Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units
200 MW steam turbines of DTEK Lugansk TPP units have operated for about 305–330 thousand hours with a total number of starts from 1.438 to 1,704, as of the end of 2019. The term for extending the operation of high-temperature power equipment between scheduled preventive maintenances has expired. Whe...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/212782 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-212782 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
регулирующий клапан паровая турбина К-200-130 тепловое состояние градиенты температур напряженно-деформированное состояние УДК 621.165.62-192 регулюючий клапан парова турбіна К-200-130 тепловий стан градієнти температур напружено-деформований стан УДК 621.165.62-192 control valve K-200-130 steam turbine thermal state temperature gradients stress-strain state UDC 621.165.62-192 |
| spellingShingle |
регулирующий клапан паровая турбина К-200-130 тепловое состояние градиенты температур напряженно-деформированное состояние УДК 621.165.62-192 регулюючий клапан парова турбіна К-200-130 тепловий стан градієнти температур напружено-деформований стан УДК 621.165.62-192 control valve K-200-130 steam turbine thermal state temperature gradients stress-strain state UDC 621.165.62-192 Chernousenko, O. Yu. Ryndiuk, Dmytro V. Peshko, Vitalii A. Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| topic_facet |
регулирующий клапан паровая турбина К-200-130 тепловое состояние градиенты температур напряженно-деформированное состояние УДК 621.165.62-192 регулюючий клапан парова турбіна К-200-130 тепловий стан градієнти температур напружено-деформований стан УДК 621.165.62-192 control valve K-200-130 steam turbine thermal state temperature gradients stress-strain state UDC 621.165.62-192 |
| format |
Article |
| author |
Chernousenko, O. Yu. Ryndiuk, Dmytro V. Peshko, Vitalii A. |
| author_facet |
Chernousenko, O. Yu. Ryndiuk, Dmytro V. Peshko, Vitalii A. |
| author_sort |
Chernousenko, O. Yu. |
| title |
Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| title_short |
Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| title_full |
Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| title_fullStr |
Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| title_full_unstemmed |
Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units |
| title_sort |
thermal and stress-strain state of cast bodies of control valves of 200 mw power units |
| title_alt |
Тепловое и напряженно-деформированное состояние литых корпусов регулирующих клапанов энергоблоков мощностью 200 МВт Тепловий і напружено-деформований стан литих корпусів регулюючих клапанів енергоблоків потужністю 200 МВт |
| description |
200 MW steam turbines of DTEK Lugansk TPP units have operated for about 305–330 thousand hours with a total number of starts from 1.438 to 1,704, as of the end of 2019. The term for extending the operation of high-temperature power equipment between scheduled preventive maintenances has expired. When extending the operation of cylinder bodies and rotors, one should also pay attention to steam distribution elements. A peculiarity of the re-extension of the operation of a 200 MW power unit is the beyond-design operating time of power equipment of more than 250 thousand hours and the operation of equipment in maneuverable modes (more than 1,700 starts from various thermal states), with covering peaks of the electrical load with the excess of the number of starts for certain types of equipment by two to three times. Such a significant number of variable operating modes negatively affects the life cycle of equipment and requires studying the influence of the main damage mechanisms on the metal of cast components. The paper presents a calculated study of the thermal and stress-strain states of high- pressure (HP) and intermediate-pressure (IP) control valves of a K-200-130 turbine. The calculations were carried out using three-dimensional geometric models, as well as taking into account real operating conditions. The geometric model of HP control-valve bodies was constructed taking into account the complex geometry during the transition from the inlet nozzles to the valve vapor volume with a subsequent narrowing of the outlet nozzle section to the control stage of the HP cylinder. Similarly, the geometric model of IP control-valve bodies was constructed taking into account the complex spatial geometry according to the drawings provided by the operating organization. A numerical study of the thermal and stress-strain states was carried out for typical operating modes, using the finite element method. Start-up modes were investigated in a non-stationary setting, while constant ones – in a stationary setting. The thermal states of HP and IP control valves were calculated for three variants of startup modes: cold-startup mode at an initial metal temperature of 100 °C, warm-startup mode at an initial metal temperature of 250 °C, and hot-startup mode at an initial metal temperature of 410 °C. The boundary conditions for thermal state calculations were determined using real and most representative startup schedules provided by the power plant. When calculating thermal states for different startup modes, the dynamics of changes in temperature gradients was taken into consideration. During the stress-strain state studies, the main zones of stress concentration in control valves of a K-200-130 steam turbine were established. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/212782 |
| work_keys_str_mv |
AT chernousenkooyu thermalandstressstrainstateofcastbodiesofcontrolvalvesof200mwpowerunits AT ryndiukdmytrov thermalandstressstrainstateofcastbodiesofcontrolvalvesof200mwpowerunits AT peshkovitaliia thermalandstressstrainstateofcastbodiesofcontrolvalvesof200mwpowerunits AT chernousenkooyu teplovoeinaprâžennodeformirovannoesostoânielityhkorpusovreguliruûŝihklapanovénergoblokovmoŝnostʹû200mvt AT ryndiukdmytrov teplovoeinaprâžennodeformirovannoesostoânielityhkorpusovreguliruûŝihklapanovénergoblokovmoŝnostʹû200mvt AT peshkovitaliia teplovoeinaprâžennodeformirovannoesostoânielityhkorpusovreguliruûŝihklapanovénergoblokovmoŝnostʹû200mvt AT chernousenkooyu teplovijínapruženodeformovanijstanlitihkorpusívregulûûčihklapanívenergoblokívpotužnístû200mvt AT ryndiukdmytrov teplovijínapruženodeformovanijstanlitihkorpusívregulûûčihklapanívenergoblokívpotužnístû200mvt AT peshkovitaliia teplovijínapruženodeformovanijstanlitihkorpusívregulûûčihklapanívenergoblokívpotužnístû200mvt |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:25Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:25Z |
| _version_ |
1800670350212595712 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2127822020-10-16T09:28:05Z Thermal and Stress-Strain State of Cast Bodies of Control Valves of 200 MW Power Units Тепловое и напряженно-деформированное состояние литых корпусов регулирующих клапанов энергоблоков мощностью 200 МВт Тепловий і напружено-деформований стан литих корпусів регулюючих клапанів енергоблоків потужністю 200 МВт Chernousenko, O. Yu. Ryndiuk, Dmytro V. Peshko, Vitalii A. регулирующий клапан паровая турбина К-200-130 тепловое состояние градиенты температур напряженно-деформированное состояние УДК 621.165.62-192 регулюючий клапан парова турбіна К-200-130 тепловий стан градієнти температур напружено-деформований стан УДК 621.165.62-192 control valve K-200-130 steam turbine thermal state temperature gradients stress-strain state UDC 621.165.62-192 200 MW steam turbines of DTEK Lugansk TPP units have operated for about 305–330 thousand hours with a total number of starts from 1.438 to 1,704, as of the end of 2019. The term for extending the operation of high-temperature power equipment between scheduled preventive maintenances has expired. When extending the operation of cylinder bodies and rotors, one should also pay attention to steam distribution elements. A peculiarity of the re-extension of the operation of a 200 MW power unit is the beyond-design operating time of power equipment of more than 250 thousand hours and the operation of equipment in maneuverable modes (more than 1,700 starts from various thermal states), with covering peaks of the electrical load with the excess of the number of starts for certain types of equipment by two to three times. Such a significant number of variable operating modes negatively affects the life cycle of equipment and requires studying the influence of the main damage mechanisms on the metal of cast components. The paper presents a calculated study of the thermal and stress-strain states of high- pressure (HP) and intermediate-pressure (IP) control valves of a K-200-130 turbine. The calculations were carried out using three-dimensional geometric models, as well as taking into account real operating conditions. The geometric model of HP control-valve bodies was constructed taking into account the complex geometry during the transition from the inlet nozzles to the valve vapor volume with a subsequent narrowing of the outlet nozzle section to the control stage of the HP cylinder. Similarly, the geometric model of IP control-valve bodies was constructed taking into account the complex spatial geometry according to the drawings provided by the operating organization. A numerical study of the thermal and stress-strain states was carried out for typical operating modes, using the finite element method. Start-up modes were investigated in a non-stationary setting, while constant ones – in a stationary setting. The thermal states of HP and IP control valves were calculated for three variants of startup modes: cold-startup mode at an initial metal temperature of 100 °C, warm-startup mode at an initial metal temperature of 250 °C, and hot-startup mode at an initial metal temperature of 410 °C. The boundary conditions for thermal state calculations were determined using real and most representative startup schedules provided by the power plant. When calculating thermal states for different startup modes, the dynamics of changes in temperature gradients was taken into consideration. During the stress-strain state studies, the main zones of stress concentration in control valves of a K-200-130 steam turbine were established. Паровые турбины мощностью 200 МВт энергоблоков ДТЭК «Луганская ТЭС» отработали порядка 305–330 тысяч часов при общем количестве пусков от 1438 до 1704 по состоянию на конец 2019 года. Срок продления эксплуатации высокотемпературного энергетического оборудования между планово-предупредительными ремонтами истек. При продлении эксплуатации корпусов цилиндров и роторов следует уделить внимание и органам парораспределения. Особенностью повторного продления эксплуатации энергоблока мощностью 200 МВт является сверхпарковая наработка энергетического оборудования более 250 тысяч часов и работа оборудования в маневренных режимах (более 1700 пусков из различных тепловых состояний) при покрытии пиков электрической нагрузки с превышением количества пусков для отдельных типов оборудования в два–три раза. Такое значительное число переменных режимов работы негативно сказывается на долговечности работы оборудования и требует изучить влияние основных механизмов повреждаемости на металл литых деталей. В работе приведено расчетное исследование теплового и напряженно-деформированного состояния регулирующих клапанов цилиндров высокого (ЦВД) и среднего давления (ЦСД) турбины К-200-130. Расчеты проведены с использованием трехмерных геометрических моделей, а также с учетом реальных условий эксплуатации. Геометрическая модель корпусов регулирующих клапанов ЦВД построена с учетом сложной геометрии при переходе от подводящих патрубков к паровому объему клапана с последующим сужением сечения отводящего патрубка к регулирующей ступени ЦВД. Аналогично геометрическая модель корпусов регулирующих клапанов ЦСД построена с учетом сложной пространственной геометрии согласно чертежам, предоставленным эксплуатирующей организацией. Числовое исследование теплового и напряженно-деформированного состояния проведено для типовых режимов эксплуатации с использованием метода конечных элементов. Пусковые режимы исследовались в нестационарной постановке, постоянные режимы – в стационарной. Тепловое состояние регулирующих клапанов ЦВД и ЦСД рассчитывалось для трех вариантов пусковых режимов: пуск из холодного состояния при начальной температуре металла 100 °С, из неостывшего состояния при начальной температуре металла 250 °С и из горячего состояния при начальной температуре металла 410 °С. Граничные условия для расчетов теплового состояния определялись с использованием реальных и наиболее характерных пусковых графиков, предоставленных электростанцией. При расчетах теплового состояния для различных пусковых режимов рассмотрены динамики изменения градиентов температур. В ходе исследования напряженно-деформированного состояния установлены основные зоны концентрации напряжений в регулирующих клапанах паровой турбины К-200-130. Парові турбіни потужністю 200 МВт енергоблоків ДТЕК «Луганська ТЕС» відпрацювали близько 305–330 тисяч годин за загального числа пусків від 1438 до 1704 станом на кінець 2019 року. Термін продовження експлуатації високотемпературного енергетичного обладнання між планово-попереджувальними ремонтами закінчився. Продовжуючи експлуатацію корпусів циліндрів і роторів, слід приділити увагу й органам паророзподілу. Особливістю повторного продовження експлуатації енергоблоку потужністю 200 МВт є понадпаркове напрацювання енергетичного обладнання більше 250 тисяч годин і робота обладнання в маневрених режимах (понад 1700 пусків з різних теплових станів) під час покриття піків електричного навантаження з перевищенням кількості пусків для окремих типів обладнання в два-три рази. Таке значне число змінних режимів роботи негативно впливає на довговічність роботи обладнання і вимагає вивчення впливу основних механізмів пошкоджуваності на метал литих деталей. В роботі наведено розрахункове дослідження теплового і напружено-деформованого стану регулюючих клапанів циліндрів високого (ЦВТ) і середнього тиску (ЦСТ) турбіни К-200-130. Розрахунки проведені з використанням тривимірних геометричних моделей, а також з урахуванням реальних умов експлуатації. Геометрична модель корпусів регулюючих клапанів ЦВТ побудована з урахуванням складної геометрії під час переходу від підвідних патрубків до парового об’єму клапана з подальшим звуженням перерізу відвідного патрубка до регулюючого ступеня ЦВТ. Аналогічно геометрична модель корпусів регулюючих клапанів ЦСТ побудована з урахуванням складної просторової геометрії згідно з кресленнями, наданими експлуатуючою організацією. Чисельне дослідження теплового і напружено-деформованого стану проведено для типових режимів експлуатації з використанням методу скінченних елементів. Пускові режими досліджувалися в нестаціонарній постановці, постійні режими – в стаціонарній. Тепловий стан регулюючих клапанів ЦВТ і ЦСТ розраховувався для трьох варіантів пускових режимів: пуск з холодного стану за початкової температури металу 100 °С, з неостиглого стану за початкової температури металу 250 °С і з гарячого стану за початкової температури металу 410 °С. Граничні умови для розрахунку теплового стану визначалися з використанням реальних і найбільш характерних пускових графіків, наданих електростанцією. За розрахунків теплового стану для різних пускових режимів розглянуто динаміку зміни градієнтів температур. В ході дослідження напружено-деформованого стану встановлено основні зони концентрації напружень в регулюючих клапанах парової турбіни К-200-130. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2020-09-24 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/212782 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 3 (2020); 8-15 Проблемы машиностроения; Том 23 № 3 (2020); 8-15 Проблеми машинобудування; Том 23 № 3 (2020); 8-15 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/212782/212826 https://journals.uran.ua/jme/article/view/212782/212827 Copyright (c) 2020 O. Yu. Chernousenko, Dmytro V. Ryndiuk, Vitalii A. Peshko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |