Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes

The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2019
Hauptverfasser:	Koliadiuk, A.S., Shulzhenko, M.H.
Format:	Artikel
Sprache:	English
Veröffentlicht:	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України 2019
Schriftenreihe:	Проблеми машинобудування
Schlagworte:	Dynamics and strength of machines
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158849
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes / A.S. Koliadiuk, M.H. Shulzhenko // Проблеми машинобудування. — 2019. — Т. 22, № 2. — С. 37-44. — Бібліогр.: 7 назв. — англ, рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-158849
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1588492025-02-09T14:23:07Z Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes Тепловий й напружений стан корпуса регулюючого клапана парової турбіни на стаціонарних режимах роботи Тепловое и напряженное состояние корпуса регулирующего клапана паровой турбины на стационарных режимах работы Koliadiuk, A.S. Shulzhenko, M.H. Dynamics and strength of machines The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow characteristics in the steam distribution system and the casing temperature are determined. Then, the elastic stress-strain state of the casing of one of the two valve units (through which the steam consumption is always greater than through the other) is esti-mated using the values of the casing temperature field. Метою даної роботи є визначення найбільш напружених зон і оцінка можливості появи пластичних деформацій корпусу регулюючого клапана в місцях появи тріщин під час експлуатації на стаціонарних режимах роботи парової турбіни К-325. Задача розв’язується в два етапи. Спочатку визначаються характеристики течії пари в системі паророзподілу та температура корпусу. Потім оцінюється пружний напружено-деформований стан корпусу одного з двох блоків клапанів (через який витрата пари завжди більша, ніж через інший) з використанням значень поля температур корпусу. Целью данной работы является определение наиболее напряженных зон и оценка возможности появления пластических деформаций корпуса регулирующего клапана в местах появления трещин при эксплуатации на стационарных режимах работы паровой турбины К-325. Задача решается в два этапа. Вначале определяются характеристики течения пара в системе парораспределения и температура корпуса. Затем оценивается упругое напряженно-деформированное состояние корпуса одного из двух блоков клапанов (через который расход пара всегда больше, чем через другой) с использованием значений поля температур корпуса. 2019 Article Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes / A.S. Koliadiuk, M.H. Shulzhenko // Проблеми машинобудування. — 2019. — Т. 22, № 2. — С. 37-44. — Бібліогр.: 7 назв. — англ, рос. 0131-2928 DOI: https://doi.org/10.15407/pmach2019.02.037 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158849 629.735 en Проблеми машинобудування application/pdf application/pdf Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	English
topic	Dynamics and strength of machines Dynamics and strength of machines
spellingShingle	Dynamics and strength of machines Dynamics and strength of machines Koliadiuk, A.S. Shulzhenko, M.H. Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes Проблеми машинобудування
description	The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow characteristics in the steam distribution system and the casing temperature are determined. Then, the elastic stress-strain state of the casing of one of the two valve units (through which the steam consumption is always greater than through the other) is esti-mated using the values of the casing temperature field.
format	Article
author	Koliadiuk, A.S. Shulzhenko, M.H.
author_facet	Koliadiuk, A.S. Shulzhenko, M.H.
author_sort	Koliadiuk, A.S.
title	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
title_short	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
title_full	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
title_fullStr	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
title_full_unstemmed	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
title_sort	thermal and stress state of the steam turbine control valve casing, with the turbine operation in the stationary modes
publisher	Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Dynamics and strength of machines
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158849
citation_txt	Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes / A.S. Koliadiuk, M.H. Shulzhenko // Проблеми машинобудування. — 2019. — Т. 22, № 2. — С. 37-44. — Бібліогр.: 7 назв. — англ, рос.
series	Проблеми машинобудування
work_keys_str_mv	AT koliadiukas thermalandstressstateofthesteamturbinecontrolvalvecasingwiththeturbineoperationinthestationarymodes AT shulzhenkomh thermalandstressstateofthesteamturbinecontrolvalvecasingwiththeturbineoperationinthestationarymodes AT koliadiukas teplovijjnapruženijstankorpusaregulûûčogoklapanaparovoíturbíninastacíonarnihrežimahroboti AT shulzhenkomh teplovijjnapruženijstankorpusaregulûûčogoklapanaparovoíturbíninastacíonarnihrežimahroboti AT koliadiukas teplovoeinaprâžennoesostoâniekorpusareguliruûŝegoklapanaparovojturbinynastacionarnyhrežimahraboty AT shulzhenkomh teplovoeinaprâžennoesostoâniekorpusareguliruûŝegoklapanaparovojturbinynastacionarnyhrežimahraboty
first_indexed	2025-11-26T19:18:45Z
last_indexed	2025-11-26T19:18:45Z
_version_	1849881768256077824
fulltext	DYNAMICS AND STRENGTH OF MACHINES ISSN 0131–2928. Journal of Mechanical Engineering, 2019, vol. 22, no. 2 УДК 629.735 ТЕПЛОВОЕ И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЯ КОРПУСА РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ НА СТАЦИОНАРНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 1 А. С. Колядюк duk86@outlook.com ORCID: 0000-0003-2946-272X 2 Н. Г. Шульженко, д-р техн. наук mklshulzhenko@gmail.com ORCID: 0000-0002-1386-0988 1 ГП «Государственный научно- инженерный центр систем контроля и аварийного реагирования», 04213, Украина, г. Киев, пр. Героев Сталинграда, 64/56 2 Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, 61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10 Целью данной работы является определение наиболее напряженных зон и оценка возможности появления пластических деформаций кор- пуса регулирующего клапана в местах появления трещин при эксплуа- тации на стационарных режимах работы паровой турбины К-325. Задача решается в два этапа. Вначале определяются характеристики течения пара в системе парораспределения и температура корпуса. Затем оценивается упругое напряженно-деформированное состояние корпуса одного из двух блоков клапанов (через который расход пара всегда больше, чем через другой) с использованием значений поля тем- ператур корпуса. Характеристики течения пара в системе парорас- пределения и тепловое состояние корпуса регулирующего клапана оп- ределяются численно методом конечных элементов. Скорости, тем- пература и давление пара на стенке корпуса находятся на основе ре- шения уравнения Навье-Стокса в трехмерной постановке. Установле- но, что температура пара перед регулирующими клапанами турбины практически не отличается от температуры перед стопорным кла- паном. В самом же корпусе за регулирующими клапанами при их час- тичном открытии может происходить существенное понижение температуры пара из-за дросселирования. Значительное снижение температуры пара в регулирующем клапане (на 100 °С) наблюдается на малых мощностях с номинальным давлением пара за котлом. Рас- чет упругого напряженно-деформированного состояния корпуса блока регулирования осуществлен с использованием метода конечных эле- ментов на основе трехмерной математической модели деформирова- ния корпуса. В результате получено напряженное состояние корпуса клапана при различных режимах работы турбины. Показано, что отличия в напряжениях для разных режимов связаны с изменениями теплового состояния корпуса клапана и распределением давления на его стенки. Установлены зоны возможных пластических деформаций корпуса клапана, где упругие напряжения превышают предел текуче- сти материала. Из полученных результатов следует, что наиболее опасным режимом по статической прочности корпуса регулирующего клапана является не номинальный режим работы турбины при мощ- ности 320 МВт, а частичный – при 180 МВт. Ключевые слова: течение пара, система парораспределения, термо- напряженное состояние, корпус клапана. Введение Регулирующие клапана паровых турбин являются исполнительными органами системы парорас- пределения. От их надежной работы зависит стабильность эксплуатации турбины и ее надежность при возможных нештатных ситуациях. Поэтому исследования прочности корпусов регулирующих клапанов имеют важное значение для обеспечения надежной эксплуатации турбины и оборудования в целом. В современной паровой турбине К-325 есть два идентичных объединенных блока [1], состоя- щих из стопорного и двух регулирующих клапанов, расположенных в общем корпусе. Последний представляет собой отливку сложной конфигурации (рис. 1) с габаритными размерами 1,5×1,6×1,5 м. Перегретый пар под давлением 24 МПа с температурой 540 °С подводится по патрубку в пароприем- ную камеру (под стопорным клапаном) и, пройдя клапан, подается далее в камеру над ним, общую для двух регулирующих клапанов, расположенных в том же корпусе. В центральной камере пар про- ходит через паровое сито, препятствующее попаданию в блок клапанов и в проточную часть турбины сварного грата и посторонних включений. В этом же корпусе имеются каналы за регулирующими клапанами, отделяемые от центральной камеры тонкими перемычками.  А. С. Колядюк, Н. Г. Шульженко, 2019 ДИНАМІКА ТА МІЦНІСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Проблеми машинобудування, 2019, Т. 22, № 2 В данной работе рассматривается один из блоков с регулирующими клапанами РК1 и РК3, поскольку расход пара через этот блок всегда выше, чем через другой (регу- лирующие клапана РК2 и РК4 находятся во втором блоке, работающем параллельно рассматриваемому). Нормальная работа турбины невозможна без на- дежной системы регулирования расхода пара, поэтому к регулирующим клапанам предъявляются жесткие требова- ния по их эксплуатационной надежности. Как показывает опыт эксплуатации, в пароприемной камере клапана и пат- рубках перед регулирующими клапанами в каждом из кор- пусов появляются трещины, что требует проведения зна- чительных ремонтно-восстановительных работ. Этим объ- ясняется актуальность оценки прочности корпуса регули- рующего клапана паровой турбины К-325. Рис. 1. Общий вид блока регулирующих клапанов Целью данной работы является определение наиболее напряжённых зон и оценка возможности появления пластических деформаций корпуса регулирующего клапана в местах появления трещин при эксплуатации на стационарных режимах работы турбины. Для определения граничных условий задачи термопрочности (температура корпуса и давление пара на его стенки) рассматривались совместно процессы течения пара и теплопроводности в корпусе клапана. Затем решалась задача оценки упруго-напряженного состояния корпуса клапана. Клапан эксплуатируется на переходных и стационарных режимах работы [2]. Переходные ре- жимы вызываются пуском турбины из холодного, горячего и неостывшего состояний. В данной работе исследуется прочность корпуса клапана на 7 стационарных режимах работы (см. таблицу) Расчетными режимами были следующие: режимы с максимальной и минимальной мощностью турбины 320 и 30 МВт; режимы, когда происходит открытие регулирующего клапана РК3 при 176 и 180 МВт; режим с максимальным расходом пара через клапан при 240 МВт; частичные режимы при 100 и 220 МВт. Мак- симальный расход пара при 240 МВт (а не 320 МВт) объясняется тем, что в системе регулирования применяются два блока стопорных и регулирующих клапанов. Расход пара через второй блок клапанов (РК2 и РК4) значительно растет после 240 МВт, что и приводит к понижению расхода через первый блок клапанов, несмотря на возрастание открытия РК1 и РК3. При этом скорость открытия РК2 и РК4 при 240 МВт выше (в зависимости от мощности турбины), чем у РК1 и РК3. Расчетные режимы Мощность, МВт Расход пара через блок клапанов, кг/с Открытие РК1, мм Открытие РК3, мм Давление за РК1, МПа Давление за РК3, МПа 30 9,23 1,2 0 2,163 12,478 100 48,26 9,4 0 11,223 12,478 176 94,62 18,6 0 21,979 12,478 180 99,43 19,1 0,6 22,031 12,478 220 147,7 26,4 7,6 22,525 19,116 240 162,8 30,1 13,2 22,646 22,115 320 140,3 40,2 34,6 22,798 22,799 Оценка температурного состояния корпуса клапана Течение пара в блоке парораспределения паровой турбины К-325 моделировалось в трехмер- ной постановке с учетом теплопотерь через стенки корпуса и теплоизоляцию. Теплоизоляция пред- ставляет собой оболочку корпуса клапана, выполненную из минераловаты (тип М2Б), толщиной 300 мм. В расчетах она учитывалась как дополнительное твердое тело со свойствами теплоизоли- рующего материала. В математической модели течения пара использовались осредненные по Рей- нольдсу уравнения Навье-Стокса для вязкого сжимаемого теплопроводного газа. Они представляют- ся уравнениями неразрывности, изменения количества движения и сохранения энергии [3, 4, 5] пара DYNAMICS AND STRENGTH OF MACHINES ISSN 0131–2928. Journal of Mechanical Engineering, 2019, vol. 22, no. 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ). ; ;0 iji jjj totj j tot i j j i eff ji ji j i j j U xx T x hU xt p h t x U x U xx p UU xt U U xt τ ∂ ∂ +         ∂ ∂ λ ∂ ∂ =ρ ∂ ∂ + ∂ ∂ −ρ ∂ ∂                 ∂ ∂ + ∂ ∂ µ ∂ ∂ + ∂ ′∂ −=ρ ∂ ∂ + ∂ ρ∂ =ρ ∂ ∂ + ∂ ρ∂ где ρ – плотность газа (пара); t – время; ji xx , – декартовы координаты; ji UU , – компоненты скоро- сти; p – давление; effµ – эффективная вязкость, teff µ+µ=µ ; tµµ, – коэффициенты ламинарной и турбулентной вязкости; T – температура; p′ – модифицированное давление m m eff x U kpp ∂ ∂ µ+ρ+=′ 3 2 3 2 ; где k – кинетическая энергия турбулентности; toth – полная энтальпия; τ – эффективное напряжение; λ – теплопроводность. Теплопередача в корпусе и теплоизоляции моделируется уравнением теплопроводности ( )         ∂ ∂ λ ∂ ∂ =ρ ∂ ∂ j m j pm x T x Tc t , где mρ – плотность материала; pc – теплоемкость материала; mλ – теплопроводность материала. При этом на входе блока регулирующих клапанов задавались расход, давление и температура пара. Граничными условиями на входе блока клапанов являлись значения скорости потока, определяе- мые через расход пара, его плотность и площадь поперечного сечения. Скорости потока на стенках корпуса были нулевыми. На выходе блока условия представлялись значениями статического давления пара. Температура внутренней поверхности корпуса отвечала температуре пара в пристеночных узлах. На наружной поверхности теплоизоляции задавались граничные условия свободной конвекции. В результате численного моделирования процессов течения пара и теплопроводности получе- ны значения температуры корпуса и характеристики пара (скорость, давление и температура) в блоке клапанов. Конечноэлементная модель в рассматриваемых расчетных моделях состояла из 33 млн. элементов и 9 млн. узлов с пятью ячейками (элементами) в пограничном слое. Из результатов расчета, приведенных на рис. 2, следует что, температурное поле корпуса ре- гулирующего клапана отличается для разных стационарных режимов работы. Температура пара пе- ред регулирующими клапанами турбины практически не отличается от температуры перед стопор- ным клапаном. В самом же корпусе за регулирующими клапанами при их частичном открытии про- исходит существенное понижение температуры пара из-за дросселирования. На рис. 3 приводятся значения температуры стенок выходных патрубков за регулирующими клапанами (РК1, РК3) при разной мощности турбины. Значительное снижение температуры пара в регулирующих клапанах (на 100 С) наблюдается на малых мощностях с номинальным давлением пара за котлом. По результатам оценки теплового состояния корпуса рассматриваемого блока клапанов можно сказать, что отличие температур корпуса и пара в основном не зависит от мощности турбины и величины открытия РК1 и РК3, за исключением выходных патрубков и седел регулирующих клапанов, где наблюдается значи- тельное понижение температуры по сравнению с температурой пара. Влияние температурного гради- ента, который достигает значения 100 С, отмечается далее при оценке упруго-напряженного состоя- ния корпуса клапанов. ДИНАМІКА ТА МІЦНІСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Проблеми машинобудування, 2019, Т. 22, № 2 а б в г Рис. 2. Температура корпуса при мощности турбины: а – 30 МВт; б – 176 МВт; в – 180 МВт; г – 320 МВт Оценка упругого напряженного состояния корпуса клапана Выполнен расчет упругого напря- женно-деформированного состояния кор- пуса блока регулирования паровой турбины К-325 с использованием трехмерной мате- матической модели деформирования кор- пуса. Задача решалась методом конечных элементов. Полные деформации в точке описываются следующим уравнением [6]: { } { } [ ] { }e th n D σ+ε=ε −1 , где { }eσ – вектор упругих напряжений; [D] – матрица жесткости; { }nε – вектор упругих деформаций; { } [ ]Tse z se y se x th T 000ααα∆=ε – вектор температурной деформации; se z se y se x ααα ,, – коэффициенты температурно- го расширения. Рис. 3. Температура стенки седла за регулирующими клапанами: 1 – температура седла регулирующего клапана РК3; 2 – температура седла регулирующего клапана РК1 DYNAMICS AND STRENGTH OF MACHINES ISSN 0131–2928. Journal of Mechanical Engineering, 2019, vol. 22, no. 2 Конечноэлементная модель в рассматриваемых расчетах состояла из 197 тыс. элементов и 289 тыс. узлов. Граничные условия в виде температуры корпуса и давления на его внутренние поверх- ности получены в расчетах температурного состояния на соответствующих режимах. Поскольку конеч- ноэлементные модели для оценок температурного состояния и упругого напряженного состояния кор- пуса была неодинаковы, то значения температуры корпуса и давления на его поверхности интерполи- ровались на новую сетку для определения напряженного состояния. В результате численного решения задачи получено напря- жённое состояние корпуса клапана при различных режимах работы турбины. Оценка упругих эквива- лентных напряжений осуществля- лась на поверхности пароприем- ной камеры. Результаты приведе- ны для четырёх контуров на рис. 4, где показаны разрезы А–А, Б–Б корпуса (рис. 1). Эти области корпуса клапана выбирались ис- ходя из того, что в них появляются трещины при эксплуатации. Расчетами установлено, что среди рассмотренных режимов наи- большие напряжения наблюдаются при мощности 180 МВт. Получено, что для данного режима на первом контуре напряжения достигают 100 МПа, при этом со стороны РК3 они составляют 75 МПа, а в районе входного патрубка – 90 МПа (рис.5, а). На втором контуре на- пряжения возрастают до 160 МПа в центральной части камеры, а б Рис. 4. Пароприемная камера: а – верхняя часть, сечение Б–Б; б – нижняя часть, сечение А–А; – первый контур; – второй контур; – третий контур; – четвертый контур со стороны РК1 – до 110 МПа, РК3 –до 90 МПа, а у входного патрубка – до 135 МПа (рис. 5, б). На 3-м и 4-м контурах наблюдается значительный перепад напряжений: со стороны РК1 они достигают 100 МПа, РК3 – 120 МПа, в задней части камеры – 30 МПа (рис. 5, в, г). При мощности 30 МВт в 1-м и 2-м контурах получены такие напряжения: со стороны РК3 – 45 МПа в первом контуре и 58 МПа – во втором. При этом со стороны РК1 напряжения достигают 20 МПа. Для остальных режимов работы напряженное состояние практически одинаково. В первом контуре напряжения достигают 40 МПа с незначительным уменьшением в задней части камеры до 35 МПа. Во втором контуре напряжения достигают значений 45 МПа с повышением в районе входного патрубка до 60 МПа. В третьем контуре напряжения достигают 30 МПа, а в четвертом – 40 МПа. Максимальные напряжения в корпусе клапана наблюдаются в патрубках перед РК1 и РК3. Сле- дует отметить, что именно в этих областях при эксплуатации наблюдается образование трещин. На- пряжения в четырех точках, показанных на рис. 6, определялись в зависимости от мощности турбины (рис. 7). На режиме работы турбины, отвечающем мощности 180 МВт, напряжения в точках 1, 2 дости- гают значения 190 МПа, а в точках 3, 4 – 160 и 130 МПа. Соответственно на режиме, отвечающем мощности турбины 30 МВт, напряжения перед входом в РК1 достигают значения 100 МПа, а перед входом в РК3 – 30 МПа. На остальных режимах напряжения в исследуемых точках близки к 80 МПа. Корпус клапана выполнен из стали 15Х1М1ФЛ с пределом текучести 168,2 МПа. Механиче- ские свойства брались для температуры метала 540 °С [7]. Как следует из полученных результатов, эк- вивалентные напряжения превышают предел текучести, что свидетельствует о возможном появлении ДИНАМІКА ТА МІЦНІСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Проблеми машинобудування, 2019, Т. 22, № 2 пластических деформаций. Это указывает на необходимость исследования прочности корпуса клапана при режиме работы турбины, соответствующем мощности турбины 180 МВт в упруго-пластической постановке. Отличия в напряжениях при разных режимах работы связаны с изменениями теплового состояния корпуса клапана и распределением давления на его стенки. Полученные результаты могут быть использованы при решении задачи циклической прочности. а б в г Рис. 5. Напряжения в контурах: а – первом; б – втором; в – третьем; г – четвертом; при мощности турбины – 30 МВт; – 100 МВт; – 176 МВт; – 180 МВт; – 220 МВт; – 240 МВт; – 320 МВт DYNAMICS AND STRENGTH OF MACHINES ISSN 0131–2928. Journal of Mechanical Engineering, 2019, vol. 22, no. 2 Выводы Проведен численный анализ тече- ния пара и теплопроводности в системе парораспределения в трехмерной поста- новке на стационарных режимах работы турбины К-325 при разной мощности. Оп- ределены граничные условия для решения задачи термонапряженного состояния. Вы- явлено, что с понижением мощности тур- бины температура стенок выходных пат- рубков снижется. Максимальное снижение температуры до 455°С наблюдается при мощности 30 МВт. Наибольшие напряже- ния, превышающие предел текучести мате- риала и вызывающие появление пластиче- ских деформаций, обнаружены при мощно- сти 180 МВт. Впервые показано, что сни- жение температуры корпуса, вызванное дросселированием пара за двумя регули- рующими клапанами (на 50°С за РК3 и 15°С за РК1), сильнее повышает напряже- ния в корпусе, чем снижение температуры только за одним клапаном (РК1) на 100°С. Исходя из полученных результатов можно сказать, что наиболее опасным режимом по критериям статической прочности корпуса регулирующего клапана является не номи- нальный режим работы турбины при мощ- ности 320 МВт, а частичный – при 180 МВт. Рис. 6. Схема патрубков перед регулирующими клапанами (сечение В-В, рис. 1), точками 1–4 обозначены места контроля напряжений Рис. 7. Напряжения в точках: – 1; – 2; – 3; – 4 Литература 1. Плоткин Е. Р., Лейзерович А. Ш. Пусковые режимы паровых турбин энергоблоков. М.: Энергия, 1980. 192 с. 2. Зарянкин А. Е., Симонов Б. П. Регулирующие и стопорно-регулирующие клапана паровых турбин. М.: Моск. энерг. ин-т, 2005. 360 с. 3. Menter, F. R. Eddy Viscosity Transport Equations and their Relation to the k–ε Model. ASME J. Fluids Eng. 1997. Vol. 119. Iss. 4. P. 876–884. https://doi.org/10.1115/1.2819511 4. Колядюк А. С., Шульженко Н. Г., Бабаев И. Н. Численное моделирование течения пара в регулировоч- ном клапане турбины. Вестн. двигателестроения. 2011. № 2. С. 106–110. 5. Колядюк А. С., Шульженко Н. Г., Ершов С. В. Течение пара и распределение температуры в системе парорас- пределения турбины для различных режимов ее работы. Авиац.-косм. техника и технология. 2012. № 7. С. 85– 90. 6. Шульженко Н. Г., Колядюк А. С. Оценка ползучести корпуса регулирующего клапана паровой турбины К- 325. Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2014. № 11. С. 125–131. 7. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок / Госатомэнергонадзор СССР. М.: Энергоатомиздат, 1989. 525 с. Поступила в редакцию 27.03.2019 Тепловий й напружений стан корпуса регулюючого клапана парової турбіни на стаціонарних режимах роботи 1 Колядюк А. С., 2 Шульженко М. Г. ДИНАМІКА ТА МІЦНІСТЬ МАШИН ISSN 0131–2928. Проблеми машинобудування, 2019, Т. 22, № 2 1 ДП «Державний науково-інженерний центр систем контролю та аварійного реагування» 04213, м. Київ, пр. Героїв Сталінграду, 64/56 2 Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, 61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10 Метою даної роботи є визначення найбільш напружених зон і оцінка можливості появи пластичних де- формацій корпусу регулюючого клапана в місцях появи тріщин під час експлуатації на стаціонарних режимах роботи парової турбіни К-325. Задача розв’язується в два етапи. Спочатку визначаються характеристики течії пари в системі паророзподілу та температура корпусу. Потім оцінюється пружний напружено-деформований стан корпусу одного з двох блоків клапанів (через який витрата пари завжди більша, ніж через інший) з викорис- танням значень поля температур корпусу. Характеристики течії пари в системі паророзподілу та тепловий стан корпусу регулюючого клапана визначаються чисельно методом скінченних елементів. Швидкості, темпе- ратура та тиск пари на стінці корпусу знаходяться на основі розв’язання рівняння Нав'є-Стокса в тривимірній постановці. Встановлено, що температура пари перед регулюючими клапанами турбіни практично не відрізня- ється від температури перед стопорним клапаном. У самому ж корпусі за регулюючими клапанами за їх частко- вого відкриття може відбуватися суттєве зниження температури пара через дроселювання. Значне зниження температури пари в регулюючому клапані (на 100 °С) спостерігається на малих потужностях з номінальним тиском пари за котлом. Розрахунок пружного напружено-деформованого стану корпусу блоку регулювання здій- снено з використанням методу скінченних елементів на основі тривимірної математичної моделі деформування корпусу. В результаті отримано напружений стан корпусу клапана за різних режимів роботи турбіни. Показа- но, що відмінності в напруженнях для різних режимів пов'язані зі змінами теплового стану корпусу клапана та розподілом тиску на його стінки. Встановлено зони можливих пластичних деформацій корпусу клапана, де пру- жні напруження перевищують межу плинності матеріалу. З отриманих результатів випливає, що найбільш не- безпечним режимом за статичної міцності корпусу регулюючого клапана є неномінальний режим роботи турбі- ни за потужності 320 МВт, а частковий – за 180 МВт. Ключові слова: течія пари, система паророзподілу, термонапружений стан, корпус клапана.

Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes

Institution

Ähnliche Einträge