Численное моделирование термонапряженного состояния ротора паровой турбины для системы контроля переходных режимов работы турбоустановки в реальном времени тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат наук Смирнов, Александр Андреевич

• Смирнов, Александр Андреевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Александр Андреевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 .Состояние вопроса организации автоматизированного пуска энергоблоков паровых

турбин. Постановка задачи исследования

1.1.Задача автоматизации пуска

1.2.Современные подходы к автоматизации в энергетике

1.3.Современные энергетические тренажерные комплексы

1.4.Автоматизация непрерывного управления

1.5.Численные методы решения задачи теплопроводности

1.6.Применение метода конечных элементов в реальном времени

1.7.Постановка задачи

2.Выбор средств моделирования температурного поля ротора паровой турбины

2.1.Исходные данные для проектирования устройства

2.1.1.Математическая модель процесса остывания ротора

2.1.2.Характеристики применяемой термопары

2.1.3.Определение тепловой инерционности стенки цилиндра

2.2.Устройство для моделирования остывания ротора паровой турбины

2.2.1.Схемотехника устройства

2.2.2.0ценка погрешности измерения температур

2.2.3.Алгоритм работы устройства

2.2.4.Метод решения системы линейных уравнений

2.2.5.Тестирование устройства

2.3.Выводы к главе

3.Разработка конечно-элементной модели процесса прогрева для контроля теплового состояния роторов паровых турбин в реальном времени

3.1.Методика разработки конечно-элементной модели прогрева деталей турбины для работы в темпе процесса

3.2.Выбор средств проектирования и реализации динамической модели критической области ротора

3.2.1.Верификация реализации метода конечных элементов в системе МАТ1_АВ

3.2.2.Дополнительные программные инструменты

3.3.Эталонная модель ротора. Анализ результатов моделирования

3.4.Геометрическая модель критической зоны ротора. Условия однозначности

моделирования

3.4.1.Определение коэффициентов теплоотдачи

3.4.2.Определение температур греющего пара

3.5.Оптимизация конечно-элементной модели

3.6.Выводы к главе

4.Реализация конечно-элементной динамической модели теплового и

термонапряженного состояния роторов паровых турбин

4.1.Основные уравнения модели. Реализация метода конечных элементов в среде МАТ1_АВ

4.2.Реализация модели в среде МАНАВ

4.3.Переход от температурного поля модели к термическим напряжениям в роторе

4.3.^Моделирование термических напряжений в роторе паровой турбины

4.3.2.Определение характерных разностей температур

4.3.3.Определение регрессионной зависимости между характерными разностями температур и термическими напряжениями в модели

4.4.Реализация модели в среде 31тиНпк

4.5.Управление переходными режимами работы паровой турбины

4.6.Выводы к главе

Заключение

Список сокращений

Список литературы

Приложение 1 - Принципиальная схема устройства

Приложение 2 - Условия теплообмена в проточной части

Приложение 3 - Свойства стали Р2МА

Приложение 4 - Температурное поле РВД при прогреве

Приложение 5-Листинги программ дляАЫБУБ

Приложение 6 - Листинги программ для МАТЬАВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численное моделирование термонапряженного состояния ротора паровой турбины для системы контроля переходных режимов работы турбоустановки в реальном времени»

ВВЕДЕНИЕ

В связи с серьезной реструктуризацией и реформированием энергетической отрасли России, а также изменением обстановки потребления электрической энергии, возникает и ставится задача сохранения экономичности и долговечности работы оборудования при достаточно большом количестве пусков энергоблоков после непродолжительных резервов на несколько суток.

В настоящее время повышаются требования к маневренности энергоблоков, надежности в условиях роста неравномерности графиков нагрузки энергосистем. Возрастает объем используемой информации и количество объектов воздействия для современных энергоблоков, поэтому традиционные средства не справляются с обеспечением необходимой надежности и оперативности контроля и управления. Вместе с тем, реальная продолжительность переходных режимов, как правило, больше предусмотренной инструкцией по пуску. Все вышеперечисленное подчеркивает актуальность и важность автоматизации в современной энергетике.

Автоматизация управления пусками имеет особое значение по сравнению с автоматизацией других переходных режимов. При пуске энергоблока осуществляется управляемое изменение (программное пусковое регулирование) большого числа параметров в широком диапазоне — от начального, предпускового, до номинального уровня, а также дискретное изменение состояния большого числа объектов (клапанов, задвижек и пр.). При этом существует вероятность совершения оперативным эксплуатационным персоналом ошибок, которые могут задержать пуск, вызвать аварийное отключение энергоблока или привести к выходу из строя оборудования.

Автоматизация управления пусковыми режимами способна реализовать последовательность выполнения пусковых операций, обусловленную только требованиями технологии без учета способностей персонала, а также своевременно осуществить необходимые воздействия и проконтролировать их выполнение. При реализации усовершенствований автоматических систем управления (АСУ ТП) энергоблоков и внедрении их на электростанциях можно выделить такие наиболее важные потенциальные источники экономии:

повышение экономичности работы оборудования вследствие роста коэффициента

полезного действия выработки электроэнергии в стационарных режимах и сокра-

щения потерь теплоты при переходных режимах ввиду меньшего износа уплотнений турбин, а также из-за уменьшения длительности пусков;

повышение надежности работы оборудования, предотвращение аварийных ситуаций и повреждения оборудования;

сокращение численности оперативного эксплуатационного персонала.

Кроме того важным фактором, способствующим сохранению ресурса оборудования, является повышение квалификации эксплуатационного персонала станции. Особенно важна отработка навыков действия персонала в нештатных ситуациях, что может быть обеспечено применением современных тренажерных комплексов.

Актуальность проблемы. В настоящее время наблюдается тенденция к ужесточению требований, предъявляемых к надежности и маневренным характеристикам энергетических паровых турбин, что относится как к вновь проектируемым, так и находящимся в эксплуатации машинам. Можно выделить несколько причин данного явления.

Большая часть паровых турбин, эксплуатируемых в нашей стране близка к выработке своего ресурса. Для продления срока эксплуатации турбин и обеспечения их надежности необходимо принимать меры к снижению пусковых напряжений в деталях турбин, а также к снижению влияния человеческого фактора в наиболее ответственных переходных режимах работы турбоустановок.

В условиях нарастающего дефицита электроэнергии, турбоагрегаты, проектировавшиеся ранее как базовые, вовлекаются в покрытие переменной части суточного графика электрической нагрузки. В районах промышленных центров наибольшая часть генерирующих мощностей сосредоточена на крупных ТЭС, что обуславливает повышенные требования к маневренности мощных паровых турбин.

Активное проектирование и ввод в эксплуатацию новых парогазовых установок (ПГУ), выполненных по схеме с котлом-утилизатором, связано с предъявлением высоких требований к маневренности паровых турбин, что обусловлено необходимостью совместной работы с газотурбинной установкой (ПГУ), пуск которой осуществляется на порядок быстрее по сравнению с паротурбинной установкой (ПТУ).

Решение поставленных, во многом противоречивых, задач ведется за счет реализации новых конструктивных решений, ряда режимных мероприятий, а также за счет повышения степени автоматизации работы оборудования.

Для многих мощных паровых турбин, в том числе теплофикационных семейства Т-110/120-130 (далее по тексту Т-110), критическими (т. е. ограничивающими скорость переходных процессов) элементами при пуске являются ротора высокого (РВД) или среднего (РСД) давления. В настоящее время штатные средства измерения температуры роторов не предусмотрены.

Целью работы является разработка и исследование методов моделирования термонапряженного состояния роторов паровых турбин в темпе технологического процесса на основе современных информационных технологий и вычислительной техники. Для этого решены следующие задачи:

1. Выполнен обзор современного состояния вопроса автоматизации переходных режимов работы паровых турбин. Выполнен обзор и сравнение методов моделирования термонапряженного состояния деталей паровых турбин, а также применения метода конечных элементов (МКЭ) в реальном времени в некоторых специфических областях техники.

2. Для моделирования процесса остывания ротора паровой турбины на примере турбины Т-110 разработано микропроцессорное устройство для формирования начальных условий и выбора оптимальной технологии пусковых операций.

3. Предложена методика и алгоритм разработки оптимизированной модели температурного состояния ротора паровой турбины, физико-математической основой которой является решение задачи нестационарной теплопроводности с помощью МКЭ в реальном времени на ограниченных вычислительных ресурсах. По данной методике и алгоритму сформулирована и реализована модель температурного состояния РВД турбины Т-110.

4. Разработана методика и алгоритм вычисления максимальных термических напряжений в роторе. Получены регрессионные зависимости, связывающие температурное поле модели ротора, полученной по указанной методике, с соответствующими термическими напряжениями.

5. В среде МАТЬАВ 81тиПпк реализована библиотека блоков, обеспечивающая разработку и тестирование моделей термонапряженного состояния роторов паровых турбин.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен нетрадиционный подход к моделированию нестационарного температурного состояния ротора паровой турбины, заключающийся в использовании метода конечных элементов в реальном времени (ранее метод использовался лишь на этапе проектирования в конструкторском бюро). Доказана перспективность использования этого подхода в практике с точки зрения повышения точности моделирования по сравнению с традиционными методами.

2. Обоснованы, выбраны и исследованы наиболее значимые факторы при разработке и использовании данной модели, в т. ч. оптимизация модели, определение погрешности модели, определение частоты дискретизации для работы модели в реальном времени.

3. Введено понятие характерной разности температур, которое практически однозначно определяет максимальные температурные напряжения в критической зоне ротора (КЗР) паровой турбины.

4. Для паровой турбины Т-110 найдены характерные разности температур по телу ротора, однозначно определяющие температурные напряжения в КЗР — области регулирующей ступени (РС). Получены регрессионные зависимости, связывающие характерные разности температур и температурные напряжения в роторе, которые могут быть использованы при разработке алгоритмов автоматизации пусковых режимов рассматриваемой турбины.

Практическая значимость определяется тем, что: разработаны и реализованы технологии получения информации о термонапряженном состоянии ротора паровой турбины в реальном времени; определены пределы и перспективы использования методики для совершенствования систем автоматического управления паротурбинной установкой, а также проектирования современных тренажерных комплексов для эксплуатационного персонала паротурбинных энергоблоков.

По предложенным автором методикам разработано программное обеспечение в средах МАТ1_АВ и АЫЗУв, облегчающее и автоматизирующее разработку моделей термо НДС деталей турбины. В среде МАТЪАВ Б^иПпк разработана библиотека блоков

для апробации данных моделей. В условиях эксплуатации данные модели могут быть реализованы на имеющихся контроллерах, либо на выделенных компьютерах, даже не обладающих большой вычислительной мощностью.

Разработано и верифицировано микропроцессорное устройство для моделирования процесса остывания ротора паровой турбины.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается корректным применением общепризнанных методик проектирования и моделирования, математических методов и алгоритмов. В работе использовано сертифицированное программное обеспечение: АЫЗУЭ, МАТ1_АВ, используемое инженерами и учеными во всем мире. Моделируемые узлы выполнены с учетом реальной геометрической формы по чертежам завода-изготовителя, учтены нелинейности при задании свойств материалов. Результаты, полученные в настоящей работе, соответствуют экспериментальным данным, а также данным, приведенным в оригинальных работах других исследователей.

На защиту выносятся:

Математическая модель температурного состояния роторов паровых турбин и соответствующий алгоритм, физико-математической основой которых является решение задачи нестационарной теплопроводности с помощью МКЭ в реальном времени;

Методика разработки и оптимизации конечно-элементной модели ротора паровой турбины для работы в реальном времени;

Зависимости, позволяющие перейти от температурного поля РВД турбины Т-110 к соответствующим термическим напряжениям;

Алгоритм и соответствующая блок-схема Б^иПпк модели термонапряженного состояния РВД турбины Т-110 при пуске;

Разработанное на основании исследований микропроцессорное устройство для контроля остывания ротора паровой турбины в темпе процесса.

Апробация работы. Основные материалы и результаты настоящей диссертационной работы докладывались на XVI и XVIII международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2009 г.); V Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2010 г.); VI международной научно-практической конференции (Иваново, 2011 г.); Энерго - и ресурсо-

сбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Всероссийская научно-практическая конференция (Екатеринбург, 2011 г); I Объединенная научно-техническая конференция специалистов энергетического комплекса Свердловской области (Ново-Свердловская ТЭЦ, 2013 г.); Национальный конгресс по энергетике (Казань, КГЭУ, 2014 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ [2,4,6,1,7,8,11,15,16], в том числе 4 работы в журналах по списку ВАК.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы (139 наименований) и 6 приложений. В приложениях даны исходные тексты разработанных программ.

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цели работы, показаны научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор литературы, посвященный проблемам автоматизации переходных режимов работы паровых турбин. Рассмотрены подходы к данной проблеме, сформировавшиеся на заре электронной вычислительной техники, а также современные решения в данной области. Произведен обзор методов моделирования тепловых процессов в физических телах, а также их приложение к задачам автоматического управления. Акцент сделан на распространенном в настоящее время методе конечных элементов.

Во второй главе представлен подход к проектированию микропроцессорного устройства, моделирующего остывание ротора высокого давления теплофикационной паровой турбины Т-110. Проработаны основные аспекты проектирования: реализация математической модели процесса остывания, встраивание в существующие системы турбины, выбор элементной базы, оценка погрешности устройства, тестирование устройства в виртуальной компьютерной среде, а также верификация устройства на основе экспериментальных данных.

В третьей главе представлена методика разработки оптимальной модели прогрева критических узлов паровой турбины, предназначенной для работы в реальном времени, физико-математической основой которой является решение нестационарной задачи теплопроводности с помощью МКЭ. По указанной методике разработана конечно*

элементная модель зоны РС паровой турбины Т-110, а также определена погрешность моделирования.

В четвертой главе проработаны математические аспекты практической реализации указанной модели, предложены методы и алгоритмы ее программирования. Осуществлен переход от температурного поля, получаемого непосредственно из модели к соответствующим термическим напряжениям. Получены регрессионные зависимости, связывающие температурное поле критической зоны паровой турбины Т110 (области РС) с термическими напряжениями, позволяющие автоматизировать пусковые режимы данной турбины. По указанным алгоритмам разработана и протестирована библиотека блоков в среде МАТ1.АВ Б^иГтк, часть из которых является универсальными для данного класса задач и пригодными для использования с другими турбинами.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты, полученные в настоящей работе.

В приложениях приведены тексты разработанных программ, табулированные значения некоторых использованных в работе величин, схемы, а также изображения температурных полей ротора.

Работа выполнена на кафедре «Турбины и двигатели» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.И- Ельцина».

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту Вере Николаевне Голошумовой за постоянную помощь и поддержку в работе, а также за конструктивную критику.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОРГАНИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПУСКА ЭНЕРГОБЛОКОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН. ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Тема настоящей работы заключается в исследовании автоматизации пуска паровой турбины на примере теплофикационной турбины семейства Т-110/120-130 (Т-110). Структура предметной области исследования показана на Рисунке 1.1. Из рисунка видно, что автоматизация пуска является комплексной задачей и включает по меньшей мере три основных этапа: выделение «критических» элементов конструкции турбины, лимитирующих скорость пуска (по условиям возникновения температурных напряжений, либо ограничения тепловых расширений) в каждый момент времени; определение предпускового температурного состояния критических элементов; выбор способа управления пуском, учитывающего факторы обоих предыдущих этапов.

1.1. Задача автоматизации пуска

Одним из первых авторов, систематизировавших информацию по направлениям и методам автоматизации пусков паровых турбин был А. Ш. Лейзерович. В своей монографии [81] автор рассматривает вопросы организации температурного контроля, построения алгоритмов непрерывного и дискретного управления паровыми турбинами ТЭС и АЭС при автоматизированных пусках по опыту освоения систем управления пуском энергоблоков в СССР (Рисунок 1.2). Основная часть материала книги получена в работах, проводившихся автором совместно с сотрудниками отделения автоматизации, а также лаборатории переменных режимов турбин ВТИ [98,111,107,104,92,105,100,77].

В работе [81] выделяется два направления автоматизации энергоблоков — автоматизация дискретного управления и автоматизация непрерывного управления.

Дискретное управление применяется для узлов, изменяющих свое состояние в пределах конечного множества значений (например запорные задвижки) и по своей природе хорошо реализуется на базе цифровой техники. Основным принципом организации дискретного управления является объединение отдельных узлов в группы оборудования с целью создания древовидной иерархической структуры.

Рисунок 1.1 - Структура предметной области исследования (выделены элементы,

рассмотренные в данной работе)

Рисунок 1.2 - Объем и структура начальных этапов разработки технологических основ автоматизации пусков паровой турбины

Показано, что основной проблемой автоматизации пуска является непрерывное регулирование параметров температурного и силового нагружения турбин по допустимым уровням напряжений в критических зонах.

Основным критерием оптимальности пуска является минимизация его продолжительности. Однако при числе управляющих воздействий, большем числа ведущих показателей (критических элементов), изменение которых определяется этими воздействиями, возникает необходимость выбора дополнительных критериев. В работе [118] в качестве такого критерия предложена наибольшая полнота графика нагружения или, другими словами, минимальное время достижения промежуточных нагрузок и максимальная выработка электроэнергии за время пуска.

Большое количество публикаций посвящено определению критического элемента конструкции турбины.

Органы паровпуска турбины, особенно СК, работают в наиболее опасных с точки зрения возникновения температурных напряжений условиях. Температура пара в паровых коробках СК и РК при пусках из холодного состояния изменяется в диапазоне от 30 °С до температуры свежего пара 550 °С. Высокие параметры и скорости пара в корпусах клапанов обуславливают весьма интенсивную теплоотдачу в них. Большие толщины стенок и фланцев корпусов СК и РК обусловлены большими перепадами давления. При этом диаметр паровой коробки и, соответственно, самого СК чаще всего значительно превышает диаметр РК. Таким образом СК большинства паровых турбин могут оказаться критическими элементами конструкции [32]. В работах [114,115,101] показано, что наибольшие разности температур наблюдаются в процессе предварительного прогрева СК конденсирующимся паром с помощью байпаса ГПЗ. Исследованию СК теплофикационных турбин посвящены работы [86,62,32]. В последней работе проведено моделирование СК турбин Т-110, и Т-250 с учетом реальной геометрической формы и трехмерного температурного поля, при этом показано, что напряжения в СК данных турбин достигают значительных величин, но не превышают предел текучести °о,2 металла в течение всего процесса пуска. Также в данной работе предложен достаточно простой метод контроля температурных напряжений в СК Т-110, базирующийся на непосредственном термометрировании клапана в трех сечениях.

Отнесение корпуса ЦВД турбин к критическим элементам при пуске возможно на основании факта возникновения существенных температурных неравномерностей в толстостенной конструкции с массивными фланцами, характерной для одностенных

корпусов турбин, работающих на докритических и сверхкритических параметрах пара. Обычно выделяют три составляющие неравномерности температурного поля, которые могут оказывать существенное влияние на термонапряженное состояние корпуса и могут быть представлены как отдельные одномерные задачи [91]:

Радиальная неравномерность распределения температур, которая характеризуется разностями температур по толщине стенок корпуса и ширине фланцев. Для более равномерного прогрева фланцевого соединения горизонтальных разъемов и удержания в допустимых пределах относительного расширения роторов при пусках, на большинстве отечественных турбин предусматривается система обогрева фланцев и шпилек (СОФШ). На современных модификациях паровых турбин применяется СОФШ с подачей пара в обнизку фланца из камеры регулирующей ступени (КРС) [82,88].

• Осевая неравномерность распределения температур, которая обусловлена, главным образом, различными температурами пара и коэффициентами теплоотдачи (варьируются от значений, не превышающих 400 Вт/м2-К до 7000 Вт!м2-К в КРС) в камерах по длине цилиндра.

• Окружная неравномерность температур, которая проявляется, прежде всего, в виде разностей температур верха и низа корпусов, а также в виде разностей температур стенка-фланец.

Детальное исследование корпусов ЦВД турбин Т-110, Т-250 в процессе пуска с использованием метода конечных элементов (МКЭ) в трехмерной постановке задачи с незначительными допущениями проведено в работе [32]. Показано, что температурные напряжения, возникающие в элементах корпуса в районе ПКУ и КРС в процессе ПХС превышают предел длительной прочности dm или даже предел текучести а'0)2 металла (сталь 15Х1М1ФЛ), что подтверждается обнаружением трещин в указанных областях при ремонте данных турбин. В работе дан ряд конструктивных и режимных мероприятий, позволяющих снизить температурные напряжения и, таким образом, исключить корпус ЦВД из числа критических элементов турбины.

При разработке автоматизированных систем управления пуском, наибольшие сложности вызывает определение температурных напряжений, возникающих в роторах паровых турбин, что связано с практической невозможностью их непосредственного термометрирования в процессе эксплуатации. Известны лишь единичные случаи тер-

мометрирования роторов, например в работах [59,95]. В статьях В. В. Куличихина [13,97,96,79,63,26] описан уникальный эксперимент по термометрированию в осевой расточке РВД и РСД теплофикационной турбины Т-100-130.

Ротора могут быть критическими элементами по нескольким причинам:

Значительные изменения температуры пара в процессе пуска при больших коэффициентах теплоотдачи, обусловленных высокими скоростями пара;

Наличие концентраторов напряжений в высокотемпературных частях ротора;

Суперпозиция температурных напряжений и напряжений от ЦБС инерции.

Анализу как теплового, так и термонапряженного состояния роторов конденсационных турбин посвящено значительное количество работ, результаты которых обобщены в монографиях [81,91,83]. Расчетные и экспериментальные исследования термо НДС роторов мощных турбин с промежуточным перегревом пара (ППП), проведенные авторами работ [90,87,85,104,78], позволяют утверждать, что в таких турбинах критическим элементом является РСД. Это обусловлено тем, что, во-первых, металл ротора в зоне паровпуска и передних концевых уплотнений (ПКУ) омывается паром, имеющим достаточно высокую температуру (близкую к температуре свежего пара), во-вторых, большими диаметрами РСД по сравнению с РВД, в-третьих, наличием ярко выраженного думмиса у РСД некоторых турбин с однопоточной конструкцией ЦСД.

Значительно меньшее количество исследований относится к роторам теплофикационных турбин. В работах [103,32] показано, что возникающие в них температурные напряжения могут превосходить предел текучести роторной стали. Данное явление обусловлено тем, что теплофикационные турбины, как правило, устанавливаются на ТЭЦ с поперечными связями и, соответственно, пускаются на номинальных параметрах пара.

Степень абстрагирования модели от реальной геометрической формы ротора менялась со временем следующим образом:

1) В работах [87,103] ротор рассматривался как бесконечный цилиндр, нагреваемый по внешней и идеально теплоизолированный по внутренней поверхности. Подобная одномерная расчетная схема чаще всего использовалась при разработке алгоритмов контроля за прогревом ротора [98,104].

2) В работах [85,93,94] роторы турбин рассматривались как тела вращения, а расчет температурных полей производился с помощью МКР либо МКЭ на равномерной прямоугольной сетке. Все сетки были построены без учета концентраторов напряжений (причиной упрощения служило отсутствие достаточно мощных ЭВМ на момент проведения исследований), после чего вводились коэффициенты концентрации [80].

3) В работе [76] показано, что температурное поле ротора в зависимости от толщины диска рабочего колеса ступени может быть существенно двухмерным (под диском имеется т. н."холодное пятно"); проведение расчета температурных напряжений в роторе по температурному полю в зоне уплотнения между дисками может быть источником значительных ошибок как в величине напряжений на поверхности, так и во времени достижения ими максимальных значений.

4) В современных работах [37,32] проведены исследования РСД турбины К-300-240-2, а также РВД и РСД теплофикационных турбин Т-110 и Т-250 в двухмерной постановке задачи с учетом реальной геометрической формы в конечно-элементном пакете АЫЗУЭ. Анализ полученных температурных полей и структуры НДС выявил характерные области указанных роторов, являющиеся критическими зонами при пуске.

В работе [81] показано, что вне зависимости от способа автоматизации непрерывного управления (по временным программам, с помощью численного решения уравнения теплопроводности и т. д.), определяющую роль при пуске играет предпусковое тепловое состояние узлов турбины. В этом направлении известны экспериментальные исследования остывания роторов теплофикационных турбин, применительно к выбору момента времени отключения системы смазки и ВПУ для уменьшения времени простоя при непродолжительных ремонтах [96,79,63,26]. Применение математического моделирования остывания представлено в статьях [61,52,50], однако предлагаемые модели слишком сложны для использования в реальном времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Александр Андреевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голошумова В. Нм Бродов Ю. М., Смирнов А. А. Моделирование температурного поля ротора паровой турбины для систем контроля его термонапряженного состояния // Надежность и безопасность энергетики. — 2013. — № 4. — С. 59-64.

2. Плоткин Е. Р., Лейзерович А. III., Беркович Я. Д. Информационная поддержка оператора при пусках турбины 228 МВт II Электрические станции. — 2013. — № 10. — С.14-21.

3. Виноградов А. П., Киселёв А. И. Тренажеры нового поколения для подготовки персонала энергопредприятий // Тезисы докладов международной научно-технической конференции "XVII Бенардосовские чтения", Иваново, ИГЭУ, 29-31 — 2013. — Т. 2.

— С. 52-57.

4. Смирнов А. А., Голошумова В. Нм Бродов Ю. М. Моделирование температурного поля ротора паровой турбины в реальном времени II Надежность и безопасность энергетики. — 2012. — № 2. — С. 30-36.

5. Управление пусковыми режимами теплофикационных паровых турбин в составе парогазовых установок / Голошумова В.Н., Бродов Ю. М., Кляйнрок И. Ю., Смирнов

A. А. // Теплоэнергетика. — 2012, — № 12, — С. 1-9.

6. Голошумова В. Н., Смирнов А. А. Контроль предпускового температурного состояния ротора паровой турбины // Тяжелое машиностроение. — 2011. — № 3.

— С. 40-43.

7. Смирнов А. А., Голошумова В. Н., Бродов Ю. М. Моделирование термонапряженного состояния ротора для контроля пуско-остановочных режимов работы паровых турбин // Повышение эффективности энергетического оборудования: Материалы VI международной научно-практической конференции.

— Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государ, энергетический университет им.

B.И. Ленина», 2011. — С. 98-101.

8. Смирнов А. А., Голошумова В. Н. Моделирование температурного поля ротора для контроля пусковых режимов работы паровых турбин II Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых 13-16 декабря 2011. — Екатеринбург: УрФУ, 2011. — 508 с. — С. 225-227.

ái

9. Кочеров Е. П., Виноградов А. С. Расчет показателей надежности деталей турбины авиационного ГТД: Учеб. Пособие // Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. Ун-та,

— 2011, —34 е.; 23 ил.

10. Переверзев Д.А. Об организации переходных режимов при совершенствовании показателей маневренности мощных паровых турбин / Д.А. Переверзев, А.Г. Лебедев / Тез. докл. XII Международной научно- технической конференции (19-22 сентября 2006). Харьков, 2006. Секц. I, докл. 3

11. Голошумова В. Н., Смирнов А. А., Бродов Ю. М. Исследование особенностей сложного теплообмена в подшипниках паровых турбин II Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

— Т. 7. — 202 с. — С. 79-82.

12. Современные программно-технические комплексы для теплоэнергетики и перспективы их развития / Сердюков О. В., Нестуля Р. В., Кулагин С. А., Скворцов А. Н., Тимошин А. И., Дорошкин А. А., Сорокин И. В. // Теплоэнергетика. — 2010. — № 10.— С. 58-61.

13. Куличихин В. В. Совершенствование режимов эксплуатации турбоагрегатов. Полиграфический центр МЭИ (ТУ), — 2010, — 258 с. с илл.

14. Рабенко В. С., Киселев А.И. Моделирование нестационарного температурного поля статора паровой турбины // Надежность и безопасность энергетики. — 2009.

— № 1, —С. 46-49.

15. Использование модели остывания ротора для определения предпускового температурного состояния регулирующей ступени паровой турбины (тезисы), Похорилер В.Л. Голошумова В.Н. Смирнов А.А Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч. 1. 257 с. С. 104-106

16. Бродов Ю. М., Смирнов А. А. Выбор и обоснование методов моделирования температурного состояния ротора паровой турбины при остывании II Научные труды XVIII международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. — Ч. 3.

— 413 с.— С. 179-182.

17. Опыт разработки и внедрения АСУ ТП ПГУ-325 Ивановской ГРЭС / Биленко В. А., Черномзав И. 3., Артанов С. В., Еканин А. Г., Ермолаев В. В., Мухаррямов Р. В., Пережогина А. А., Соловьев М. Ю., Спринчан В. П. // Электрические станции. — 2009. — № 2. — С. 25-35.

18. Автоматизация российского энергетического оборудования: вчера, сегодня, завтра / Свидерский А. Г., Биленко В. А., Лыско В. В. // Электрические станции. — 2009. — № 2. — С. 2-8.

19. Опыт разработки и внедрения полномасштабной АСУ ТП энергоблока ПГУ-450Т на ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» / Копсов А. Я., Свидерский А. Г., Биленко В. А., Добрев Е. Н., Уколов С. В., Жежеря Д. А., Плотников Д. В., Шавочкин И. А., Маневская О. А., Асосков О. Г. / Электрические станции. — 2009. — № 2. — С. 9-16.

20. Автоматизация энергоблоков Т-250 ТЭЦ МОСЭНЕРГО на базе программно-технического комплекса БРРА-ТЗООО / Гальперина А. И., Грехов Л. Л., Захаренков

A. В., Костенко В. И., Самарин С. В., Тулин В. М. // Электрические станции. — 2009.

— №2. —С. 17-24.

21. Разработка технологических алгоритмов для АСУ ТП энергоблоков / Нестеров Ю.

B., Пикин М. А., Романовская Е. Ю. // Теплоэнергетика. — 2009. — № 10. — С. 2124.

22. Программно-технический комплекс КВИНТ СИ и его применение в задачах нормированного первичного и автоматического вторичного регулирования частоты и мощности / Башарин В. В., Певзнер В. В. // Теплоэнергетика. — 2009. — № 10. —

C. 37-43.

23. СО 153-34.17.440-2003. Инструкция по продлению срока эксплуатации паровых турбин сверх паркового ресурса. — М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2008.

24. Култышев А. Ю., Похорилер В. Л., Голошумова В. Н. Обеспечение надежности пуска паровой турбины при помощи двухмерной модели прогрева высокотемпературного ротора // Надежность и безопасность энергетики. — 2008.

— № 2. — С. 51-55.

25. Ивановский А. А., Похорилер В. Л., Голошумова В. Н. Исследование термонапряженного состояния ротора паровой турбины Т-110/120-130 // Энергетические машины и установки. — 2008. — № 3. — С. 20-25.

26. Исследование пуска турбины Т-100-130 после имитации аварийного останова с потерей собственных нужд / Н. А. Зройчиков, В. В. Куличихин, А. А. Патакин [и др.] // Надежность и безопасность энергетики. — 2008. — № 2. — С. 45-48.

27. Разработка и внедрение АСУ ТП Сочинской ТЭС / Иванов В. Г., Курылева И. И., Молчанов К. А., Романов Н. А., Иванов В. В. // Теплоэнергетика. — 2008. — № 12.

— С. 50-55.

28. АСУ тепловыми процессами ГТЭ-110 — первой отечественной высокотемпературной газовой турбины большой мощности / Черномзав И. 3., Жежеря Д. А., Мухаррямов Р. В., Пережогина А. А. // Теплоэнергетика. — 2008. — № 10. —С. 61-68.

29. Автоматизация пуска энергоблоков с прямоточными котлами / Гальперина А. И., Грехов Л. Л., Крылов В. Ю., Михин А. В. // Теплоэнергетика. — 2008. — № 10. — С. 61-68.

30. Новые технические средства для автоматизации объектов энергетики / Свидерский

A. Г, Херпель X. /Яеплоэнергетика. — 2008. — № 10. — С. 9-13.

31. Основные результаты работы ЗАО «ИНТЕРАВТОМАТИКА» за 15 лет / Лыско В. В., Свидерский А. Г., Биленко В. А., Ананьев А. А. // Теплоэнергетика. — 2008. — № 10. —С. 2-8.

32. Ивановский А. А. Моделирование теплового и термонапряженного состояния критических узлов высокотемпературной части теплофикационных паровых турбин с целью повышения их надежности и маневренности: дис. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2008.

33. Динамика и прочность турбомашин: учебник для вузов / А. Г. Костюк. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — 476 с: ил.

34. Рабенко B.C. Тренажер энергоблока на базе технологий ПТК «КВИНТ» II Вестник ИГЭУ. —2007, — № 2. — С. 43-46.

35. Тепловые методы технической диагностики строительных материалов и изделий: монография / В. Н. Чернышев, В. Г. Однолько, А. В. Чернышов, В. М. Фокин. — М.: "Издательство Машиностроение-1", 2007. — 208 с.

36. Фирсов Д.К. Метод контрольного объёма на неструктурированной сетке в вычислительной механике. Учебное пособие. — Томск: ТГУ, 2007. — 72 с.

37. Култышев А. Ю. Исследование и совершенствование режимов остановки теплофикационных паровых турбин: дис. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2007.

38. Программно-технический комплекс КВИНТ СИ — новый этап автоматизации тепловых электростанций / Кузнецов С. И., Тюрин Ю. А., Вировец М. А., Игнатенков

B. П., Певзнер В. В., Уланов А. Г. // Теплоэнергетика. — 2007. — № 10. — С. 8-14.

39. Автоматизированные системы управления тепловыми процессами на базе программно-технического комплекса САРГОН I Менделевич В. А., Спирина Е. К., Зюзичева Ю. Б. II Теплоэнергетика. — 2007. — № 10. — С. 31-39.

40. Компания "Модульные системы ТОРНАДО": 15 лет на рынке промышленной автоматизации // Автоматизация в промышленности. — 2007. — № 3. — С. 3-5.

41. Автоматизированная система управления тепловыми процессами ТЭЦ-8 ОАО «МОСЭНЕРГО» на базе программно-технического комплекса САРГОН / Менделевич В. А., Спирина Е. К., Алексеев А. А., Грузнов А. Ю. II Теплоэнергетика.

— 2006. — № 10. — С. 53-60.

42. Басов К.А. ANSYS: справочник пользователя. — М.: ДМК Пресс, 2005. — 640 с.

43. Современные АСУ ТП для объектов энергетики / Сердюков О. В., Кулагин С. А., Кузнецов В. И., Тимошин А. И., Софронов А. В., Сорокин И. В. // Электрические станции. — 2005. — № 8. — С. 86-90.

44. Конструкционный анализ в среде ANSYS: Учебное пособие / О. М.Огородникова.

— Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. — 68 с.

45. ANSYS для инженеров: Справочное пособие / Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. — М.: Машиностроение, 2004. — 512 с.

46. Рабенко B.C. Тренажеры для подготовки операторов энергооборудования II Изв. вузов. Электромеханика. —2003, — № 4. — С. 70-76.

47. Моделирование деформаций упругих объектов в виртуальных окружениях в реальном времени, используя метод конечных элементов и предвычисленные функции Грина / Никитина Л. Д., Никитин И. Нм Фролов П. В., Геббельс Г., Гебель М., Клименко С. В., Нильсон Г. М. // Электронный журнал "Исследовано в России".

— 2003. — № 6. — С. 267-276. — URL: http://zhurnal.gpi.ru/articles/2003/026.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

48. Рындин Е.А. Методы решения задач математической физики Учебное пособие. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003 г. — 119 с.

49. Патанкар С. В. Численное моделирование задач теплопроводности и теплообмена при течении в каналах: Пер. с англ. Е.В. Калабина: Монография / C.B. Патанкар. — М.: Изд-во МЭИ, 2003. — 124с. — ил. ISBN: 5-7046-0898-1

50. Голошумова В. Н., Похорилер В. Л. Моделирование процессов остывания теплофикационных паровых турбин // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. — Харьков: Институт проблем машиностроения HAH Украины, 2003. —- Т. 1. — С. 103-106.

51. Рабенко B.C., Мошкарин A.B. Повышение безопасности, надежности, экономичности и продление срока службы оборудования предприятий тепловой энергетики

а

средствами новых компьютерных технологий подготовки оперативного персонала // Энергосбережение и водоподготовка. 2002, — № 2. — С. 31-39.

52. Отключение системы смазки при повышенных температурах металла цилиндров остановленных турбин / В. Л. Похорилер, В. Н. Голошумова, Е. Э. Вульфов [и др.] // Тяжелое машиностроение. — 2002. — № 2. — С. 9-11.

53. Шаргородский В. С. Анализ режима прогрева турбины К-300-240 ЛМЗ при пусках из различных тепловых состояний / В. С. Шаргородский, Л. А. Хоменок, В. В. Божко, В. К. Коновалов // Труды ЦКТИ. — 2002. — Вып. 283. — С. 159-169.

54. Шаргородский В. С. Структура, назначение и основные принципы создания информационно-диагностической системы "Ментор" / В. С. Шаргородский, В. В. Божко // Труды ЦКТИ. — 2002. — Вып. 283. — С. 192-197.

55. Марочник сталей и сплавов / М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю. В. Каширский [и др.]; Под общей ред. А. С. Зубченко — М.: Машиностроении, 2001. — 672 с.

56. АСУ ТП паротурбинной установки Вологодской ТЭЦ на базе ПТК «САРГОН» / В. К. Крайнов, В. Н. Шамко, А. Г. Иванов, В. А. Менделевич, Д. Б. Палицын // Новое в российской энергетике. — 2001. — № 8. — С. 26-32.

57. Романко В. К. Курс дифференциальных уравнений и вариационного исчисления. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 344 с. — 2-е изд.

58. Похорилер В. Л. Виртуальная аналоговая модель прогрева ротора паровой турбины для АСУ ТП энергоблоков / В. Л. Похорилер, И. Н. Макаров // Совершенствование турбин и турбинного оборудования: региональный сб. научн. ст. УГТУ. — Екатеринбург, 2000. — С. 26-37.

59. Голошумова В. Н. Исследование и совершенствование режимов остановки теплофикационных паровых турбин: дис. ... канд. техн. наук. — Екатеринбург, 1999.

60. ГОСТ 6616-94. Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия. — М.: ИПК Издательство стандартов, 1998.

61. Совершенствование режимов остановов паровых турбин ОАО ТМЗ/ В. Н. Голошумова., Д. Е. Губанов, В. В. Кортенко, [и др.] // Тяжелое машиностроение. — 1998, —№9.— С. 35-39.

62. Шевченко Т. Г. Контроль и управление термонапряженного состояния стопорного клапана при пуске турбины Т-110/120-130 // Межвузовский сборник научных трудов. — Екатеринбург. — 1993. — С. 51-61.

63. Исследование возможности останова валоповоротного устройства и отключения

системы смазки турбины Т-250/300 при повышенных температурах ЦВД / Е. Р. Плоткин, В. В. Куличихин, Ю. А. Радин [и др.] // Электрические станции. — 1991. — № 2. — С. 45-49.

64. ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования. — М.: издательство стандартов, 1989.

65. Обоснование и разработка технических решений по алгоритмическому обеспечению программ управления переходными режимами блока 800 МВт / В. Л. Похорилер, Е. Э. Вульфов, С. А. Требухин, Л. Д. Климова, И. Н. Макаров, А. И. Шкпяр, Т. Г. Шевченко [и др.]; под ред. В. Л. Похорилера. — Свердловск: УПИ, 1989.— 294 с.

66. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галёркина. — М.: Мир, 1988.

67. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. — М.: Мир, 1987. — 524 с.

68. РТМ 108.021.103-85. Детали паровых стационарных турбин. Расчет на малоцикловую усталость. — М.: Минэнергомаш, 1986.

69. Ортега Дж., Пул У. Введение в численные методы решения дифференциальных уравнений. — М.: Наука, 1986, 288с.

70. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986, — 318 с.

71 Похорилер В. Л. Решение нелинейных задач теплопроводности методом z-преобразования / В. Л. Похорилер // Инженерно-физический журнал. — Минск, 1986.—Т. И, № 1.

72. Плоткин Е. Р. Исследование термонапряженного состояния основных узлов с целью совершенствования переходных режимов и повышения маневренности паровых турбин энергоблоков: Автореф. дис. ... доктора техн. наук. — Л., 1985. — 44 с.

73. Похорилер В. Л. Динамическая модель прогрева элементов энергетического оборудования при двухмерных температурных полях // Известия вузов: Энергетика. — 1985. — № 7. — С. 94-99.

74. Бенерджи П., Баттерфилд Р. Методы граничных элементов в прикладных науках / Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 494 с.

75. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 428с.

76. Плоткин Е. Р. Термонапряженное состояние цельнокованого дискового ротора / Е.Р.

Плоткин, М.Н. Зингер // Теплоэнергетика. — 1984. — № 4. — С. 52-54.

77. Автоматизированная система управления турбиной К-800-240-5 / А. Ш. Лейзерович, А. Д. Меламед, В. А. Панфилов [и др.] // Электрические станции. — 1984. — №6.— С. 31-35.

78. Исслеование теплового состояния ротора среднего давления турбины К-200-130 ПОТ ЛМЗ в пусковых режимах / И. Г. Левит, Р. М. Фурман, Г. Д. Авруцкий II Теплоэнергетика. — 1984. — № 2. — С. 20-24.

79. Людомирский Б. Н., Куличихин В. В., Тажиев Э. И. Остывание ротора высокого давления турбины Т-100-130 в зонах концевых уплотнений // Электрические станции. — 1983. — № 12. — С. 31-35.

80. Плоткин Е. Р. Расчет температурных напряжений в системе тепловых канавок на поверхности роторов паровых турбин // Теплоэнергетика. — 1983. — № 6. — С. 1823.

81. Лейзерович А. Ш. Технологические основы автоматизации пусков паровых турбин.

— М.: Энергоатомиздат, 1983. — 176 с.

82. Куличихин В. В. Совершенствование систем обогрева фланцев и шпилек ЦВД теплофикационных турбин / В. В. Куличихин, Э. И. Тажиев, О. В. Соловьева // Сборник научных трудов под ред. Е. Р. Плоткина. — 1983. — С. 17-22.

83. Сафонов Л. П. Тепловое состояние высокоманевренных паровых турбин / Л. П. Сафонов, К. П. Селезнев, А. Н. Коваленко. — Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1983. — 295 с.

84. РТМ 108.020.16-83. Расчет температурных полей роторов и корпусов паровых турбин. — М.: Минэнергомаш, 1983.

85. Термонапряженное состояние роторов турбины К-800-240-3 / Г. Д. Авруцкий, Д. X. Краковский, В. И. Нахимов [и др.] // Теплоэнергетика. — 1982. — № 4. — С. 17-20.

86. Контроль и управление термонапряженным состоянием стопорного клапана при пуске турбины ПТ-135/165-130 / В. Л. Похорилер, В. И. Левченко, В. М. Пашнин, Л. Д. Забежинский // Энергомашиностроение. — 1982. — № 9. — С. 33-36.

87. Межлумов М. М. Исследование маневренных характеристик мощных паротурбинных агрегатов на моделях их теплового состояния / М. М. Межлумов, Д. А. Переверзев, В. А. Палей // Теплоэнергетика. — 1981. — № 2. — С. 67-69.

88. Куличихин В. В. Рациональное выполнение системы обогрева одностенных ЦВД паровых турбин / В. В. Куличихин, Э. И. Тажиев // Электрические станции. — 1981.

— № 12, —С. 35-40.

89. Похорилер В. Л. Моделирование прогрева ротора паровой турбины при двухмерном температурном поле / В. Л. Похорилер // Теплоэнергетика. — 1981. — № 5. — С. 50-53.

90. Исследование режимов пуска головного образца турбины К-500-240-2 / В. Л. Похорилер, В. А. Палей, В. Ю. Иоффе [и др.] // Теплоэнергетика. — 1980. — № 9.

— С.22-27.

91. Плоткин Е. Р. Пусковые режимы паровых турбин энергоблоков / Е. Р. Плоткин, А. Ш. Лейзерович. — М.: Энергия, 1980. — 192 с.

92. Лейзерович А. Ш. О применении временных программы при автоматизации пусков паровых турбин / А. Ш. Лейзерович, А. Д. Меламед // Теплоэнергетика. — 1979. — №8. —С. 27-31.

93. Третьяков П. Г. Расчет температурных полей и напряжений роторов паровых турбин на ЭВМ / П. Г. Третьяков, Д. X. Краковский, А. Н. Коваленко // Теплоэнергетика. — 1978. — № 5. — С. 20-24.

94. Плоткин Е. Р. К расчету нестационарного температурного поля ротора паровой турбины / Е. Р. Плоткин, А. А. Голынкин, И. В. Муратова // Теплоэнергетика. — 1978. — № 5. —С. 24-28.

95. Левченко Б. Л. Температурные испытания ротора высокого давления турбины К-300-240 I Б. Л. Левченко, В. С. Шаргородский, В. А. Пахомов II Энергомашиностроение. — 1978. — №4. — С. 10-14.

96. К выбору момента отключения валоповоротного устройства паровых турбин / В. В. Куличихин, Г. Д. Авруцкий, В. Ф. Гуторов [и др.] II Электрические станции. — 1977.

— №10.— С. 28-32.

97. Термонапряженное состояние роторов в зонах концевых уплотнений турбины Т-100-130 в беспаровом режиме / Б.Н.Людомирский, В.В.Куличихин, Э.И.Тажиев, А.Я.Лесниченко и др. // Теплоэнергетика, — 1977, — № 3, — С. 54-58.

98. Контроль за прогревом роторов мощных паровых турбин ТЭС с помощью аналоговой модели / А. Ш. Лейзерович, В. Н. Козлов, В. Д. Миронов [и др.] // Теплоэнергетика. — 1977. — № 8. — С. 10-13.

99. Деклу Ж. Метод конечных элементов / Пер. на русский. — М.: Мир, 1976. — 96 с.

100. Опыт автоматизации пусковых режимов турбины АЭС / А. Ш. Лейзерович, А. Д. Мелемед, В. Б. Кириллов [и др.] // Электрические станции. — 1976. — № 11. — С. 29-34.

101. Похорилер В. Л. Температурное состояние стопорных клапанов турбины К-500-240

при пусках и остановах / В. Л. Похорилер, А. Ш. Шакиров, В. Ю. Иоффе // Электрические станции. — 1976. — № 2. — С. 27-31.

102. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 543 с.

103. Похорилер В. Л. Особенности прогрева ротора турбины Р-100-130 при пусках / В. Л. Похорилер, Э. Э. Фискинд II Теплоэнергетика. — 1975. — № 11. — С. 62-64.

104. Лейзерович А. Ш. Организация управления пуском турбин типа К-800-240 по термонапряженному состоянию роторов / А. Ш. Лейзерович // Теплоэнергетика. — 1975, —№8. —С. 24-29.

105. Лейзерович А. Ш., Панфилов В. А., Сергиевская Е. Н. Требования к технологическому оборудованию и построению алгоритмов автоматизированного логического управления в АСУ энергоблоков // Теплоэнергетика. — 1975. — № 1.

— С. 16-19.

106. Сегерлинд Л. Применение конечных элементов в технике: пер. с англ. / Л. Сегерлинд. — М.: Мир, 1975. — 514 с.

107. Лейзерович А. Ш. Автоматизация управления пуском турбин АЭС / А. Ш. Лейзерович, А. Д. Меламед // Теплоэнергетика. —1974. —№ 2. —С. 24-29.

108. РТМ 24.020.16-73. Турбины паровые стационарные. Расчет температурных полей роторов паровых турбин методом электромоделирования. — М.: Министерство тяжелого машиностроения, 1973. —105 с.

109. Селезнев К. П. Электромоделирование температурных полей и проблемы повышения надежности и маневренности мощных турбоустановок / К. П. Селезнев, Л. П. Сафонов II Энергомашиностроение. — 1973. — № 9. — С. 4-7.

110. Краснов М. Л., Макаренко Г. И., Кисилев А. И. Вариационное исчисление, задачи и упражнения. — М.: Наука, 1973.

111. Лейзерович А. Ш. Тенденция развития систем автоматического управления пуском паровых турбин / А. Ш. Лейзерович, А. Д. Меламед // Теплоэнергетика. — 1972. — № 2. — С. 83-85.

112. Похорилер В. Л. Решение задач теплопроводности для полого цилиндра на аналоговых вычислительных машинах методом передаточных функций / В. Л. Похорилер II Инженерно-физический журнал. — 1971. — Т. 20, № 5. — С. 938.

113. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике — М.: Наука, 1970.

— 512 с. — Изд. 2-е, переработанное и дополненное.

114. Похорилер В. Л. Прогрев паровпускных органов турбины К-200-130 при пуске блока с прямоточным котлом II Электрические станции. — 1968. — № 1. — С. 22-

115. Лейзерович А. Ш. Прогрев корпуса стопорного клапана турбина К-200-130 ЛМЗ / А. Ш. Лейзерович, Е. Р. Плоткин // Электрические станции. — 1968. — № 4. — С.29-32.

116. Лыков A.B. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. — 600 с.

117. Селезнев К. П. Тепловое состояние роторов и цилиндров паровых и газовых турбин / К. П. Селезнев, А. И. Таранина, В. Г. Тырышкина. — М.: Машиностроение, 1964, —284 с.

118. Плоткин Е. Р., Трубилов М. А. К вопросу о пуске паровых турбин паром номинальных и скользящих параметров / Теплоэнергетика. — 1963, — № 9. — с. 68.

119. Швец И. Т. Вопросы нестационарного теплообмена в роторах турбин / И. Т. Швец, В. И. Федоров. — Киев: Киевский университет, 1960. — 283 с.

120. Ануфриев И. Е. Применение pde toolbox при изучении некоторых разделов вычислительной математики // Труды III научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB». — 2007. — С. 42-54.

121. Техноцентр компьютерного инжиниринга Уральского федерального университета. — URL: http://cae.ustu.ru/ (дата обращения: 07.04.2012). — Загл. с экрана.

122. Пособие по формату файла SAT (ACIS). — URL: http://dwg.ru/dnl/zip/dnl4451_Posobie_po__formatu_fajla_SAT_ACIS_.zip (дата обращения: 07.04.2012). — Загл. с экрана.

123. Описание ПТК SPPA-T3000. — URL: http://www.ia.ru/dat/fil/36_1222_sppa-t3000__ia.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

124. ПТК КВИНТ-СИ, — URL: http://www.niiteplopribor.ru/pdf/press/bukl_kvint.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

125. ПТК для АСУ ТП КВИНТ_СИ, — URL: http://www.elara.ru/files/quint_si.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

126. МТ-220800-1 ИЭ.Турбоустановка Т-110/120-130-5. Инструкция по эксплуатации. — 216с.

127. Консультационный центр MATLAB компании Softiine. — URL: http://matlab.exponenta.ru/ (дата обращения: 07.04.2012). — Загл. с экрана.

128. Dick С., Georgii J. & Westermann R. A real-time multigrid finite hexahedra method for elasticity simulation using CUDA // Simulation Modelling Practice and Theory, 2011. — Vol. 19,— pp. 801-816.

129. Real-Time Finite Element Modeling for Surgery Simulation: An Application to Virtual Suturing / J. Berkley [et al.] // IEEE Trans. Visualization and Computer Graphics, 2004. — Vol. 10. No. 3. — pp. 314-325.

130. Polyanin A. D. Handbook of Linear Partial Differential Equations for Engineers and Scientists. — Boca Raton: Chapman & Hall / CRC Press, 2002.

131 Updating systems for monitoring and controlling power equipment on the basis of the firmware system SARGON / Mendelevich V. A. // Теплоэнергетика. — 2002. — № 7. — С. 43-48.

132. Wu, X., Goktekin.T., Tendrick, F., Adaptive Nonlinear Finite Elements for Deformable Body simulation Using Dynamic Progressive Meshes. — Eurographics, 2001. — Vol. 20. No 3.

133. Real-Time Simulation of Deformation and Fracture of Stiff Materials / M. Muller, L. McMillan, J. Dorsey, and R. Jagnow // Proc. Eurographics Workshop Computer Animation and Simulation, 2001. — Vol. 01. — pp. 99-111.

134. Non-Linear Anisotropic Elasticity for Real-Time Surgery Simulation / Picinbono [et al.] II INRIA Research Report 4028, Oct. 2000.

135. S. Cotin, H. Delingette, and N. Ayache. A hybrid elastic model allowing real-time cutting, deformations and force-feedback for surgery training and simulation II The Visual Computer, 2000. — Vol. 16. No. 8. — pp. 437-452.

136. Bro-Nielsen, M., Fast finite elements for surgery simulation // Stud Health Technol Inform, 1997. — No 39. — pp. 395-400.

137. Joseph E, Franklin T, Wesley Turner. Computational Linear Algebra. URL: http://www.cs.rpi.edu/~flaherje/pdf/ (дата обращения: 07.04.2012).

138. ATMEL ATmega8, ATmega16 datasheet URL: http://www.atmel.com/products/microcontrollers/avr/megaAVR.aspx ращения: 07.04.2012).

139. ANALOG DEVICES ADG732 datasheet URL: http://www.analog.com/en/switchesmultiplexers/multiplexers-muxes/adg732/products/product.htmi (дата обращения: 07.04.2012).

140. ANALOG DEVICES AD8551 datasheet (англ.) URL: http://www.analog.com/en/all-operational-amplifiers-op-amps/operational-amplifiers-op-amps/ad8551/products/product.html (дата обращения: 07.04.2012).

141. A Unified Treatment of Elastostatic Contact Simulation for Real Time Haptics / Doug James and Dinesh Pai. — Vol. 2, No. 1, —September 27, —2001. —

(англ.) (дата об-

(англ.)

URL: http://www.haptics-e.orgA/ol_02/he-v2n1.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

142. Справочная система по программному комплексу MATLAB. — URL: http://www.mathworks.com/heIp/ (дата обращения: 07.04.2012).

143. Lawrence F. Shampine, Mark W. Reichelt / The MATLAB ODE suite. URL:http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/otherdocs/ode_suite.pdf (дата обращения: 07.04.2012).

144. Справочная система ANSYS v 11.0. — 1 электрон, опт. диск.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА

Цепь Контакт

<■7.4- '2V 1

сыо 2

|С5

и

+5Ю-

С7

" 2ЦПГ

Г—п

Р т

Ш -й-

С1

ОО 2

РВ0/1СР1

РВ1/ОС1А

Р82/ОС1В

РВЗ/М051/0С2

РВ4/М/30

Рвб/ЭСК

РВбЛОЗЫ/ХТАИ РВ7ПО&С2/УЛА12

А Я ЕР

АУсс

GND

Усс

ОМО

АТтедаВ

РСО/АОСО РС1/АОС1 РС2УАОС2 РСЗ/АОСЗ РС4/АОС4/ЗОА РС5/АОС5/ЗС1 РСШЕВЕТ

РОО/ЯХО РШ/ТХО

роглыто

Р03/1ЫТ1 РйШО/ХСК Р05/Т1 РО6/А1Ы0 Р07/А1Ы1

Я4

+5Ю—I ^

Контакт Цепь

1 иех1

2 ивх2

32 ивхЗ 2

еыо

Контакт Цепь

1 ОСО

2 ИхО

3 ТхО

4 ОГЯ

5 вЫО

б СС

7 ЯТБ

в сте

9

Рисунок 1 - Электрическая принципиальная схема устройства, моделирующего процесс остывания ротора

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - УСЛОВИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ

Таблица 1 - Коэффициенты теплоотдачи условной конвекции для элементов

ротора турбины Т-110 при естественном остывании

№ № а, № а, № а,

эл. [Вт1м2К] эл. [Вт1м2 К] эл. [Вт! м2 К] эл. [Вт1м2К]

1 0,12 8 2,60 15 14,00 22 0,20

2 0,50 9 4,50 16 14,00 23 0,60

3 20,00 10 14,00 17 14,00 24 0,20

4 1,00 11 14,00 18 28,00 25 0,70

5 0,20 12 14,00 19 8,00 26 20,00

6 0,60 13 14,00 20 4,00 27 0,50

7 0,10 14 14,00 21 2,00 28 0,16

Таблица 2 - Коэффициенты теплоотдачи от пара на характерных поверхностях ротора турбины Т-110 при ПХС, задаваемые в качестве ГУ модели

прогрева ротора

Время, сек Коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-К

ПКУ Боковая поверхность диска РС Гладкий участок вала в КРС ДУ второй ступени

0 0 0 0 0

168 702 108 95 583

1002 702 108 95 583

1998 4038 963 843 3846

3000 4038 963 843 3846

3336 4639 1148 1003 4290

6000 4639 1148 1003 4290

9660 8848 2438 2121 7399

12000 8848 2438 2121 7399

16332 18469 5388 4677 14504

18000 18469 5388 4677 14504

Таблица 3 - Значения температуры пара в характерных областях проточной части турбины Т-110 при ПХС, задаваемые в качестве ГУ при прогреве ротора

Время, сек Температура, °С ~ / ~

Вход в РС КРС ДУ второй ступени

0 0 0 0

168 447 389 382

1002 447 389 382

1998 448 392 385

3000 448 392 385

3336 450 393 386

6000 450 393 386

9660 479 441 434

12000 479 441 434

16332 522 505 497

18000 522 505 497

Промежуточные значения указанных в таблицах величин могут быть определены линейной интерполяцией, значения вне диапазона — линейной экстраполяцией.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 - СВОЙСТВА СТАЛИ Р2МА

Таблица 1 - Теплофизические свойства стали Р2МА

г,К1 р ,[кг/м3] Х,[Вт/м-К] с,[Дж/кг-К] Е,[МПа]

20 7820 - - - 2,16Е+05

100 7800 40,589 481,482 1.09Е-05 2.14Е+05

200 7770 39,542 498,229 1.20Е-05 2.10Е+05

300 7740 38,844 519,163 1.27Е-05 2,05Е+05

400 7700 37,681 538,004 1.36Е-05 1.97Е+05

500 7670 35,937 556,844 1.37Е-05 1.86Е+05

600 7640 33,727 - 1.38Е-05 1.71Е+05

700 7600 30,820 - 1,40Е-05 -

Таблица 2Табулированные координаты концов отрезков на диаграмме нагружения стали Р2МА в билинейном представлении (Рисунок 4.2)

л° с Е,% а, МПа Л % _ о, МПа

20 0,280 617 400 0,256 500

1,100 661 1,100 581

100 0,277 600 500 0,254 466

1,100 642 1,100 543

200 0,261 535 540 0,249 455

1,100 603 1,100 533

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 - ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ РВД ПРИ ПРОГРЕВЕ

103.551 155.395 207.239 259.083 310.927

129.473 181.317 233.161 285.005 336.849

168.454 210.838 253.222 295.607 337.991

189.646 232.03 274.415 316.799 359.183

_I

228.798 261.867 294.935 328.003 361.071

245.332 278.401 311.469 344.537 377.606

Рисунок 1 - Температурное поле РВД турбины Т-110/120-130, полученное на эталонной модели, в определенные моменты времени в процессе ПХС: А — через 5 минут после толчка ротора, Б — 20 минут, В — 35 минут соответственно.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 - ЛИСТИНГИ ПРОГРАММ ДЛЯ ANSYS

В данном приложении содержатся листинги программ для ANSYS, написанные на встроенном интерпретируемом языке ADPL. Программа написаны и протестированы для ANSYS версии 11.0.

Листинг 5.1.

Экспорт сетки из проекта ANSYS

t**********Export mesh

/PREP7

ALLSEL,ALL

NWRITE,' .\export\nodes','txt',' ',0 EWRITE,'.\export\elements','txt',' ',0 FINISH

Листинг 5.2.

Экспорт точек решения на оси времени из проекта ANSYS

!**********Export time list /POSTl

I

/OUTPUT,'.\export\tlist1,'txt'

SET,LIST

/OUTPUT

FINISH

Листинг 5.3.

Экспорт стационарного решения из проекта ANSYS

!**********Export steady state solution /POST1

/HEADER,OFF,OFF,OFF,OFF,OFF,OFF /PAGE,,,le6

/OUTPUT,'.\export\solution','txt' PRNSOL,TEMP

/OUTPUT,'.\export\solution','txt'

PRNSOL,TEMP

/OUTPUT

/PAGE,DEFA

/HEADER,DEFA

Листинг 5.4.

Экспорт нестационарного решения из проекта ANSYS г**********EXport transient solution

/POST1

I

/HEADER,OFF,OFF,OFF,OFF,OFF,OFF !Remove headers /PAGE,,,1еб

! Determine last step number in kludgy way SET,LAST

*GET,end_step,ACTIVE,0,SET,LSTP *MSG, INFO, %end_step%

I

count=l !Solution file count !

*DO,1,1,%end_step%

! Determine last substep number SET,I,LAST

*GET,end_substep,ACTIVE,0,SET,SBST *MSG, INFO, %end_substep% i

! Perform export *DO, J, 1, %end__substep% SET,I,J

/OUTPUT,'.\export\solution_%count%',' txt' PRNSOL,TEMP /OUTPUT count=count+1 *ENDDO *ENDDO

I

/PAGE,DEFA /HEADER,DEFA FINISH

Листинг 5.5.

Скрипты для автоматизации получения серии термических расчетов для оптимизации конечно-элементной модели ANSYS (файл Run.txt в коневой папке

проекта)

1**********choice analysis type

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR__SET,1

KEYW,PR_STRUC,0

KEYW,PR_THERM,1

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW, PR__ELMAG, 0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0 i

i **********L0acj solution parameters

/INPUT,'Parameters','txt',%scriptjpath%,,1 !Main /INPUT,1 Parameters',1txt',,,1 !Custom i

! **********import geometry ~ SAT IN,'RS2','sat','..\•,SOLIDS,0 i

/VIEW,1,,,1 !Set view to front /ANG,1 /REP,FAST

I

! **********Load. element types ET,1,PLANE55

KEYOPT,1,3,1 !Axisymmetric option ET,2,PLANE77

KEYOPT,2,3,1 lAxisymmetric option !

!**********Set constant material properties

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,DENS,1,,7720

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,C,l,,37.7

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDATA,KXX,1,,37 . 7

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0

MPDE,C,1

MPDATA,C,1,,518.7 »

i**********Load temperature dependent material properties MAT,2,

MPREAD,•P2MA','SI_MPL',%script_path%,LIB i

i**********Mesh model TYPE,%element_type% MAT, %ma t e r i a l_mo de 1 %

MSHAPE,1,2D !Set the triangle element shape AMESH,ALL

*IF,%mesh_refinement%,GT,0,THEN

EREFINE,ALL,,,%mesh_refinement% !Refine mesh

*ENDIF \

TOFFST,273 !Set temperature units to Celsius i

TUNIF,100, !Set initial conditions

!

SAVE FINISH

I

/SOLU !Enter solution module ANTYPE,4,NEW

I

!**********set load steps ALLSEL,ALL,LINE !Select all lines i

! **********L0acj bc parameters

/INPUT, 1 BC_Parameters 1 , ' txt1 , %script_j>ath% , , 0 i

ALLSEL,ALL,LINE