Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body
The stability of operation of steam turbines depends (along with other factors) on the reliable operation of their steam distribution systems, which are based on stop and control valves. This paper considers the strength of the elements of the K-325-23.5 steam turbine valves, in whose bodies, after...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2022
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/248512 |
| 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-248512 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-01-12T10:56:09Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Колядюк, А. С. Шульженко, Н. Г. Губский, А. Н. |
| spellingShingle |
Колядюк, А. С. Шульженко, Н. Г. Губский, А. Н. Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| author_facet |
Колядюк, А. С. Шульженко, Н. Г. Губский, А. Н. |
| author_sort |
Колядюк, А. С. |
| title |
Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| title_short |
Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| title_full |
Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| title_fullStr |
Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| title_full_unstemmed |
Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body |
| title_sort |
strength and service life of a steam turbine stop and control valve body |
| title_alt |
Прочность и ресурс корпуса стопорно-регулирующих клапанов паровой турбины Міцність та ресурс корпусу стопорно-регулювальних клапанів парової турбіни |
| description |
The stability of operation of steam turbines depends (along with other factors) on the reliable operation of their steam distribution systems, which are based on stop and control valves. This paper considers the strength of the elements of the K-325-23.5 steam turbine valves, in whose bodies, after 30 thousand hours of operation, cracks came to be observed. Previously determined were the nature of gas-dynamic processes in the flow paths of the valves and the temperature state of the valve body in the main stationary modes of operation. To do this, a combined problem of steam flow and thermal conductivity in stop and control valves was solved in a three-dimensional formulation by the finite element method. Different positions of the valve elements were considered taking into account the filter sieve. The assessment of the thermal stress state of the valve body showed that the maximum stresses in different operating modes do not exceed the yield strength. Therefore, the assessment of the creep of the valve body material is important to determine the valve body damage and service life. Modeling the creep of the stop and control valves of the turbine was performed on the basis of three-dimensional models, using the theory of hardening, with the components of unstable and steady creep strains taken into account. The creep was determined at the maximum power of the turbine for all the stationary operating modes. The maximum calculated values of creep strains are concentrated in the valve body branch pipes before the control valves and in the steam inlet chamber, where in practice fatigue defects are observed. However, even for 300 thousand hours of operation of the turbine (with a conditional maximum power) in stationary modes, creep strains do not exceed admissible values. The damage and service life of the valve bodies were assessed by two methods developed at A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine (2011), and I. Polzunov Scientific and Design Association on Research and Design of Power Equipment. (NPO CKTI) – 1986. The results of assessing the damage and the turbine valve body wear from the effects of cyclic loading and creep of the turbine in stationary modes for 40, 200 and 300 thousand hours show that the thermal conditions of the body in the steam inlet chamber are not violated (without taking into account possible body defects after manufacture). The damage in valve body branch pipes after 300 thousand hours of operation exceeds the admissible value, with account taken of the safety margin. At the same time, the damage from creep in stationary operating modes is about 70% of the total damage. The maximum values of damage are observed in the areas of the body where there are defects during the operation of the turbine steam distribution system. The difference between the results of both methods in relation to their average value is ~20%. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/248512 |
| work_keys_str_mv |
AT kolâdûkas strengthandservicelifeofasteamturbinestopandcontrolvalvebody AT šulʹženkong strengthandservicelifeofasteamturbinestopandcontrolvalvebody AT gubskijan strengthandservicelifeofasteamturbinestopandcontrolvalvebody AT kolâdûkas pročnostʹiresurskorpusastopornoreguliruûŝihklapanovparovojturbiny AT šulʹženkong pročnostʹiresurskorpusastopornoreguliruûŝihklapanovparovojturbiny AT gubskijan pročnostʹiresurskorpusastopornoreguliruûŝihklapanovparovojturbiny AT kolâdûkas mícnístʹtaresurskorpusustopornoregulûvalʹnihklapanívparovoíturbíni AT šulʹženkong mícnístʹtaresurskorpusustopornoregulûvalʹnihklapanívparovoíturbíni AT gubskijan mícnístʹtaresurskorpusustopornoregulûvalʹnihklapanívparovoíturbíni |
| first_indexed |
2025-07-17T12:02:38Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:02:38Z |
| _version_ |
1850411808360235008 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2485122022-01-12T10:56:09Z Strength and Service Life of a Steam Turbine Stop and Control Valve Body Прочность и ресурс корпуса стопорно-регулирующих клапанов паровой турбины Міцність та ресурс корпусу стопорно-регулювальних клапанів парової турбіни Колядюк, А. С. Шульженко, Н. Г. Губский, А. Н. The stability of operation of steam turbines depends (along with other factors) on the reliable operation of their steam distribution systems, which are based on stop and control valves. This paper considers the strength of the elements of the K-325-23.5 steam turbine valves, in whose bodies, after 30 thousand hours of operation, cracks came to be observed. Previously determined were the nature of gas-dynamic processes in the flow paths of the valves and the temperature state of the valve body in the main stationary modes of operation. To do this, a combined problem of steam flow and thermal conductivity in stop and control valves was solved in a three-dimensional formulation by the finite element method. Different positions of the valve elements were considered taking into account the filter sieve. The assessment of the thermal stress state of the valve body showed that the maximum stresses in different operating modes do not exceed the yield strength. Therefore, the assessment of the creep of the valve body material is important to determine the valve body damage and service life. Modeling the creep of the stop and control valves of the turbine was performed on the basis of three-dimensional models, using the theory of hardening, with the components of unstable and steady creep strains taken into account. The creep was determined at the maximum power of the turbine for all the stationary operating modes. The maximum calculated values of creep strains are concentrated in the valve body branch pipes before the control valves and in the steam inlet chamber, where in practice fatigue defects are observed. However, even for 300 thousand hours of operation of the turbine (with a conditional maximum power) in stationary modes, creep strains do not exceed admissible values. The damage and service life of the valve bodies were assessed by two methods developed at A. Pidhornyi Institute of Mechanical Engineering Problems of the NAS of Ukraine (2011), and I. Polzunov Scientific and Design Association on Research and Design of Power Equipment. (NPO CKTI) – 1986. The results of assessing the damage and the turbine valve body wear from the effects of cyclic loading and creep of the turbine in stationary modes for 40, 200 and 300 thousand hours show that the thermal conditions of the body in the steam inlet chamber are not violated (without taking into account possible body defects after manufacture). The damage in valve body branch pipes after 300 thousand hours of operation exceeds the admissible value, with account taken of the safety margin. At the same time, the damage from creep in stationary operating modes is about 70% of the total damage. The maximum values of damage are observed in the areas of the body where there are defects during the operation of the turbine steam distribution system. The difference between the results of both methods in relation to their average value is ~20%. Стабильность эксплуатации паровых турбин зависит (наряду с другими факторами) от надежной работы системы парораспределения, основу которой составляют стопорно-регулирующие клапаны. В работе рассматриваются вопросы прочности элементов клапанов паровой турбины К-325-23,5, в корпусе которых после 30 тысяч часов эксплуатации начали появляться трещины. Предварительно определялся характер газодинамических процессов в проточной части клапанов и температурное состояние корпуса клапанов на основных стационарных режимах работы. Для этого решалась совместная задача течения пара и теплопроводности в стопорно-регулирующих клапанах в трехмерной постановке методом конечных элементов. Рассматривалось различное положение элементов клапанов с учетом фильтрующего сита. Оценка термонапряженного состояния корпуса клапанов показала, что максимальные напряжения на различных режимах работы не превышают предела текучести. Поэтому оценка ползучести материала корпуса клапанов важна для определения его повреждения и ресурса. Моделирование ползучести корпуса стопорно-регулирующих клапанов паровой турбины выполнялось на основе трехмерных моделей с использованием теории упрочнения. При этом были учтены составляющие неустановившейся и установившейся деформации ползучести. Они определены при максимальной мощности турбины для всех стационарных режимов работы. Максимальные расчетные значения деформаций ползучести сосредоточены в патрубках корпуса перед регулирующими клапанами и в пароприемной камере, где на практике наблюдаются усталостные дефекты. Однако даже за 300 тыс. час эксплуатации турбины (с условной максимальной мощностью) на стационарных режимах деформации ползучести не превышают допустимых значений. Повреждения и ресурс корпуса клапанов оценивались по двум методикам, созданным в Институте проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (2011 г.) и в Научно-производственном объединении по исследованию в проектировании энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ) – 1986 г. Результаты оценки повреждаемости и срабатывания ресурса корпуса клапанов паровой турбины от воздействия циклической нагрузки и ползучести на стационарных режимах работы за 40, 200 и 300 тысяч часов показывают, что условия термопрочности корпуса в области пароприемной камеры не нарушаются (без учета возможных несовершенств корпуса после изготовления). Повреждения в патрубках корпуса клапанов после 300 тысяч часов эксплуатации превышают пороговое значение с учетом коэффициентов запаса. При этом повреждения от ползучести на стационарных режимах работы составляет около 70% от суммарного. Максимальные значения повреждения наблюдаются в зонах корпуса, где имеют место дефекты при эксплуатации системы парораспределения турбины. Расхождение результатов обеих методик по отношению к их среднему значению составляет ~ 20%. Стабільність експлуатації парових турбін залежить (поряд з іншими чинниками) від надійної роботи системи паророзподілу, основу якої складають стопорно-регулювальні клапани. В роботі розглядаються питання міцності елементів клапанів парової турбіни К-325-23,5, в корпусі яких після 30 тисяч годин експлуатації почали спостерігатись тріщини. Попередньо визначався характер газодинамічних процесів в проточній частині клапанів та температурний стан корпусу клапанів на основних стаціонарних режимах роботи. Для цього розв’язувалась сумісна задача течії пари та теплопровідності в стопорно-регулювальних клапанах у тривимірній постановці методом скінченних елементів. Розглядалось різне положення елементів клапанів з урахуванням фільтруючого сита. Оцінка термонапруженого стану корпусу клапанів засвідчила, що максимальні напруження на різних режимах роботи не перевищують межі плинності. Тому оцінка повзучості матеріалу корпусу клапанів є важливою для визначення його пошкодження та ресурсу. Моделювання повзучості корпусу стопорно-регулювальних клапанів парової турбіни виконувалось на основі тривимірних моделей з використанням теорії зміцнення. При цьому було враховано складові несталої та усталеної деформації повзучості. Повзучість корпусу визначена за максимальної потужності турбіни для всіх стаціонарних режимів роботи. Максимальні розрахункові значення деформацій повзучості зосереджені в патрубках корпусу перед регулювальними клапанами та в пароприймальній камері, де на практиці спостерігаються втомні дефекти. Проте навіть за 300 тисяч годин експлуатації турбіни (з умовною максимальною потужністю) на стаціонарних режимах деформації повзучості не перевищують допустимих значень. Пошкодження і ресурс корпусу клапанів оцінювалися за двома методиками, що створені в Інституті проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (2011 р.), та в Науково-виробничому об’єднанні з дослідження в проектуванні енергетичного обладнання ім. І. І. Ползунова (НВО ЦКТІ) – 1986 р. Результати оцінки пошкоджуваності і спрацювання ресурсу корпусу клапанів парової турбіни від впливу циклічного навантаження та повзучості турбіни на стаціонарних режимах роботи за 40, 200 та 300 тисяч годин свідчать, що умови термоміцності корпусу в області пароприймальної камери не порушуються (без урахування можливих недосконалостей корпусу після виготовлення). Пошкодження в патрубках корпусу клапанів після 300 тисяч годин експлуатації перевищують граничне значення з урахуванням коефіцієнтів запасу. При цьому пошкодження від повзучості на стаціонарних режимах роботи складає біля 70% від сумарного. Максимальні значення пошкодження спостерігаються в зонах корпусу, де мають місце дефекти при експлуатації системи паророзподілу турбіни. Розбіжність результатів за обома методиками по відношенню до їх середнього значення становить ~20%. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2022-01-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/248512 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 4 (2021); 61-70 Проблемы машиностроения; Том 24 № 4 (2021); 61-70 Проблеми машинобудування; Том 24 № 4 (2021); 61-70 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/248512/248462 https://journals.uran.ua/jme/article/view/248512/248463 Copyright (c) 2021 А. С. Колядюк, Н. Г. Шульженко, А. Н. Губский http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |