Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State
The paper is devoted to the study of temperature and stress distribution in the medium-pressure rotor of the K-200-130 turbine, which are of considerable interest when predicting the durability of this equipment and extending its operation beyond the service life. A geometric model of the most loade...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2024
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/309372 |
| 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-309372 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-08-12T16:05:55Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Ліщук, С. Р. Пешко, В. А. |
| spellingShingle |
Ліщук, С. Р. Пешко, В. А. Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| author_facet |
Ліщук, С. Р. Пешко, В. А. |
| author_sort |
Ліщук, С. Р. |
| title |
Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| title_short |
Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| title_full |
Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| title_fullStr |
Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| title_full_unstemmed |
Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State |
| title_sort |
calculation study of thermal stresses in the medium-pressure rotor of the k-200-130 turbine during start-up from a cold state |
| title_alt |
Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану |
| description |
The paper is devoted to the study of temperature and stress distribution in the medium-pressure rotor of the K-200-130 turbine, which are of considerable interest when predicting the durability of this equipment and extending its operation beyond the service life. A geometric model of the most loaded part of the rotor – from the middle of the shaft neck in the thrust bearing area to the 5th stage disc – was developed. The study of the thermal and stress-strain state of the rotor during start-up from a cold state was performed in a two-dimensional formulation using the finite element method. The non-stationary problem of heat conduction during start-up was solved. The obtained results indicate a fairly uniform thermal state during variable operating conditions. The largest temperature gradient (1200–2200 K/m) is observed at the time points from the rotor push to the synchronization of the turbine generator with the power system. After the turbine generator is loaded with up to 30 MW of electric power, a decrease in the temperature field irregularity and its gradual stabilization are observed. It was found that when operating at the nominal steam parameters, the maximum metal temperature is 508 °C in the region of the control stage and decreases when the distance from it increases. The stress-strain state of the rotor was evaluated taking into account the unevenness of temperature fields during start-up, stresses from thermal expansion, and centrifugal forces. The highest stresses are characteristic of the moment when the turbine comes to idle in the area of thermal compensation grooves of the rotor and the control gate and amount to 440–472 MPa. It is noted that these areas are the most likely zones of ring crack nucleation during turbine start-up operations. Subsequently, the stress level gradually decreases as the turbine unit reaches its rated power. It has been established that the most stressed area of the rotor during stationary operation is the area of the axial bore under the control stage and its diaphragm seal (121–134 MPa). |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/309372 |
| work_keys_str_mv |
AT líŝuksr calculationstudyofthermalstressesinthemediumpressurerotorofthek200130turbineduringstartupfromacoldstate AT peškova calculationstudyofthermalstressesinthemediumpressurerotorofthek200130turbineduringstartupfromacoldstate AT líŝuksr rozrahunkovedoslídžennâtermíčnihnapruženʹurotoríserednʹogotiskuturbínik200130pripuskuzholodnogostanu AT peškova rozrahunkovedoslídžennâtermíčnihnapruženʹurotoríserednʹogotiskuturbínik200130pripuskuzholodnogostanu |
| first_indexed |
2024-08-08T04:05:39Z |
| last_indexed |
2024-08-13T04:04:25Z |
| _version_ |
1811501864662859776 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-3093722024-08-12T16:05:55Z Calculation Study of Thermal Stresses in the Medium-Pressure Rotor of the K-200-130 Turbine During Start-Up from a Cold State Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану Ліщук, С. Р. Пешко, В. А. The paper is devoted to the study of temperature and stress distribution in the medium-pressure rotor of the K-200-130 turbine, which are of considerable interest when predicting the durability of this equipment and extending its operation beyond the service life. A geometric model of the most loaded part of the rotor – from the middle of the shaft neck in the thrust bearing area to the 5th stage disc – was developed. The study of the thermal and stress-strain state of the rotor during start-up from a cold state was performed in a two-dimensional formulation using the finite element method. The non-stationary problem of heat conduction during start-up was solved. The obtained results indicate a fairly uniform thermal state during variable operating conditions. The largest temperature gradient (1200–2200 K/m) is observed at the time points from the rotor push to the synchronization of the turbine generator with the power system. After the turbine generator is loaded with up to 30 MW of electric power, a decrease in the temperature field irregularity and its gradual stabilization are observed. It was found that when operating at the nominal steam parameters, the maximum metal temperature is 508 °C in the region of the control stage and decreases when the distance from it increases. The stress-strain state of the rotor was evaluated taking into account the unevenness of temperature fields during start-up, stresses from thermal expansion, and centrifugal forces. The highest stresses are characteristic of the moment when the turbine comes to idle in the area of thermal compensation grooves of the rotor and the control gate and amount to 440–472 MPa. It is noted that these areas are the most likely zones of ring crack nucleation during turbine start-up operations. Subsequently, the stress level gradually decreases as the turbine unit reaches its rated power. It has been established that the most stressed area of the rotor during stationary operation is the area of the axial bore under the control stage and its diaphragm seal (121–134 MPa). Робота присвячена дослідженню розподілу температур і напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130, які становлять значний інтерес при прогнозуванні довговічності роботи даного обладнання і продовженні експлуатації на понадпарковий строк служби. Розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора – від середини шийки валу в зоні опорно-упорного підшипника до диску 5-го ступеня. Дослідження теплового й напружено-деформованого стану ротора під час пуску з холодного стану виконано у двовимірній постановці з використанням методу скінченних елементів. Розв’язувалася нестаціонарна задача теплопровідності під час пуску. Отримані результати свідчать про достатньо рівномірний тепловий стан протягом змінних режимів роботи. Найбільший градієнт температур (1200–2200 K/м) спостерігається в моменти часу від поштовху ротора до синхронізації турбогенератора з енергосистемою. Після навантаження турбогенератора до 30 МВт електричної потужності має місце зменшення нерівномірності температурного поля та його поступова стабілізація. Встановлено, що при роботі на номінальних параметрах пари максимальна температура металу становить 508 °C в області регулюючого ступеня і по мірі віддалення від нього зменшується. Напружено-деформований стан ротора оцінювався з урахуванням нерівномірності температурних полів під час пуску, напружень від температурних розширень і відцентрових сил. Найвищі напруження характерні для моменту виходу турбіни на холостий в зоні термокомпенсаційних канавок ротора й галтелі регулюючого і складають 440–472 МПа. Відмічено, що дані області є найбільш вірогідними зонами зародження кільцевих тріщин під час пускових операцій турбіни. У подальшому рівень напружень плавно зменшується протягом виходу турбоагрегату на номінальну потужність. Встановлено, що найбільш навантаженою зоною ротора під час стаціонарної експлуатації є область осьового отвору під регулюючим ступенем та його діафрагмовим ущільненням (121–134 МПа). Робота присвячена дослідженню розподілу температур і напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130, які становлять значний інтерес при прогнозуванні довговічності роботи даного обладнання і продовженні експлуатації на понадпарковий строк служби. Розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора – від середини шийки валу в зоні опорно-упорного підшипника до диску 5-го ступеня. Дослідження теплового й напружено-деформованого стану ротора під час пуску з холодного стану виконано у двовимірній постановці з використанням методу скінченних елементів. Розв’язувалася нестаціонарна задача теплопровідності під час пуску. Отримані результати свідчать про достатньо рівномірний тепловий стан протягом змінних режимів роботи. Найбільший градієнт температур (1200–2200 K/м) спостерігається в моменти часу від поштовху ротора до синхронізації турбогенератора з енергосистемою. Після навантаження турбогенератора до 30 МВт електричної потужності має місце зменшення нерівномірності температурного поля та його поступова стабілізація. Встановлено, що при роботі на номінальних параметрах пари максимальна температура металу становить 508 °C в області регулюючого ступеня і по мірі віддалення від нього зменшується. Напружено-деформований стан ротора оцінювався з урахуванням нерівномірності температурних полів під час пуску, напружень від температурних розширень і відцентрових сил. Найвищі напруження характерні для моменту виходу турбіни на холостий в зоні термокомпенсаційних канавок ротора й галтелі регулюючого і складають 440–472 МПа. Відмічено, що дані області є найбільш вірогідними зонами зародження кільцевих тріщин під час пускових операцій турбіни. У подальшому рівень напружень плавно зменшується протягом виходу турбоагрегату на номінальну потужність. Встановлено, що найбільш навантаженою зоною ротора під час стаціонарної експлуатації є область осьового отвору під регулюючим ступенем та його діафрагмовим ущільненням (121–134 МПа). Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2024-08-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/309372 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 2 (2024); 36-42 Проблемы машиностроения; Том 27 № 2 (2024); 36-42 Проблеми машинобудування; Том 27 № 2 (2024); 36-42 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/309372/300896 https://journals.uran.ua/jme/article/view/309372/300897 Copyright (c) 2024 С. Р. Ліщук, В. А. Пешко http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |