочих лопаток, который исключает непроизводительный ручной труд, обесшечмвает бесприлюговув обработку лопатки и упрочняет ее поверхностный слой. Разработаны устройства, воздействующие электромагнитными полями на пароводяной Поток а выхлопном патрубке, которые стабилизируют течение потока, углубляют вакуум ва счет снижения полных потерь и повышения эффективности теплоыассооСыешшх процессов.
Результаты исследований в виде САПР, пакетов прикладных программ, приборов а уотройств внедрены а практику проектирования и производства ведущих турбостроительных и энергетических предприятий отравы и эа рубелоы, таких как ШАТ ХТЗ, ню цкти, НЕЮ "Эсхар", ВЫКБ "Прогресо", Ш "Невский завод" ,Ш ЛМЗ, Ш ЛЗТЛ, ЦНИИ "Шкода" (Чехослоаакм),. в иаотнооти на: НЮ"ТурОоа-тоы"-при ковотруироваиии рабочей лопатки предельной длины (L-1100 мы), раоочитаниой я» увеличенный расход пара турбины К-340/400-23,Б для парогазового блока ПГУ-Б1Б, а также при модернизации рабочей лопатки длиной 1450 мм турбины мощноотью 1000 Ют для атомных ЭДежфсхпДОвЯ; ГО "Невский завод"-при мо-деряизащш последней огулен» приводной турбины П-16; ЗЫКВ"Прог-ресо"-при проекгироваш* ступеней ҐЦЛ-ЩШ "Шкода" (Чехооло-вакия)-при обосновании реаевйа о прйывненни специальных оталвй вместо титана для проивводотва рабочих лопаток последней ступени иарсчой турбины шфюсшз 10GD Шт;Ш ЛЗТЛ-при применении шяяфовальногр устройства, обеопечйааацзго беопркжрговув и выоо-копроиэвод1»ельную обработку лопаток и ее элементов; НТО "Эо-хар,,Харьковэнерго-при мопо»80вании электромагнитной установки, повываяцей вффективяооть выхлопа турбины ВК-БО-2 .
Апроба=ся Ьаботы. Материалы диооэрсааин докладывались и обоуйдаш» aai ,
- республиканских научяо-тэхнвчеоквх конференциях "Матеиа-
««вское ыодвлирсвааяв nponeooos и конструкций энергетических и
травспортны» турбийных установок в системах их автоматизирован-
аого провкпфоїааия">. Готвальд, 1S85 г., 1В88 г.;
/ааучйо-твхвйчеоком совете НЕЮ ЦКТЯ, г. Ленинград, 1990г.;
об«^м собрании Отделения фиаико-технических проблем внергэтккй АН Украины,г.Киев,1091г.j
рсоаублиіаяЬкой' научно-технической іщкфереиции "Матема-тичбокое моделирование и аычйслительЕый зюперпмеят дал созер-
- 7 -иевотвования энергетических и транспортных турбоустановок в процессе исследования, проектирования и диагностирования", г.Змиев, 1991 г.}
межгосударственной конференции "Обработка жидких сред электромагнитными долями", г.Алушта. 1992г.;
научно-технических семинарах ЙПМага АН Украины, ШАТ ХТЗ, ХПИ, ЛПИ, Ш "Кировский завод", минаверго Украины, Харзнерго и др., 1987-1994 г.г.
Публикации и диччьф wmm аахора.
По материалам диссертации опубліковано 47 научных работ, в том числе і монография, 3 авторских свидетельства и один патент.
Личный вклад автора в работы, написанкыэ в соавторстве,заключается в слодугг,ом:
Работы 1,2,3,6,7.0. Разработка различных методов, алгоритмов и програм.! гізто!.:г:;-!ігировзшіого профилирования работа лопаток последних ступ2?5.:й (РЛПС) пг-рогнх турбин;
Работы 4,6,0. Рагр&Ссїїзз методов и реализация задач оптимизации термогазсдтшаынческза параметров веерных ступеней.
Работа 14. преддолепа новая, кандедния комплексного подхода к создалип методов и средств оцтШшьвого конотруповзяня профильной части рабочих лопаток q №Щш"^(і».Вто&неш численные исследования , которые возволндедать практические рекомендации по рациональному формообразования аоверхноотя рабочих лопаток о учетом газодинамических, прочносійш И вибрационных требований. Эта исследования представлена двумя разделами монографии, что составляет 44Z ев общего объема' (IS шл.).
Работы 10,11,12,13,15,13,1^. Постановка задач, разработка аналитических методов прсфалнроЕйнка РЛПС о учетом специфики их эксплуатации.
Работы 18,21,22,23,24. Оозданиа цемдадогияосного и икфор-иационяго обеспечения САШ3 РіШС. 'Практическая адресация пркыз-юггельно к задачам реального проектирования.
Раооты 27,38,43,44. Поотаювка а реализация задач оптимизации характеристик выхлопа з условиях переменного режима его работы.
Работа 20. Анализ степени автоматизации всех стадий создания РЛПС. Разработка методов а средств для полной автоматизации этого процесса.
Рабс-ч 26,28,29,39. Постановка задачи и разработка матема-тичеоких моделей оценки технологических погрешностей при производства лопаток. Анализ экспериментальных и численных исследований.
Работы 83,36. Постановка задачи и разработка технологических устройств автоматиза«»и процеооа шлифования лопаток.
Работы 19,31,32,34,36,37,41,42,46,48,47. Анализ нетрадиционных способов повышения эффективности выхлопа, постановка га-дачи электрофизических исследований о целью интенсификации процессов конденсации, снижения полных потерь в патрубке, создания способов управления теплофизическими процессами. Разработка программ испытаний, аналиа результатов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, описка литературы, содержащего 26? наименований и приложения.
Работа изложена на 303 страницах машинописного текота и содержит 71 иллюстрацию в 10 таблиц.