Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module
In order to improve the flow part of the control system and enhance energy performance, A. Podgorny Institute of Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine has developed a three-stage control system section of the K-325-23.5 steam turbine high-pressure module (HP), that has no equalization chamb...
Збережено в:
| Видавець: | Journal of Mechanical Engineering |
|---|---|
| Дата: | 2020 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/206374 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-206374 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
числове моделювання просторова течія парова турбіна регулювальний відсік циліндр високого тиску УДК 621.625 621.438 численное моделирование пространственное течение паровая турбина регулирующий отсек цилиндр высокого давления УДК 621.625 621.438 numerical simulation spatial flow steam turbine nozzle control system high-pressure module UDC 621.625 621.438 |
| spellingShingle |
числове моделювання просторова течія парова турбіна регулювальний відсік циліндр високого тиску УДК 621.625 621.438 численное моделирование пространственное течение паровая турбина регулирующий отсек цилиндр высокого давления УДК 621.625 621.438 numerical simulation spatial flow steam turbine nozzle control system high-pressure module UDC 621.625 621.438 Bykov, Yurii A. Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| topic_facet |
числове моделювання просторова течія парова турбіна регулювальний відсік циліндр високого тиску УДК 621.625 621.438 численное моделирование пространственное течение паровая турбина регулирующий отсек цилиндр высокого давления УДК 621.625 621.438 numerical simulation spatial flow steam turbine nozzle control system high-pressure module UDC 621.625 621.438 |
| format |
Article |
| author |
Bykov, Yurii A. Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. |
| author_facet |
Bykov, Yurii A. Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. |
| author_sort |
Bykov, Yurii A. |
| title |
Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_short |
Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_full |
Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_fullStr |
Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_full_unstemmed |
Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_sort |
numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module |
| title_alt |
Численное исследование неравномерности потока в регулирующем отсеке нового типа цилиндра высокого давления паровой турбины Числове дослідження нерівномірності потоку в регулюючому відсіку нового типу циліндра високого тиску парової турбіни |
| description |
In order to improve the flow part of the control system and enhance energy performance, A. Podgorny Institute of Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine has developed a three-stage control system section of the K-325-23.5 steam turbine high-pressure module (HP), that has no equalization chamber. To determine the effectiveness of the control section’s gas-dynamic improvement, the problem of the turbulent flow spatial structure studying was stated. For this, a numerical simulation of the steam flow was carried out in the rated mode, taking into account the partiality of the supply. The main task of the numerical simulation was to identify the magnitude of circumferential irregularity of gas-dynamic parameters in the first stages of the section and at the outlet. Spatial calculations of the steam flow in the studied flow parts were carried out using the IPMFlow software package for the spatial turbulent flow modeling in turbomachines developed at Institute of Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine. The study of the steam flow circular irregularity for modes with mass flow rates of 100%, 70% and 50% was carried out. The 70% and 50% modes are characterized by two closed control valves out of four, which corresponds to 37% of open blade channels. The results and analysis of the three modes calculations are presented in the form of distributions of mass flow rates and pressures in the stage gaps and at the section outlet. The graphs clearly show that the irregularity of the specific flow rate remains until the last stage, meanwhile the pressure irregularity is insignificant for all the considered modes. An analysis of the simulation results shows a rather slight irregularity of the steam parameters at the outlet of the control section in the partial modes and insignificant irregularity in the design mode. Based on the results of the analysis, a conclusion about the effectiveness of the new control section use for the steam turbine K-325-23.5 modernization was made. To implement the new control section, it is reasonable to study the level of unsteady loads on the HP blades further. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/206374 |
| work_keys_str_mv |
AT bykovyuriia numericalstudyofflowirregularityinanewtypecontrolsectionofsteamturbinehighpressuremodule AT rusanovandriiv numericalstudyofflowirregularityinanewtypecontrolsectionofsteamturbinehighpressuremodule AT shvetsovviktorl numericalstudyofflowirregularityinanewtypecontrolsectionofsteamturbinehighpressuremodule AT bykovyuriia čislennoeissledovanieneravnomernostipotokavreguliruûŝemotsekenovogotipacilindravysokogodavleniâparovojturbiny AT rusanovandriiv čislennoeissledovanieneravnomernostipotokavreguliruûŝemotsekenovogotipacilindravysokogodavleniâparovojturbiny AT shvetsovviktorl čislennoeissledovanieneravnomernostipotokavreguliruûŝemotsekenovogotipacilindravysokogodavleniâparovojturbiny AT bykovyuriia čislovedoslídžennânerívnomírnostípotokuvregulûûčomuvídsíkunovogotipucilíndravisokogotiskuparovoíturbíni AT rusanovandriiv čislovedoslídžennânerívnomírnostípotokuvregulûûčomuvídsíkunovogotipucilíndravisokogotiskuparovoíturbíni AT shvetsovviktorl čislovedoslídžennânerívnomírnostípotokuvregulûûčomuvídsíkunovogotipucilíndravisokogotiskuparovoíturbíni |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:23Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:23Z |
| _version_ |
1800670348359761920 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2063742020-07-07T12:40:25Z Numerical study of flow irregularity in a new type control section of steam turbine high-pressure module Численное исследование неравномерности потока в регулирующем отсеке нового типа цилиндра высокого давления паровой турбины Числове дослідження нерівномірності потоку в регулюючому відсіку нового типу циліндра високого тиску парової турбіни Bykov, Yurii A. Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. числове моделювання просторова течія парова турбіна регулювальний відсік циліндр високого тиску УДК 621.625 621.438 численное моделирование пространственное течение паровая турбина регулирующий отсек цилиндр высокого давления УДК 621.625 621.438 numerical simulation spatial flow steam turbine nozzle control system high-pressure module UDC 621.625 621.438 In order to improve the flow part of the control system and enhance energy performance, A. Podgorny Institute of Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine has developed a three-stage control system section of the K-325-23.5 steam turbine high-pressure module (HP), that has no equalization chamber. To determine the effectiveness of the control section’s gas-dynamic improvement, the problem of the turbulent flow spatial structure studying was stated. For this, a numerical simulation of the steam flow was carried out in the rated mode, taking into account the partiality of the supply. The main task of the numerical simulation was to identify the magnitude of circumferential irregularity of gas-dynamic parameters in the first stages of the section and at the outlet. Spatial calculations of the steam flow in the studied flow parts were carried out using the IPMFlow software package for the spatial turbulent flow modeling in turbomachines developed at Institute of Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine. The study of the steam flow circular irregularity for modes with mass flow rates of 100%, 70% and 50% was carried out. The 70% and 50% modes are characterized by two closed control valves out of four, which corresponds to 37% of open blade channels. The results and analysis of the three modes calculations are presented in the form of distributions of mass flow rates and pressures in the stage gaps and at the section outlet. The graphs clearly show that the irregularity of the specific flow rate remains until the last stage, meanwhile the pressure irregularity is insignificant for all the considered modes. An analysis of the simulation results shows a rather slight irregularity of the steam parameters at the outlet of the control section in the partial modes and insignificant irregularity in the design mode. Based on the results of the analysis, a conclusion about the effectiveness of the new control section use for the steam turbine K-325-23.5 modernization was made. To implement the new control section, it is reasonable to study the level of unsteady loads on the HP blades further. Для совершенствования проточной части регулирующего отсека и улучшения энергетических показателей в ИПМаш НАН Украины разработан трехступенчатый регулирующий отсек цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины К-325-23,5, в котором отсутствует уравнительная камера. Для определения эффективности газодинамического усовершенствования регулирующего отсека возникла задача изучения пространственной структуры турбулентного потока. Для этого было проведено численное моделирование течения пара в режиме с учетом парциальности подвода и в номинальном режиме. Основной задачей проведенного численного моделирования было выявление степени окружной неравномерности газодинамических параметров в первых ступенях отсека и на выходе из него. Пространственные расчеты течения пара в исследуемых проточных частях проводились с помощью программного комплекса IPMFlow моделирования пространственного турбулентного течения в турбомашинах, разработанного в ИПМаш НАН Украины. Проведено исследование неравномерности потока пара по кругу для режимов 100, 70 и 50% массового расхода пара. Режимы 70 и 50% характеризуются двумя закрытыми регулирующими клапанами из четырех, что соответствует 37% открытых межлопастных каналов. Представлены результаты и анализ расчетов трех режимов в виде распределений массовых расходов и давлений в межвенцовых зазорах и на выходе из отсека. На графиках хорошо видно, что неравномерность удельного расхода сохраняется до последней ступени, в то же время неравномерность давления оказывается незначительной для всех рассмотренных режимов. Анализ результатов моделирования показывает довольно низкую неравномерность газодинамических параметров пара на выходе из регулирующего отсека в режимах с парциальностью и незначительную неравномерность в номинальном режиме. Исходя из полученных результатов анализа сделан вывод о эффективности применения нового регулирующего отсека ЦВД при модернизации паровой турбины К-325-23,5. Для внедрения новой конструкции регулирующего отсека целесообразно дальнейшее исследование уровня нестационарных нагрузок на лопатки ЦВД. Для удосконалення проточної частини регулюючого відсіку та поліпшення енергетичних показників в ІПМаш НАН України розроблено триступеневий регулювальний відсік нового типу для циліндра високого тиску (ЦВТ) парової турбіни К-325-23,5, у якому відсутня камера вирівнювання тиску. Для визначення ефективності газодинамічного удосконалення регулювального відсіку постала задача вивчення просторової структури турбулентного потоку. Для цього було проведено числове моделювання течії пари у режимі з урахуванням парціальності підведення та у номінальному режимі. Основною задачею проведеного числового моделювання було виявлення рівня колової нерівномірності газодинамічних параметрів у перших ступенях відсіку та на виході з нього. Просторові розрахунки течії пари в досліджуваних проточних частинах проводилися за допомогою програмного комплексу IPMFlow моделювання просторової турбулентної течії в турбомашинах, розробленого в ІПМаш НАН України. Проведено дослідження нерівномірності потоку пари за колом для режимів 100, 70 і 50% масової витрати пари. Режими 70 і 50% характеризуються двома закритими регулювальними клапанами з чотирьох, що відповідає 37% відкритих міжлопатевих каналів. Наведені результати і аналіз розрахунків трьох режимів у вигляді розподілів масової витрати і тиску в міжвінцевих зазорах і на виході з відсіку. На графіках добре видно, що нерівномірність питомої масової витрати зберігається до останнього ступеня, водночас нерівномірність тиску виявляється незначною для усіх розглянутих режимів. Аналіз результатів моделювання демонструє досить низьку нерівномірність газодинамічних параметрів пари на виході з регулюючого відсіку в режимах з парціальністю та незначну нерівномірність у номінальному режимі. Виходячи з отриманих результатів аналізу зроблено висновок щодо ефективності застосування нового регулювального відсіку ЦВТ під час модернізації парової турбіни К-325-23,5. Для впровадження нової конструкції регулювального відсіку доцільно подальше дослідження рівня нестаціонарних навантажень на лопатки ЦВТ. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2020-06-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/206374 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 2 (2020); 6-14 Проблемы машиностроения; Том 23 № 2 (2020); 6-14 Проблеми машинобудування; Том 23 № 2 (2020); 6-14 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/206374/206369 https://journals.uran.ua/jme/article/view/206374/206370 Copyright (c) 2020 Yurii A. Bykov, Andrii V. Rusanov, Viktor L. Shvetsov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |