Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines
The paper deals with comprehensive research in the field of electrization of wet steam flow in a turbine. The experience of the conducted studies on laboratory stands and full-scale objects (CHP and TPP) in Ukraine and the USA is introduced and generalized. It was shown that in the process of steam...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2023
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/288986 |
| 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-288986 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Тарелін, А. О. Weres, O. |
| spellingShingle |
Тарелін, А. О. Weres, O. Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| author_facet |
Тарелін, А. О. Weres, O. |
| author_sort |
Тарелін, А. О. |
| title |
Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| title_short |
Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| title_full |
Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| title_fullStr |
Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| title_full_unstemmed |
Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines |
| title_sort |
integrated studies of electrophysical processes in steam turbines |
| title_alt |
Комплексні дослідження електрофізичних процесів у парових турбінах Комплексні дослідження електрофізичних процесів у парових турбінах |
| description |
The paper deals with comprehensive research in the field of electrization of wet steam flow in a turbine. The experience of the conducted studies on laboratory stands and full-scale objects (CHP and TPP) in Ukraine and the USA is introduced and generalized. It was shown that in the process of steam electrization, the charge density in the flow can reach very high values (an order of magnitude appears to be higher than in a thundercloud), and this phenomenon mainly has a negative effect on the turbine operation. Statistical data on the charge formation of the steam flow in the low-pressure cylinder of the turbine are presented. Results of the research to establish the main electrophysical factors of influence on the surface strength of the blade, such as electric fields, charge density and their polarity, are presented. The research results showed that such factors as the presence of a positively charged steam flow, constant and variable electric fields, which were most often recorded at operating turbines of CHPs and TPPs, significantly (by two or more times) intensify erosion-corrosion processes on the metal surfaces of the blades, thus reducing their working resource. Thermodynamic processes are studied both under conditions of natural electrification of a high-speed flow, which reduce the efficiency by about 0.3–0.35%, and under the influence of artificially created electric charges, which make it possible to increase the efficiency of the steam expansion process in the turbine by 2 or more percent. Various options of local input of electrical energy for steam ionization in the turbine are considered. At the same time, it is noted that for the practical implementation of these approaches, further careful design improvements and tests on model and full-scale installations are required. Water chemistry regimes are also considered in the context of their influence on the flow charge formation process, as well as on reliability and efficiency indicators of the turbine. Experimentally at an 800 MW turbine plant in the USA, it was shown that a change in the pH of the medium affects the intensity and polarity of the charge formation of the steam flow. The paper introduces the physical features of this phenomenon and notes the importance of these processes influence on the strength characteristics of the blades. Information on new methods and technologies that could lead to an increase in the operational efficiency and reliability of wet steam turbines, such as methods for input and removal of electrical energy into the flow; rational choice of water chemistry regimes; space charge neutralization, etc., is provided. These comprehensive electrophysical studies, considered in conjunction with thermal processes, can be characterized as a new scientific direction in the theory of steam turbines – thermal electrophysics. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/288986 |
| work_keys_str_mv |
AT tarelínao integratedstudiesofelectrophysicalprocessesinsteamturbines AT wereso integratedstudiesofelectrophysicalprocessesinsteamturbines AT tarelínao kompleksnídoslídžennâelektrofízičnihprocesívuparovihturbínah AT wereso kompleksnídoslídžennâelektrofízičnihprocesívuparovihturbínah |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:57Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:57Z |
| _version_ |
1809016189645488128 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2889862024-04-20T06:15:51Z Integrated Studies of Electrophysical Processes in Steam Turbines Комплексні дослідження електрофізичних процесів у парових турбінах Комплексні дослідження електрофізичних процесів у парових турбінах Тарелін, А. О. Weres, O. The paper deals with comprehensive research in the field of electrization of wet steam flow in a turbine. The experience of the conducted studies on laboratory stands and full-scale objects (CHP and TPP) in Ukraine and the USA is introduced and generalized. It was shown that in the process of steam electrization, the charge density in the flow can reach very high values (an order of magnitude appears to be higher than in a thundercloud), and this phenomenon mainly has a negative effect on the turbine operation. Statistical data on the charge formation of the steam flow in the low-pressure cylinder of the turbine are presented. Results of the research to establish the main electrophysical factors of influence on the surface strength of the blade, such as electric fields, charge density and their polarity, are presented. The research results showed that such factors as the presence of a positively charged steam flow, constant and variable electric fields, which were most often recorded at operating turbines of CHPs and TPPs, significantly (by two or more times) intensify erosion-corrosion processes on the metal surfaces of the blades, thus reducing their working resource. Thermodynamic processes are studied both under conditions of natural electrification of a high-speed flow, which reduce the efficiency by about 0.3–0.35%, and under the influence of artificially created electric charges, which make it possible to increase the efficiency of the steam expansion process in the turbine by 2 or more percent. Various options of local input of electrical energy for steam ionization in the turbine are considered. At the same time, it is noted that for the practical implementation of these approaches, further careful design improvements and tests on model and full-scale installations are required. Water chemistry regimes are also considered in the context of their influence on the flow charge formation process, as well as on reliability and efficiency indicators of the turbine. Experimentally at an 800 MW turbine plant in the USA, it was shown that a change in the pH of the medium affects the intensity and polarity of the charge formation of the steam flow. The paper introduces the physical features of this phenomenon and notes the importance of these processes influence on the strength characteristics of the blades. Information on new methods and technologies that could lead to an increase in the operational efficiency and reliability of wet steam turbines, such as methods for input and removal of electrical energy into the flow; rational choice of water chemistry regimes; space charge neutralization, etc., is provided. These comprehensive electrophysical studies, considered in conjunction with thermal processes, can be characterized as a new scientific direction in the theory of steam turbines – thermal electrophysics. У статті розглядаються комплексні дослідження в галузі електризації вологопарового потоку в турбіні. Представлено аналіз, узагальнено досвід проведених досліджень на лабораторних стендах і натурних об'єктах (ТЕЦ і ТЕС) України, США. Показано, що в процесі електризації пари щільність зарядів у потоці може досягати дуже високих значень (на порядок вищих, ніж у грозовій хмарі), доведено, що це явище негативно впливає на роботу турбіни. Наведено статистичні дані зарядоутворення парового потоку в циліндрі низького тиску турбіни. Представлено результати дослідження зі встановлення таких основних електрофізичних чинників впливу на поверхневу міцність лопатки, як електричні поля, густина зарядів і їхня полярність. Спираючись на це підкреслено, що такі фактори, як наявність позитивно зарядженого потоку пари, постійних і змінних електричних полів, що найчастіше реєструвалися на діючих турбінах ТЕС і ТЕЦ, значно (у два і більше разів) інтенсифікують ерозійно-корозійні процеси на металевих поверхнях лопаток, знижуючи тим самим їхній робочий ресурс. Термодинамічні процеси вивчаються як в умовах природної електризації високошвидкісного потоку, що знижують показники ефективності приблизно на 0,3-0,35%, так і під час впливу штучно створених електричних зарядів, які дають змогу підвищити ефективність процесу розширення пари в турбіні на 2 і більше відсотки. Розглядаються різні варіанти локального введення електричної енергії для іонізації пари в турбіні. При цьому наголошується, що для практичної реалізації цих пропозицій у подальшому потрібні ретельне конструкторське доопрацювання і випробування на модельних і натурних установках. Досліджуються також водно-хімічні режими у контексті їхнього впливу на процес зарядоутворення потоку, показники надійності й економічності турбіни. Експериментально на турбоустановці 800 МВт у США було показано, що зміна рН середовища впливає на інтенсивність і полярність зарядоутворення потоку пари. У статті увагу приділено фізичним особливостям цього явища і наголошено на важливості й впливі цих процесів на характеристики міцності лопаток. Наводиться інформація про такі нові методи і технології, що забезпечують збільшення експлуатаційної ефективності й надійності вологопарових турбін, як способи введення і відведення електричної енергії в потік; раціональний вибір водно-хімічних режимів; нейтралізація об'ємного заряду та ін. Комплексні електрофізичні дослідження, що розглядаються разом із тепловими процесами, можна охарактеризувати як новий науковий напрям у теорії парових турбін – теплоелектрофізика. У статті розглядаються комплексні дослідження в галузі електризації вологопарового потоку в турбіні. Представлено аналіз, узагальнено досвід проведених досліджень на лабораторних стендах і натурних об'єктах (ТЕЦ і ТЕС) України, США. Показано, що в процесі електризації пари щільність зарядів у потоці може досягати дуже високих значень (на порядок вищих, ніж у грозовій хмарі), доведено, що це явище негативно впливає на роботу турбіни. Наведено статистичні дані зарядоутворення парового потоку в циліндрі низького тиску турбіни. Представлено результати дослідження зі встановлення таких основних електрофізичних чинників впливу на поверхневу міцність лопатки, як електричні поля, густина зарядів і їхня полярність. Спираючись на це підкреслено, що такі фактори, як наявність позитивно зарядженого потоку пари, постійних і змінних електричних полів, що найчастіше реєструвалися на діючих турбінах ТЕС і ТЕЦ, значно (у два і більше разів) інтенсифікують ерозійно-корозійні процеси на металевих поверхнях лопаток, знижуючи тим самим їхній робочий ресурс. Термодинамічні процеси вивчаються як в умовах природної електризації високошвидкісного потоку, що знижують показники ефективності приблизно на 0,3-0,35%, так і під час впливу штучно створених електричних зарядів, які дають змогу підвищити ефективність процесу розширення пари в турбіні на 2 і більше відсотки. Розглядаються різні варіанти локального введення електричної енергії для іонізації пари в турбіні. При цьому наголошується, що для практичної реалізації цих пропозицій у подальшому потрібні ретельне конструкторське доопрацювання і випробування на модельних і натурних установках. Досліджуються також водно-хімічні режими у контексті їхнього впливу на процес зарядоутворення потоку, показники надійності й економічності турбіни. Експериментально на турбоустановці 800 МВт у США було показано, що зміна рН середовища впливає на інтенсивність і полярність зарядоутворення потоку пари. У статті увагу приділено фізичним особливостям цього явища і наголошено на важливості й впливі цих процесів на характеристики міцності лопаток. Наводиться інформація про такі нові методи і технології, що забезпечують збільшення експлуатаційної ефективності й надійності вологопарових турбін, як способи введення і відведення електричної енергії в потік; раціональний вибір водно-хімічних режимів; нейтралізація об'ємного заряду та ін. Комплексні електрофізичні дослідження, що розглядаються разом із тепловими процесами, можна охарактеризувати як новий науковий напрям у теорії парових турбін – теплоелектрофізика. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2023-10-13 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/288986 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 26 No. 3 (2023); 33-41 Проблемы машиностроения; Том 26 № 3 (2023); 33-41 Проблеми машинобудування; Том 26 № 3 (2023); 33-41 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/288986/282599 https://journals.uran.ua/jme/article/view/288986/282601 Copyright (c) 2023 А. О. Тарелін, O. Weres http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |