Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine
The effect of steam electrification on the operation of a wet steam turbine, as well as the main processes sensitive to the electrification of the working fluid are considered in the paper. The types of additional losses caused by electrification are indicated. It is noted that these losses are not...
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/267103 |
| 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-267103 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Нечаєв, А. В. Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. |
| spellingShingle |
Нечаєв, А. В. Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| author_facet |
Нечаєв, А. В. Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. |
| author_sort |
Нечаєв, А. В. |
| title |
Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| title_short |
Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| title_full |
Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| title_fullStr |
Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| title_full_unstemmed |
Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine |
| title_sort |
analysis of the influence of steam electrification on the working processes of a wet steam turbine |
| title_alt |
Аналіз впливу електризації пари на робочі процеси вологопарової турбоустановки Аналіз впливу електризації пари на робочі процеси вологопарової турбоустановки |
| description |
The effect of steam electrification on the operation of a wet steam turbine, as well as the main processes sensitive to the electrification of the working fluid are considered in the paper. The types of additional losses caused by electrification are indicated. It is noted that these losses are not counted in the currently existing physical and mathematical models, since data on electrification are not taken into account and there is no possibility to make a clear theoretical description of the electrophysical model of a neutral steam even. In this regard, a simplified qualitative physical model of the electrophysical processes that occur during the electrification of the steam flow in the turbine was studied. Based on this, an assumption regarding the properties of the space charge in the steam flow, which is the source of the electric field and determines its intensity and spatial distribution in the flow part, is made. A qualitative analysis of the effect of the space charge field on the physical and thermodynamic properties of the steam flow was carried out with the set assumptions. It is proposed to perceive the process of steam polarization in the space charge field as the main result of its influence, and the dielectric constant of the steam – as the most representative parameter characterizing the thermodynamic state, including with the field influence. The thermodynamic relations of the operation of the dielectric in an electric field are given. The relation between the dielectric constant of steam and the change in the internal energy of the working fluid, its entropy and free energy is shown. It is theoretically substantiated that the influence of the electric field also leads to a change in the isobaric heat capacity and enthalpy. It is concluded that the process of expansion of the wet steam flow of charged steam in the turbine unit can be accompanied by a change in the main thermodynamic parameters of the working fluid, and therefore, its design characteristics can change, including the losses that occur in the process of expansion. On the basis of previously obtained experimental data on real turbines, a numerical assessment of the change in the thermodynamic parameters of the working fluid under the influence of an electric field is carried out. The performed numerical studies unequivocally indicate the need to take into account the phenomena caused by the electrification of the wet steam flow in the low-pressure cylinder in the existing physical and mathematical thermodynamic models of the wet steam expansion process, as well as to clarify the main thermodynamic parameters and calculated characteristics of the flow of electrified wet steam depending on the change in its dielectric constant. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/267103 |
| work_keys_str_mv |
AT nečaêvav analysisoftheinfluenceofsteamelectrificationontheworkingprocessesofawetsteamturbine AT tarelínao analysisoftheinfluenceofsteamelectrificationontheworkingprocessesofawetsteamturbine AT annopolʹsʹkaíê analysisoftheinfluenceofsteamelectrificationontheworkingprocessesofawetsteamturbine AT nečaêvav analízvplivuelektrizacííparinarobočíprocesivologoparovoíturboustanovki AT tarelínao analízvplivuelektrizacííparinarobočíprocesivologoparovoíturboustanovki AT annopolʹsʹkaíê analízvplivuelektrizacííparinarobočíprocesivologoparovoíturboustanovki |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:50Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:50Z |
| _version_ |
1809016182557114368 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2671032022-11-17T08:05:06Z Analysis of the Influence of Steam Electrification on the Working Processes of a Wet Steam Turbine Аналіз впливу електризації пари на робочі процеси вологопарової турбоустановки Аналіз впливу електризації пари на робочі процеси вологопарової турбоустановки Нечаєв, А. В. Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. The effect of steam electrification on the operation of a wet steam turbine, as well as the main processes sensitive to the electrification of the working fluid are considered in the paper. The types of additional losses caused by electrification are indicated. It is noted that these losses are not counted in the currently existing physical and mathematical models, since data on electrification are not taken into account and there is no possibility to make a clear theoretical description of the electrophysical model of a neutral steam even. In this regard, a simplified qualitative physical model of the electrophysical processes that occur during the electrification of the steam flow in the turbine was studied. Based on this, an assumption regarding the properties of the space charge in the steam flow, which is the source of the electric field and determines its intensity and spatial distribution in the flow part, is made. A qualitative analysis of the effect of the space charge field on the physical and thermodynamic properties of the steam flow was carried out with the set assumptions. It is proposed to perceive the process of steam polarization in the space charge field as the main result of its influence, and the dielectric constant of the steam – as the most representative parameter characterizing the thermodynamic state, including with the field influence. The thermodynamic relations of the operation of the dielectric in an electric field are given. The relation between the dielectric constant of steam and the change in the internal energy of the working fluid, its entropy and free energy is shown. It is theoretically substantiated that the influence of the electric field also leads to a change in the isobaric heat capacity and enthalpy. It is concluded that the process of expansion of the wet steam flow of charged steam in the turbine unit can be accompanied by a change in the main thermodynamic parameters of the working fluid, and therefore, its design characteristics can change, including the losses that occur in the process of expansion. On the basis of previously obtained experimental data on real turbines, a numerical assessment of the change in the thermodynamic parameters of the working fluid under the influence of an electric field is carried out. The performed numerical studies unequivocally indicate the need to take into account the phenomena caused by the electrification of the wet steam flow in the low-pressure cylinder in the existing physical and mathematical thermodynamic models of the wet steam expansion process, as well as to clarify the main thermodynamic parameters and calculated characteristics of the flow of electrified wet steam depending on the change in its dielectric constant. У статті розглянуто вплив електризації пари на роботу вологопарової турбоустановки, а також основні процеси, чутливі до електризації робочого тіла, вказані види додаткових втрат, зумовлених електризацією. Зазначено, що в існуючих на даний час фізичних і математичних моделях ці втрати не враховуються, оскільки дані про електризацію не беруться до уваги і немає можливості зробити чіткий теоретичний опис електрофізичної моделі навіть нейтральної пари. У зв’язку з цим вивчено спрощену якісну фізичну модель електрофізичних процесів, що виникають при електризації потоку пари в турбіні. Виходячи з цього, зроблено припущення щодо властивостей об’ємного заряду в потоці пари, що є джерелом електричного поля і визначає його інтенсивність й просторовий розподіл у проточній частині. Проведено якісний аналіз впливу поля об’ємного заряду на фізичні й термодинамічні властивості потоку пари з прийнятими припущеннями. Запропоновано процес поляризації пари в полі об’ємного заряду сприймати як основний результат його впливу, а діелектричну проникність пари – як найбільш представницький параметр, що характеризує термодинамічний стан, у тому числі за наявності впливу поля. Наведено термодинамічні співвідношення роботи діелектрика в електричному полі. Показано зв’язок діелектричної проникності пари зі зміною внутрішньої енергії робочого тіла, його ентропією й вільною енергією. Теоретично обґрунтовано, що вплив електричного поля призводить також до зміни ізобарної теплоємності й ентальпії. Зроблено висновок про те, що процес розширення вологопарового потоку зарядженої пари в турбоустановці може супроводжуватися зміною основних термодинамічних параметрів робочого тіла, а отже, можуть змінитися його розрахункові характеристики, у тому числі й втрати, що виникають у процесі розширення. На основі отриманих раніше експериментальних даних на реальних турбінах проведено чисельну оцінку зміни термодинамічних параметрів робочого тіла при впливі електричного поля. Виконані чисельні дослідження однозначно свідчать про необхідність як врахування в існуючих фізичних і математичних термодинамічних моделях процесу розширення вологої пари явищ, зумовлених електризацією вологопарового потоку в ЦНТ, так і уточнення основних термодинамічних параметрів і розрахункових характеристик потоку електризованої вологої пари залежно від зміни його діелектричної проникності. У статті розглянуто вплив електризації пари на роботу вологопарової турбоустановки, а також основні процеси, чутливі до електризації робочого тіла, вказані види додаткових втрат, зумовлених електризацією. Зазначено, що в існуючих на даний час фізичних і математичних моделях ці втрати не враховуються, оскільки дані про електризацію не беруться до уваги і немає можливості зробити чіткий теоретичний опис електрофізичної моделі навіть нейтральної пари. У зв’язку з цим вивчено спрощену якісну фізичну модель електрофізичних процесів, що виникають при електризації потоку пари в турбіні. Виходячи з цього, зроблено припущення щодо властивостей об’ємного заряду в потоці пари, що є джерелом електричного поля і визначає його інтенсивність й просторовий розподіл у проточній частині. Проведено якісний аналіз впливу поля об’ємного заряду на фізичні й термодинамічні властивості потоку пари з прийнятими припущеннями. Запропоновано процес поляризації пари в полі об’ємного заряду сприймати як основний результат його впливу, а діелектричну проникність пари – як найбільш представницький параметр, що характеризує термодинамічний стан, у тому числі за наявності впливу поля. Наведено термодинамічні співвідношення роботи діелектрика в електричному полі. Показано зв’язок діелектричної проникності пари зі зміною внутрішньої енергії робочого тіла, його ентропією й вільною енергією. Теоретично обґрунтовано, що вплив електричного поля призводить також до зміни ізобарної теплоємності й ентальпії. Зроблено висновок про те, що процес розширення вологопарового потоку зарядженої пари в турбоустановці може супроводжуватися зміною основних термодинамічних параметрів робочого тіла, а отже, можуть змінитися його розрахункові характеристики, у тому числі й втрати, що виникають у процесі розширення. На основі отриманих раніше експериментальних даних на реальних турбінах проведено чисельну оцінку зміни термодинамічних параметрів робочого тіла при впливі електричного поля. Виконані чисельні дослідження однозначно свідчать про необхідність як врахування в існуючих фізичних і математичних термодинамічних моделях процесу розширення вологої пари явищ, зумовлених електризацією вологопарового потоку в ЦНТ, так і уточнення основних термодинамічних параметрів і розрахункових характеристик потоку електризованої вологої пари залежно від зміни його діелектричної проникності. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2022-11-17 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/267103 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 25 No. 3 (2022); 56-64 Проблемы машиностроения; Том 25 № 3 (2022); 56-64 Проблеми машинобудування; Том 25 № 3 (2022); 56-64 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/267103/263160 https://journals.uran.ua/jme/article/view/267103/263161 Copyright (c) 2022 А. В. Нечаєв, А. О. Тарелін, І. Є. Аннопольська http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |