The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment
The paper proposes ways to increase the efficiency of nozzle control for steam power turbines of the K-300 series, that, along with the K-200 series turbines, form the basis of thermal energy in Ukraine. The object of study is considered to be the control compartment (CC) of the high-pressure cylind...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/222688 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-222688 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
steam turbine control stage spatial flow numerical modeling gas-dynamic efficiency UDC 621.165 532.6 парова турбіна регулюючий ступінь просторова течія чисельне моделювання газодинамічна ефективність УДК 621.165 532.6 паровая турбина регулирующая ступень пространственное течение численное моделирование газодинамическая эффективность УДК 621.165 532.6 |
| spellingShingle |
steam turbine control stage spatial flow numerical modeling gas-dynamic efficiency UDC 621.165 532.6 парова турбіна регулюючий ступінь просторова течія чисельне моделювання газодинамічна ефективність УДК 621.165 532.6 паровая турбина регулирующая ступень пространственное течение численное моделирование газодинамическая эффективность УДК 621.165 532.6 Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. Kosianova, Anna I. Bykov, Yurii A. Pashchenko, Natalia V. Chuhai, Maryna O. Rusanov, Roman A. The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| topic_facet |
steam turbine control stage spatial flow numerical modeling gas-dynamic efficiency UDC 621.165 532.6 парова турбіна регулюючий ступінь просторова течія чисельне моделювання газодинамічна ефективність УДК 621.165 532.6 паровая турбина регулирующая ступень пространственное течение численное моделирование газодинамическая эффективность УДК 621.165 532.6 |
| format |
Article |
| author |
Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. Kosianova, Anna I. Bykov, Yurii A. Pashchenko, Natalia V. Chuhai, Maryna O. Rusanov, Roman A. |
| author_facet |
Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. Kosianova, Anna I. Bykov, Yurii A. Pashchenko, Natalia V. Chuhai, Maryna O. Rusanov, Roman A. |
| author_sort |
Rusanov, Andrii V. |
| title |
The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| title_short |
The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| title_full |
The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| title_fullStr |
The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| title_full_unstemmed |
The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment |
| title_sort |
gas-dynamic efficiency increase of the k-300 series steam turbine control compartment |
| title_alt |
Повышение газодинамической эффективности регулирующего отсека паровой турбины серии К-300 Підвищення газодинамічної ефективності регулюючого відсіку парових турбін серії К-300 |
| description |
The paper proposes ways to increase the efficiency of nozzle control for steam power turbines of the K-300 series, that, along with the K-200 series turbines, form the basis of thermal energy in Ukraine. The object of study is considered to be the control compartment (CC) of the high-pressure cylinder (HPC) of the K-325-23.5 steam turbine. In the paper, the calculation and design of the control compartment of the steam turbine was performed using the complex methodology developed in IPMach NAS of Ukraine, that includes methods of different levels of complexity, from one-dimensional to models for calculation of spatial viscous flows, as well as analytical methods for spatial geometries of flow parts description based on limited number of parameterized values. The complex design methodology is implemented in the IPMFlow software package, which is a development of the FlowER and FlowER–U software packages. A model of a viscous turbulent flow is based on the numerical integration of an averaged system of Navier-Stokes equations, for the closure of which the two-term Tamman equation of state is used. Turbulent phenomena were taken into account using a SST Menter two-parameter differential turbulence model. The research was conducted for six operation modes in the calculation area, which consisted of more than 3 million cells (elementary volumes), taking into account the interdiscand diaphragm leakage. According to the results of numerical studies of the original control compartment of the K-325-23.5 steam turbine, it is shown that the efficiency in the flow part is quite low in all operation modes, including the nominal one (100% power mode), due to large losses of kinetic energy in the equalization chamber, as well as inflated load on the first stage. On the basis of the performed analysis of gas-dynamic processes, the directions of a control compartment flow part modernization are formed and themodernization itself is executed. In the new flow part, compared to the original one, there is a favorable picture of the flow in all operation modes, which ensures its high gas-dynamic efficiency. Depending on the mode, the efficiency of the control compartment increased by 4.9–7.3%, and the capacity increased by 1–2 MW. In the nominal mode (100% mode) the efficiency of the new control compartment, taking into account the interdisc and overbandage leakage, is 91%. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/222688 |
| work_keys_str_mv |
AT rusanovandriiv thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT shvetsovviktorl thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT kosianovaannai thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT bykovyuriia thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT pashchenkonataliav thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT chuhaimarynao thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT rusanovromana thegasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT rusanovandriiv povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT shvetsovviktorl povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT kosianovaannai povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT bykovyuriia povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT pashchenkonataliav povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT chuhaimarynao povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT rusanovromana povyšeniegazodinamičeskojéffektivnostireguliruûŝegootsekaparovojturbinyseriik300 AT rusanovandriiv pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT shvetsovviktorl pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT kosianovaannai pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT bykovyuriia pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT pashchenkonataliav pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT chuhaimarynao pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT rusanovromana pídviŝennâgazodinamíčnoíefektivnostíregulûûčogovídsíkuparovihturbínseríík300 AT rusanovandriiv gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT shvetsovviktorl gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT kosianovaannai gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT bykovyuriia gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT pashchenkonataliav gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT chuhaimarynao gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment AT rusanovromana gasdynamicefficiencyincreaseofthek300seriessteamturbinecontrolcompartment |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:33Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:33Z |
| _version_ |
1809016164010950656 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2226882021-01-12T13:02:14Z The Gas-Dynamic Efficiency Increase of the K-300 Series Steam Turbine Control Compartment Повышение газодинамической эффективности регулирующего отсека паровой турбины серии К-300 Підвищення газодинамічної ефективності регулюючого відсіку парових турбін серії К-300 Rusanov, Andrii V. Shvetsov, Viktor L. Kosianova, Anna I. Bykov, Yurii A. Pashchenko, Natalia V. Chuhai, Maryna O. Rusanov, Roman A. steam turbine control stage spatial flow numerical modeling gas-dynamic efficiency UDC 621.165 532.6 парова турбіна регулюючий ступінь просторова течія чисельне моделювання газодинамічна ефективність УДК 621.165 532.6 паровая турбина регулирующая ступень пространственное течение численное моделирование газодинамическая эффективность УДК 621.165 532.6 The paper proposes ways to increase the efficiency of nozzle control for steam power turbines of the K-300 series, that, along with the K-200 series turbines, form the basis of thermal energy in Ukraine. The object of study is considered to be the control compartment (CC) of the high-pressure cylinder (HPC) of the K-325-23.5 steam turbine. In the paper, the calculation and design of the control compartment of the steam turbine was performed using the complex methodology developed in IPMach NAS of Ukraine, that includes methods of different levels of complexity, from one-dimensional to models for calculation of spatial viscous flows, as well as analytical methods for spatial geometries of flow parts description based on limited number of parameterized values. The complex design methodology is implemented in the IPMFlow software package, which is a development of the FlowER and FlowER–U software packages. A model of a viscous turbulent flow is based on the numerical integration of an averaged system of Navier-Stokes equations, for the closure of which the two-term Tamman equation of state is used. Turbulent phenomena were taken into account using a SST Menter two-parameter differential turbulence model. The research was conducted for six operation modes in the calculation area, which consisted of more than 3 million cells (elementary volumes), taking into account the interdiscand diaphragm leakage. According to the results of numerical studies of the original control compartment of the K-325-23.5 steam turbine, it is shown that the efficiency in the flow part is quite low in all operation modes, including the nominal one (100% power mode), due to large losses of kinetic energy in the equalization chamber, as well as inflated load on the first stage. On the basis of the performed analysis of gas-dynamic processes, the directions of a control compartment flow part modernization are formed and themodernization itself is executed. In the new flow part, compared to the original one, there is a favorable picture of the flow in all operation modes, which ensures its high gas-dynamic efficiency. Depending on the mode, the efficiency of the control compartment increased by 4.9–7.3%, and the capacity increased by 1–2 MW. In the nominal mode (100% mode) the efficiency of the new control compartment, taking into account the interdisc and overbandage leakage, is 91%. В работе предложены методы, направленные на повышение эффективности соплового регулирования для паровых энергетических турбин серии К-300, которые вместе с турбинами серии К-200 составляют основу тепловой энергетики Украины. В качестве объекта исследования рассмотрены регулирующий отсек цилиндра высокого давления паровой турбины К-325-23,5. Численные расчеты и проектирование регулирующего отсека паровой турбины выполнялись с помощью разработанной в ИПМаш НАН Украины комплексной методологии, включающей методы различных уровней сложности – от одномерных к моделям расчета пространственных вязких течений, а также аналитических методов описания пространственных геометрий проточных частей на основе ограниченного количества параметризованных величин. Комплексная методология проектирования реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программных комплексов FlowER и FlowER-U. Модель вязкого турбулентного течения основана на численном интегрировании осредненной системы уравнений Навье-Стокса, для замыкания которых используется двучленное уравнение состояния Таммана. Учет турбулентных явлений осуществлялся с помощью двухпараметрической дифференциальной модели турбулентности SST Ментера. Исследования проводились для шести режимов работы в расчетной области, состоящей из более 3 млн. ячеек (элементарных объемов) с учетом междисковых и диафрагменных перетеканий. По результатам многочисленных исследований исходного регулирующего отсека паровой турбины К-325-23,5 показано, что в проточной части из-за больших потерь кинетической энергии в камере выравнивания, а также завышенной загруженности на первой ступени КПД достаточно низкий на всех режимах эксплуатации, в том числе на номинальном (режим 100% мощности). На основе проведенного анализа газодинамических процессов сформированы направления и выполнена модернизация проточной части регулирующего отсека. В новой проточной части, в отличие от исходной, наблюдается благоприятная картина течения на всех режимах работы, обеспечивающая ее высокую газодинамическую эффективность. В зависимости от режима, окружной КПД регулирующего отсека увеличился на 4,9–7,3%, а мощность – на 1–2 МВт. На номинальном режиме (режим 100%) окружной КПД нового регулирующего отсека с учетом междисковых и надбандажних перетеканий составляет 91%. В роботі запропоновано напрями підвищення ефективності соплового регулювання для парових енергетичних турбін серії К-300, які разом з турбінами серії К-200 складають основу теплової енергетики України. Як об'єкт дослідження розглянуто регулюючий відсік циліндра високого тиску парової турбіни К–325–23,5. Чисельні розрахунки та проектування регулюючого відсіку парової турбіни виконувалися за допомогою розробленої в ІПМаш НАН України комплексної методології, яка включає методи різних рівнів складності від одновимірних до моделей розрахунку просторових в'язких течій, а також аналітичних методів опису просторових геометрій проточних частин на основі обмеженої кількості параметризованих величин. Комплексна методологія проектування реалізована в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програмних комплексів FlowER і FlowER–U. Модель в'язкої турбулентної течії ґрунтується на чисельному інтегруванні осередненої системи рівнянь Нав'є–Стокса, для замикання яких використовується двочленне рівняння стану Таммана. Врахування турбулентних явищ здійснювалося за допомогою двопараметричної диференціальної моделі турбулентності SST Ментера. Дослідження проводилися для шести режимів роботи в розрахунковій області, що складалася з понад 3 млн. комірок (елементарних об’ємів) з урахуванням міждискових і діафрагмових перетікань. За результатами чисельних досліджень вихідного регулюючого відсіку парової турбіни К–325–23,5 показано, що у проточній частині через великі втрати кінетичної енергії у камері вирівнювання, а також завищене навантаження на перший ступінь ККД є достатньо низьким на всіх режимах експлуатації, у тому числі на номінальному (режим 100 % потужності). На основі проведеного аналізу газодинамічних процесів сформовано напрями й виконано модернізацію проточної частини регулюючого відсіку. В новій проточній частині, на відміну від вихідної, спостерігається сприятлива картина течії на всіх режимах роботи, що забезпечує її високу газодинамічну ефективність. В залежності від режиму, коловий ККД регулюючого відсіку збільшився на 4,9–7,3%, а потужність – на 1–2 МВт. На номінальному режимі (режим 100%) коловий ККД нового регулюючого відсіку з урахуванням міждискових і надбандажних перетікань становить 91%. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-01-05 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/222688 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 23 No. 4 (2020); 6-13 Проблемы машиностроения; Том 23 № 4 (2020); 6-13 Проблеми машинобудування; Том 23 № 4 (2020); 6-13 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/222688/223082 https://journals.uran.ua/jme/article/view/222688/223083 Copyright (c) 2021 Andrii V. Rusanov, Viktor L. Shvetsov, Anna I. Kosianova, Yurii A. Bykov, Natalia V. Pashchenko, Maryna O. Chuhai, Roman A. Rusanov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |