Математическое описание основных факторв, повышения газо-динамической нагрузки турбины тэц

Аннотация

В статье представлены результаты исследований технологического цикла работы турбины, которые позволили выразить основные концептуальные принципы через разработанную математическую модель динамических процессов турбины ТЭЦ

В силу известных преимуществ лопатки сложной геометрии являются наиболее распространенной и ответственной деталью применяемой в турбинах ГЭС и ТЭЦ, дислокация которых охватывает широкую географию России и Казахстана. Их надежность и совершенство в значительной степени определяют газодинамическое совершенство турбомашины и её долговечность. В процессе эксплуатации теплофикационных турбин, их лопатки подвержены высоким нагрузкам, вибрации, неравномерному циклическому нагреву, коррозии, эрозии и др. Одновременно в лопатках формируются такие механизмы разрушения, как ползучесть, усталость, малоцикловая усталость, термоусталость, существенно снижая надежность турбоагрегата в целом.

Статические и динамические нагрузки, длительно воздействуя на лопатку, вызывают концентрацию и аккумулирование в ней микроскопических повреждений, развитие и объединение которых приводит к появлению трещин и разрушению. В современном математическом описании работы турбины традиционно производят прочностной, силовой и термодинамические расчеты. Однако их результаты не всегда информативны и не содержат функциональных зависимостей учитывающие системные связи основных параметров, а также влияние динамических нагрузок турбины на энергоэффективность процесса отбора мощности и генерации энергии. Энергоэффективность и газоденамические процессы на переходных режимах работы турбины, как научная область изучена не в полной мере, что затрудняет установление и обоснование зависимостей основных параметров турбины, снижает возможность эффективного прогнозирования и применения высокотехнологичных способов восстановления проектной геометрии лопаток и ее физико-механических свойств.

Таким образом, известная математическая модель паровой турбины нуждается в существенной модернизации с обоснованием качественных критериев энергоэффективности процесса.

При разработке математической модели динамических процессов турбины, исследование пера лопатки произведено по стержневой модели и приняты следующие допущения: лопатку считать жестко заделанной в корневом сечении; материал лопатки считать линейно упругим; используется принцип суперпозиции: напряжения определяли от каждой из нагрузок отдельно по каждому виду деформации независимо и затем суммировали; для лопаток с малым радиусом переходного сечения из-за нелинейности деформаций это допущение может дать заметные погрешности; крутящие моменты и вызванные ими касательные напряжения рассчитаны для каждого участка лопатки; это допущение помогло расширить границы понимания причинно-следственных связей формирования внутренних напряжений на разной длине лопаток с большими углами естественной закрутки.

Температурные нагрузки, возникающие вследствие неравномерного нагрева лопатки, сравнительно малы в неохлаждаемых лопатках турбины и при исследовании лопаток не рассматриваются.

Критерием статической прочности лопаток служит величина запаса прочности, которая определяется как отношение предельного напряжения G_lipei к наибольшему суммарному напряжению:

Из разработанной математической модели динамических процессов турбины ТЭЦ установлено, что наименьший запас статической прочности находится в корневом сечении лопатки. На основании опыта проектирования в зависимости от типа и назначения турбомашины, типа лопаток, наличия бандажных полок, технологии изготовления лопаток и других факторов коэффициенты запаса прочности имеет диапазон 1,8...2,3.

Анализируя предложенную математическую модель динамических процессов турбины, особого внимания заслуживают следующие равенства:

- центробежные силы, действующие в сечениях i = 1, 0, и соответствующие Т/ГА/f uannau^PUTia глт тла/^тсг->.г/-с»г гттст-

- осредненное значение интенсивности газовой нагрузки по длине лопатки, в окружном направлении:

Таблица 1

Определяем окружную составляющую центробежной силы, действующей в плоскости ROy:

Результаты вычислений по равенству (11) сведены в табл. 2.

Таблица 2

Таким образом, результаты исследований технологического цикла работы турбины позволили выразить основные концептуальные принципы через разработанную математическую модель динамических процессов турбины ТЭЦ. Разработанная математическая модель, позволяет описать влияние динамических нагрузок турбины на энергоэффективность процесса отбора мощности и генерации энергии, а так же обосновать приоритетные конструктивные и режимные параметры, влияющие на снижение динамических нагрузок.

Литература:

1. Рудис А.М., Шостак А.В. Анализ повреждаемости и остаточного ресурса элементов конструкции ЖРД при статическом и циклическом нагружении // Диагностика и контроль. -2002 № 4.
2. Kamaraj М. Rafting in single crystal nickel- base superalloys An overview. Sadhana Vol. 28, Parts 1 & 2, February/April 2003. - P. 115 - 128. © Printed in India.
3. Орлов M.P. Образование пор в монокристаллических рабочих лопатках турбины в процессе направленной кристаллизации. // Металлы. -2008. -№ 1. - С. 70-75.