Исследование и разработка дроссельно-регулирующих клапанов и поворотных заслонок для перспективных турбин ТЭС и АЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат наук Кондрашев, Александр Владиславович

• Кондрашев, Александр Владиславович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Кондрашев, Александр Владиславович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1. Разновидности, достоинства и недостатки поворотных заслонок

1.2. Обзор результатов экспериментально - теоретических исследований поворотных заслонок

1.2.1. Оценка силового воздействия потока на поворотную заслонку с осесимметричным расположением опорных валов

1.2.2. Коэффициенты сопротивления полностью открытых поворотных заслонок

1.2.3. Коэффициенты гидродинамического крутящего момента поворотных заслонок

1.3. Поворотные заслонки производства J1M3. Блоки стопорных и регулирующих заслонок с осесимметричным расположением опорных валов

1.4. Поворотные заслонки производства ХТГЗ (Украина)

1.5. Поворотные заслонки производства иностранных фирм

1.5.1. Поворотные заслонки ADAMS Armaturen (Германия)

1.5.2. Блоки поворотных заслонок паровых турбин ALSTOM (Франция)

1.5.3. Блоки поворотных заслонок паровых турбин HITACHI (Япония)

1.6. Блоки стопорно-регулирующих клапанов паровых турбин. Функциональное назначение. Требования к конструкциям

1.6.1. Блоки с совмещенной конструкцией стопорного и регулирующего клапанов

1.6.2. Блоки с разделенной конструкцией стопорного и регулирующего клапанов

1.7. Перспективы развития блочной конструкции органов паровпуска паровых турбин

1.8. Цели исследований и постановка задачи

Глава 2 Экспериментальные стенды, объекты исследования, методика испытаний.

Методика представления опытных данных

2.1. Описание экспериментальной установки ВАТ - 1

2.2. Описания объектов исследования

2.2.1. Экспериментальная установка для исследования блока стопорной и регулирующей заслонки НД

2.2.2. Экспериментальная установка для исследования блока клапанов высокого давления

2.3. Схемы измерений экспериментальных установок

2.4. Методики обработки экспериментальных данных

2.5. Оценка погрешности измерения приведенного расхода

2.6. Вопросы представления опытных данных при проведении исследований на модельных установках

2.7. Форма представления расходной характеристики поворотных заслонок

2.8. Форма представлен™ расходной характеристики блока клапанов ВД

2.9. Форма представления силовых характеристик поворотных заслонок

2.10. Форма представления силовых характеристик блоков клапанов ВД

2.11. Форма предоставления вибрационных характеристик клапанов

Глава 3. Расчетно - аналитические исследования течения рабочих сред в проточных частях блоков клапанов ВД и в перепускных паропроводах трактов

ЦНД

3.1. Результаты математического моделирования течения в перепускных паропроводах

с блоком поворотных заслонок НД

3.1.1 Расчетная модель блока клапанов НД

3.1.2 Результаты теоретических расчетов течения рабочей среды в перепускных паропроводах в блоке клапанов НД

3.1.3 Результаты расчета перепускного паропровода при повороте регулирующей заслонки на угол ф=15 °

3.2. Результаты математического моделирования течения в блоке клапанов ВД

Глава 4. Экспериментальные исследования блока поворотных заслонок НД

4.1. Расходные характеристики исследованной поворотной заслонки

4.2 Коэффициенты сопротивления и коэффициенты полных потерь энергии в исследуемом блоке поворотных заслонок

4.3 Силовая характеристика поворотной заслонки

4.4 Влияние угла поворота заслонки на развитие пульсаций давления в потоке за её регулирующим органом

4.5 Исследования поворотной заслонки с оребренным диском

4.6 Расходная характеристика поворотной заслонки с оребренным поворотным диском

4.7 Силовая характеристика поворотной заслонки с оребренным поворотным диском

4.8 Сравнительная оценка динамических сил действующих на поворотные (гладкий и оребренный) диски исследуемого клапана

4.9 Влияние положения поворотного диска на величину пульсаций давлений рабочей среды в характерных точках перепускного паропровода

Глава 5. Экспериментальные исследования блока клапанов ВД

5.1. Расходные характеристики исходного варианта блока клапанов ВД

5.2. Силовые характеристики исходного варианта блока клапанов ВД

5.3. Вибродинамические исследования модели блока клапанов ВД

5.4. Расходные и силовые характеристики модернизированного РК

Выводы и заключения

Список литературы

Список сокращений и условных обозначений

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка дроссельно-регулирующих клапанов и поворотных заслонок для перспективных турбин ТЭС и АЭС»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Рассматривая пути развития современной электроэнергетики, можно отметить хорошо выраженные тенденции. Применительно к тепловым станциям это повышение начальных параметров теплоносителей. Применительно к паровым турбинам АЭС, работающим на влажном паре, это рост единичной мощности турбоустановок. В соответствии с этими тенденциями практически все турбиностроительные фирмы мира интенсивно разрабатывают паровые турбины нового поколения. К указанным турбинам относятся и новые паровые турбины ЛМЗ:

• К-660-280, предназначенная для работы на тепловых электростанциях с сверхкритическими параметрами пара (Ро=280бар, ^ = 610°С);

• К-1200-6,8/50 (Р0 = 68бар, ^ = 273°С), быстроходная влажнопаровая турбина для турбоустановок большой мощности АЭС.

С ростом единичной мощности турбоустановок и начальных параметров пара неизбежно увеличиваются требования по обеспечению надежной работы паровых турбин и постоянно остаются в силе требования высокой экономичности вновь создаваемого оборудования. Большой вклад в обеспечение надежной и экономичной работы паровых турбин вносит регулирующая и стопорно-отсечная арматура, которая используется непосредственно на паротурбинных блоках. При этом важно отметить, что при повышении типоразмеров блоков и начального давления пара пропорционально увеличивается и амплитуды пульсаций давления в потоке, что ведет к увеличению динамических нагрузок на все элементы паротурбинной арматуры. В этой связи, резко возрастает роль экспериментальной отработки новых конструктивных решений, обеспечивающих как максимальное снижение пульсаций давления, так и минимизацию гидравлических потерь в проточных частях разрабатываемого оборудования.

В представленной работе указанные задачи решались применительно к регулирующим клапанам ЦВД паровых турбин ТЭС, а также к поворотным

заслонкам, устанавливаемым на перепускных паропроводах перед ЦНД влажнопаровых турбин АЭС производства ОАО «Силовые машины»- ЛМЗ. Актуальность решения отмеченных задач достаточно очевидна и далее рассматриваются возможные пути их решения, основанные на результатах экспериментальных исследований.

Цели работы состоят в:

— разработке и исследовании способов оптимизации конструкции блоков клапанов и блоков поворотных заслонок, позволяющих снизить уровень пульсаций давления в потоке пара и динамических нагрузок на подвижные детали блоков;

— исследование работы блоков клапанов и блоков поворотных заслонок на базовых и переменных режимах работы. Определение гидравлических сопротивлений как блоков в целом, так и отдельных его элементов. Поиск мер снижения потерь давления при работе блоков на данных режимах.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

— выполнить расчетно-аналитические исследования блоков клапанов ВД и НД, показывающие качественную картину течения в них;

— провести экспериментальные исследования исходных моделей блока клапанов ВД и блока поворотных заслонок НД на всех диапазонах работы;

— определить, на основе расчетных исследований, возможные варианты оптимизации исходных экспериментальных моделей;

— выполнить экспериментальные исследования модернизированных вариантов блоков на всех диапазонах их работы. С учетом анализа полученных результатов рекомендовать к использованию на натурных блоках найденные оптимальные решения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— исследовано и проанализировано взаимное влияние регулирующих клапанов работающих в составе блока при их симметричном и несимметричном открытиях.

— для регулирующих клапанов ВД предложено и исследовано введение сквозной перфорации чашки клапана, в дополнении к имеющейся в конструкции проточной паровой подгрузки паром, что позволяет снизить уровень динамических нагрузок на штока регулирующих клапанов в 1,5-1,7раза.

— определен диапазон критических углов открытия поворотной заслонки работающей в составе блока клапанов НД, при которых наблюдается максимальные амплитуды пульсаций давления и усилий на оси заслонки.

— предложено и исследовано введение продольного оребрения тыльной стороны регулирующей поворотной заслонки, что позволяет увеличить в 1,5 раза момент на закрытие заслонки (в положениях близких к полному закрытию), в 2 раза снизить амплитуды пульсаций давления в потоке за заслонной и в 1,8 раз уменьшить динамические составляющие момента на опорном валу поворотной заслонки.

Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты имеют важное практическое значение. Предложенные варианты улучшения конструкций повышают надежность работы и могут при минимальных затратах быть использованы для аналогичных по расположению блоков клапанов ВД паровых турбин ТЭС и блоков поворотных заслонок НД влажнопаровых турбин АЭС.

Методы исследований и достоверность полученных результатов:

При выполнении работы широко использовались общепринятые методы проведения физических экспериментов, численные исследования выполнялись с использованием лицензированного инженерного пакета Ansys CFX.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением современной измерительной техники, повторяемостью опытных данных, апробированными методиками обработки опытных данных и хорошим совпадением результатов модельных и расчетных исследований.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

— в докладе на международной конференции «POWER GEN India & Central Asia 2008».- Индия, Нью-Дели, апрель, 2008г;

- на газодинамическом семинаре кафедры Паровых и газовых турбин. - М.: МЭИ, апрель, 2014г;

- на заседании кафедры Паровых и газовых турбин. - М.: МЭИ, 17 июня 2014г.

- на заседании секции паротурбинных, газотурбинных, парогазовых и гидротурбинных установок НТС. - СПб.: ЦКТИ, 26 июня 2014г.

- на заседании кафедры Турбины, гидромашины и авиационные двигатели. -СПб.: СПбГТУ, 16 октября 2014г.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Разновидности, достоинства и недостатки поворотных заслонок

Как уже отмечалось, объектами настоящих исследований являются поворотные заслонки низкого давления и регулирующие клапана золотникового типа. Выбор указанных объектов исследований прямо связан с перспективой их использованием на паровых турбинах нового поколения. В частности, речь идет о новой турбине ЛМЗ К-660-280, выпускаемой для ТЭС и работающей на сверхкритических параметрах пара. Согласно проекту в системе паровпуска данной турбины используется традиционный для ЛМЗ «елочный» блок клапанов, состоящий из одного стопорного и двух симметричных относительно него регулирующих клапанов. Блок поворотных заслонок НД применяется для регулирования или отсекания потока пара в ЦНД влажнопаровой турбины К-1200-6,8/50 выпускаемой для АЭС.

Течение пара в проточных частях рассматриваемых блоков клапанов имеет весьма сложный характер, поскольку участки с безотрывным течением чередуются с участками развитого отрыва потока от обтекаемых поверхностей. В результате, резко возрастает амплитуда пульсаций давлений и стенки рассматриваемых каналов испытывают очень высокие динамические нагрузки, внешним проявлением которых всегда является повышенная вибрация как регулирующих клапанов в блоках ВД, так и поворотных заслонок в блоках НД.

Естественно, что проблема обеспечения вибрационной поверхности любого теплотехнического оборудования представляет собой сложную и крайне актуальную проблему и её успешное решение невозможно без анализа предшествующих работ.

Такой анализ целесообразно начать с рассмотрения публикаций, которые в той или иной степени относятся к способам повышения экспериментальной надежности заслонок.

В большинстве случаев поворотные заслонки используются для регулирования расхода рабочих сред и перекрытия каналов при сравнительно низких давлениях и умеренных температурах. Широкое распространение этого типа арматуры определяется целым рядом их преимуществ по сравнению с арматурой других типов.

К достоинствам поворотных заслонок следует отнести их конструктивную простоту, малое гидравлическое сопротивление при полном открытии, компактность, простоту обслуживания и относительно низкую себестоимость.

Все это ставит их практически вне конкуренции при регулировании расходов сред в трубопроводах очень большего диаметра (Бу>800 мм). Однако, на частичных открытиях, из-за срывных течений на поворотном диске, заслонки испытывают большие динамические нагрузки, вызывающие сильную вибрацию корпуса, а в некоторых случаях и разрушение опорных подшипников [33, 58].

Возникающие в проточных частях заслонок пульсации давления часто приводят к недопустимо высоким вибрациям последующих трубопроводов [29, 30]. Кроме того, при больших размерах трубопроводов сложно обеспечить, а иногда и невозможно обеспечить, необходимую герметичность перекрытия трубопроводов.

В конструктивном плане все поворотные заслонки похожи друг на друга и отличаются в основном механизмом привода, способом уплотнения диска при его контакте с седлом и формой собственно запорного органа (тарелки-затвора).

Как правило, поворотный затвор представляет собой круглую или овальную дисковую заслонку с уплотнением, позволяющим обеспечить перекрытие потока. Для увеличения силы прижатия клапана в закрытом состоянии, часто используют смещение оси вращения диска (расстояния X и У, рисунок 1.1.1), а для обеспечения быстродействия наклон (угол а) диска к продольной оси клапана.

В случае если величина расстояния У от оси заслонки до оси опорных валов приближается к половине диаметра трубопровода, то силы действующие на заслонку в момент закрытия весьма значительны. Будем называть подобные конструкции поворотными заслонками с консольным расположением оси

опорных валов. Неоспоримым достоинством подобных конструкций является возможность полного вывода заслонки из потока рабочего тела. Недостаток этих заслонок состоит в невозможности регулирования потока. Силы, возникающие при движении заслонок на закрытие, столь велики, что имело место сворачивание по поперечному сечению ведущего опорного вала [43, 44]. По этой же причине при эксплутации стопорных клапанов выполненных по типу консольной заслонки вводиться ограничение на расхаживание (движение из полного открытия к закрытию и обратно) заслонки. По рекомендациям ЛМЗ расхаживание консольных заслонок не должно превышать 30% от полного хода приводящего ее сервомотора.

Кроме обычных дисковых существуют и другие формы заслонок. Так в работе [33, 34] описаны профилированные заслонки с утолщенной входной и заостренной выходной кромками (рисунок 1.1.2). Отличительной особенностью этой заслонки, помимо ее профиля, является наличие внутренних камер, соединенных с пространством за заслонной системой отверстий.

Подобная форма профиля заслонки и система отверстий, выравнивающих эпюру давления за заслонкой, должны обеспечить больший момент на закрытие при частичных открытиях заслонки.

В тоже время система внутренних камер и отверстий, как пишет автор, не только несколько снижает предельные значения крутящих моментов, но и повышает потери в клапане на полном открытии.

Рисунок 1.1.1 Поворотная заслонка с тройным смещением оси

Рисунок 1.1.2 Поворотный дисковый клапан

Из приведенных в работах [6, 16, 34] материалов нельзя сделать вывод об очевидной целесообразности применения таких заслонок, особенно если принять во внимание их конструктивную сложность, а, следовательно, и повышенную стоимость.

Если сечение трубопровода имеет прямоугольную форму, то для регулирования потока рабочего тела возможна установка нескольких прямоугольных лопастей, приводящихся в движение одним приводом. Подобную арматуру называют прямоугольными или жалюзийными задвижками. В работе [33] дается их подробное описание. Жалюзийные задвижки имеют значительно меньший крутящий момент, но требуют очень сложного, а значит и дорогого, передаточного механизма.

Для уменьшения крутящего момента возможно также использование диска Б-образной формы. Такие заслонки сложны и создают повышенное сопротивление в положении полного открытия, что значительно снижает экономичность работы турбомашин на конденсационном режиме. В силу этих причин эти заслонки применяются крайне редко.

Чтобы иметь представление о достоинствах и недостатках приводимых ниже конструкциях сделаем краткий обзор экспериментально-теоретических исследований выполненных по теме поворотных заслонок. После этого выполним оценку некоторых конкретных конструкций поворотных заслонок больших

диаметров, которые производят отечественные и зарубежные арматурные заводы и фирмы, выпускающие паровые турбины.

1.2. Обзор результатов экспериментально-теоретических исследований

поворотных заслонок

1.2.1. Оценка силового воздействия потока на поворотную заслонку с осесимметричным расположением опорных валов

Вопросы, связанные оценкой силового воздействия потока на поворотную заслонку с плоскоскошенными дисками и осесимметричным расположением опорных валов подробно рассмотрены авторами исследований в [59,60]. Для решения этих вопросов исследовался дисковая поворотная заслонка диаметром 206мм с клапаном в виде плоскоскошенного диска 0О=205мм, толщиной Ь=0,250 и минимальной шириной кромки по периферии диска = 0,020 (рисунок 1.2.2.1). На данном диске был выполнен дренаж половины диска, включающей две плоские грани, с помощью 44-х трубочек, имеющих отверстия Змм. Все 44 отверстия располагались на части поверхности диска по одну сторону от его плоскости симметрии, перпендикулярной от заслонки. Давление замерялось с помощью батарейных манометров, заполненных дистиллированной водой.

Последующим построением эпюр распределения давления по поверхности диска была установлена картина обтекания потоком поворотной заслонки при различных углах ее закрытия. Были определены три стадии обтекания диска. Эти стадии показаны на рисунках 1.2.1.1, 1.2.1.2, 1.2.1.3. На каждом из рисунков имеются собственно три эпюры давлений в относительных величинах - по отношению к давлению Рн = Н у, соответствующему полному напору Н, воспринимаемому поворотной заслонкой и определяемому по формуле:

Я = (1 + 0 х

28 (1.2.1.1)

где и — средняя скорость в сечении диаметром О, без стеснения его заслонкой; С, - коэффициент сопротивления заслонки для данного его положения.

Величины относительных давлений на рисунках 1.2.1.2 и 1.2.1.3. условно отложены перпендикулярно к главной плоскости симметрии диска заслонки, совпадающей с его осью поворота, на линиях проходящих через точки отбора давлений от поверхности диска. Верхняя эпюра (РА/Рн) (рисунки 1.2.1.1, 1.2.1.2, 1.2.1.3) дает распределение давления на активную половину А диска, нижняя же эпюра (Рв/Рн) выражает распределение давления на выходной, тыльной половине В диска. Средняя эпюра (РА - Рв) / Рп является разностью верхней и нижней эпюр.

/ \Г\ §

г 1 ©

Рисунок 1.2.1.1. Распределение давления по диску заслонки при безотрывном обтекании.

Рисунок 1.2.1.2. Распределение давления по диску заслонки при переходе от безотрывного обтекания к отрывному.

Рисунок 1.2.1.3. Распределение давления по диску заслонки при отрывном обтекании.

В верхних эпюрах положительное избыточное давление ( + ) отложено выше нулевой линии, а отрицательное давление ( - ) идет ниже нулевой линии. В

нижних эпюрах давление отрицательно во всех точках поверхности В диска, поэтому оно условно отложено от своего нуля вверх. На рисунке 1.2.1.1 имеются и масштабы давлений: величины Ра/Рн = 1 и Рц/Ри = 1; Масштаб средней эпюры давлений такой же как и крайних. При построении эпюр распределения давления по поверхности диска из давления в соответствующей точке поверхности вычиталось давление в выровненном потоке за заслонкой.

На рисунке 1.2.1.1 показана первая стадия обтекания тарелки заслонки -безотрывное обтекание при углах закрытия а< 15°. При этих углах поток не отрывается от граней стороны В заслонки - давление на выходной грани этой стороны непрерывно возрастает, вследствие роста проходного сечения и соответственно уменьшения скорости потока. Также видно, что на первой части входной грани поверхности В имеется местное снижение давления, обусловленное местным сжатием потока подобно сжатию струй при истечении через отверстия и насадки. Эпюра разности давлений на рисунке 1.2.1.1 такова, что результирующий крутящий момент направлен в сторону закрытия заслонки, причем противодействующий момент на выходной части заслонки, весьма невелик.

Вторая стадия обтекания заслонки потоком наступает при угле закрытия а « 20°. Она характеризуется тем, что происходит отрыв потока от выходной грани тыльной поверхности В заслонки. Это подтверждается нижней эпюрой

давлений на рисунке 1.2.1.2, левая часть которой имеет практически постоянную

*

величину. При этом угле закрытия эффект сжатия потока при входе на тыльную сторону В более ярко выражен, чем при угле а =10°: зона пониженного давления распространяется от входа на тыльную сторону по направлению к центру заслонки. Эпюра разности давлений на рисунке 1.2.1.2 более полная, чем соответствующая эпюра на рисунке 1.2.1.1, однако и левая часть ее значительно больше соответствующей части эпюры на рисунке 1.2.1.1. Поэтому при угле а «20° нет такой интенсивности роста крутящего момента (если Н = const), как это имеет место при изменении угла а от 0° до 15°.

При углах закрытия заслонки более 25° авторы [59] определяют третью стадию обтекания потоком тарелки заслонки - отрывное обтекание всей тыльной поверхности В диска. В этом случае во всех точках тыльной поверхности давление практически будет одинаковым, что и подтверждается нижней эпюрой давлений на рисунке 1.2.1.3, соответствующей углу закрытия заслонки а = 30°.

В процессе последующего закрытия заслонки, при углах ос > 30°, картина распределения давления по поверхности поворотной заслонки принципиально не изменяется, только левая и правая части верхней эпюры давления (на стороне А) выравнивается, приближаясь к прямоугольнику. Отрицательное же давление, одинаковое во всех точках поверхности заслонки на тыльной стороне его, становится все меньше, приближаясь к нулю при углах закрытия заслонки а > 80°. Эпюра разности давлений на поверхностях А и В тарелки заслонки с ростом угла закрытия а становиться близкой к прямоугольнику, а потому крутящий момент на заслонке приближается к нулю при углах а близких к 90°.

Из эпюр разности давлений на поворотную заслонку автор делает основной вывод, что крутящий момент на валу заслонки есть разность двух изгибающих моментов, действующих на консольные половины поворотной заслонки. При этом изгибающий момент на консольной половине, первой встречающей поток, при всех промежуточных положениях заслонки будет больше, чем изгибающий момент второй половины заслонки. Лишь в крайних положениях заслонки, когда она полностью закрыта или полностью открыта, эти моменты равны между собой, и тогда крутящий момент на валу заслонки становиться равным нулю. Следовательно, сечение заслонки плоскостью, совпадающей с осью поворота и нормальной к оси трубопровода, необходимо рассчитывать по изгибающему моменту М' наиболее нагруженной консольной половины диска. Для этого используют следующую формулу:

п3

М'=тУ—хЯху. (1.2.1.2)

12 4 У

Расчетный график безразмерного коэффициента тполученный вычислением с использованием эпюр распределения давления по поверхности

диска, показан на рисунке 1.2.1.4 (верхняя кривая). Нижняя кривая на рисунке 1.2.1.4 показывает изменение коэффициента т" изгибающего момента, действующего на вторую консольную половину тарелки поворотной заслонки. Верхняя и нижняя кривые практически сливаются в одну горизонтальную линию при углах закрытия а > 70°, когда значения коэффициентов т' и т" приближаются к единице.

На рисунке 1.2.1.4 также показана и кривая коэффициентов т гидродинамического крутящего момента на валу заслонки, полученная двумя способами: 1) по разности значений т' и т" верхней и нижней кривой (точки обозначены кружками); 2) вычислением из вышепоказанной формулы, по известному крутящему моменту на валу заслонки, измеренному непосредственно с помощью динамометра (точки, заключенные в треугольники). Как видно из графика коэффициента т на рисунке 1.2.1.4, оба способа дают очень хорошее совпадение, что говорит о достаточно высокой точности исследований и расчетов.

Рисунок 1.2.1.4. Коэффициенты Рисунок 1.2.1.5. Коэффициенты крутящих

крутящих моментов поворотной заслонки и изгибающих моментов поворотной заслонки

Тот же автор [60] предлагает оценку воздействия крутящего момента Мг, действующего в сечении тарелки, перпендикулярном оси заслонки и совпадающем с осью трубопровода. Величину Мг определяют по формуле для закрытого положения заслонки:

М1--

7ГхРЪ 8

1-2. 2 Зя\

хАР

(1.2.1.3)

где АР = Ну- разность давлений по обе стороны закрытого диска.

Для промежуточных положений заслонки величина изгибающего момента Мг определяется путем обработки материалов по распределению давления на поверхности заслонки и вычисляется по следующей формуле:

£>3

Мг = т2 х-^-хНх/. (1.2.1.6)

Для закрытого положения заслонки коэффициент т2 при разных углах а закрытия заслонки показан на рисунке 1.2.1.5 (сплошная линия). Наибольшее значение коэффициент т2 =1,69 имеет при угле закрытия а= 40°. На этом же рисунке пунктирной линией показан график коэффициента т' изгибающего момента на консольной половине заслонки, первой встречающей поток.

Так как в реальных условиях эксплуатации напор Н, воспринимаемый заслонкой, растет при увеличении угла закрытия, то максимумы изгибающих моментов М' и Мг будут правее по углу а, чем максимумы их коэффициентов т' и тх. В этой связи максимальный момент Мгтах в промежуточных положениях заслонки будет больше максимального момента Мгтах\ Отсюда автор делает вывод, что наиболее напряженным сечением тарелки заслонки, будет среднее сечение перпендикулярное к оси заслонки и совпадающее с осью трубопровода. Следовательно, наибольшая толщина и заслонки должна определяться по модулю сопротивления сечения, которое подвержено действию изгибающего момента Мг.

1.2.2. Коэффициенты сопротивления полностью открытых поворотных

заслонок

На базе аэродинамического стенда МВТУ им. Баумана была проведена большая серия экспериментальных работ по изучению поворотных заслонок с

осесимметричным расположением опорных валов и плоскоскошенными дисками [57, 58, 59].

Рисунок 1.2.2.1. Схема поворотной заслонки с плоскоскошенными дисками.

Автором исследовались различные конструктивные исполнения поворотных

заслонок с плоскоскошенными дисками, схема которых показана на рисунке 1.2.2.1. Там же были подробно описаны основные закономерности по потерям напора, определению расхода и силовому воздействию потока рабочего тела при прохождении его через заслонку.

Одной из основных характеристик для оценки качества поворотной заслонки является потеря напора Нр при прохождении потока через открытую заслонку [24], которая выражается формулой:

и2

Яр = ^ X— I

г3 (1.2.2.1)

где и - средняя скорость в сечении трубопровода без стеснения его заслонкой;

С, - коэффициент сопротивления поворотной заслонки.

В исследования поворотных заслонок с плоскоскошенными дисками и осесимметричным расположением опорных валов проведенные в [57] потери напора Нр определялись по общему перепаду давления И¡.2 на участке трубопровода с поворотной заслонкой, уменьшенному на величину потерь трения Итр того же участка, но без поворотной заслонки. Величины потерь трения ктр определены по результатам специальных исследований [24,27]. В проводимых экспериментах сечение с отбором давления до заслонки было расположено на расстоянии ¡1=4,90 от оси заслонки. Отбор давления за заслонкой производился

на расстоянии 12 = 12,60 от оси заслонки. Давление отбиралось в четырех точках данного сечения, объединенных общим полым кольцом.

Скоростной напор вычислялся по показанию величин Ис = 100...280мм спиртового столба, что соответствовало числам

охи2

де =-= 44.5 * 10з + ?50 х

V (1.2.2.2)

где V - кинематический коэффициент вязкости рабочего тела, проходящего через заслонку.

По данным полученным в ходе экспериментов точки /?/.2, при разных величинах скоростного напора Ис, располагались около прямой, проходящей через начало координат, что свидетельствовало о практическом постоянстве коэффициента сопротивления в указанном выше диапазоне чисел Яе.

С

>

1,2

0,8

0Л

о

Рисунок 1.2.2.2. Влияние 5минна коэффициенты сопротивления открытых заслонок с

плоскоскошенными дисками. 1 - ¿> = 0,15 Д 2-¿> = 0,25 £>; 3 -¿> = 0,35 £>.

Влияние относительной минимальной толщины кромки 8МИИ Ю на коэффициент сопротивления С полностью открытой заслонки с дисками различной толщины Ъ определялся кривыми, приведенными на рисунке 1.2.2.2.

3 ,

Т---

1 ■"7

0,15 0,20 0,25 0,30 Ь/13

Рисунок 1.2.2.3. Влияние наименьшей толщины диска ЬЮ на значения коэффициентов сопротивления С, открытых заслонок а=0°.

1 - 5МИН=0; 2 - 5МИН=0,05£; 3 - 5М„„=0ЛА 4 - 5МИН=0,15£>;

По данным рисунка 1.2.2.2 построены графики рисунок 1.2.2.3, выражающие изменение коэффициентов сопротивления открытых поворотных заслонок с ростом относительной толщины Ь/О при сохранении одной и той же величины наименьшей толщины кромки (обода) заслонки 8МИН.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кондрашев, Александр Владиславович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Агафонов, Б.Н. Модернизация парораспределения паровых турбин: достижения и перспективы / Б.Н. Агафонов, В.Г. Колыванов, М.С. Фрагин // Электрические станции. - 2005. - №5.- С.28.

2. Басов, Ф.А. Блок отсечного регулирующего клапанов турбомашины / Ф.А.Басов // Патент СССР №165622 на изобретение 01.01.1964.

3. Беляев, П.П., Металлические покрытия в химическом машиностроении / П.П. Беляев, М.И. Зильберфарб, М. П. Гаретовская. - М.:Машгиз, 1951.-144с.

4. Булкин, А.Е. Автоматическое регулирование энергоустановок / А.Е. Булкин. - М.: Издательство МЭИ, 2009. - 508с.

5. Введенский, JI.T. Регулирующие дисковые заслонки. Обзорная информация. Промышленная трубопроводная арматура / Введенский Л.Г., Ниман Л.Н. -М.: ЦИН ТИХИМНЕФТЕМАШ, 1975 - 90с.

6. Волынский, М.М. Регулирующий поворотный клапан / М.М. Волынский, В.И. Лезман и др.// Авторское свидетельство на изобретение № 761721 от 07.08.1980.

7. Волынский, М.М. Модернизация регулирования паровых турбин при организации регулируемого отбора пара / М.М.Волынский, В.М. Карлинер, В.И. Лезман и др. // Теплоэнергетика. - 1977. - №10. С.22.

8. Горбунова, K.M. Физико-химические основы процесса химического никелирования / K.M. Горбунова, A.A. Никифорова. - М.: Издательство Академии наук СССР, 1959.- 205с.

9. Дейч, М.Е. Газодинамика диффузоров и выходных патрубков турбомашин / М.Е.. Дейч, А.Е. Зарянкин. - М.: Энергия, 1970, - 234с.

Ю.Зарянкин, А.Е. Вопросы совершенствования и профилирования регулирующих клапанов паровых турбин / А.Е. Зарянкин // Энергомашиностроение. - 1986. - №11 -С.15.

П.Зарянкин, А.Е. Оценка экономической эффективности улучшения аэродинамики регулирующих клапанов паровых турбин / А.Е. Зарянкин // Изд.вузов. Энергетика. - 1987. - №8 - С. 18.

12.Зарянкин, А.Е. Новый регулирующий клапан с толкающим штоком для цилиндров низкого давления паровых турбин / А.Е. Зарянкин, C.B. Арианов, А.Н. Паромонов, A.M. Готовцев, С.К. Старожук // Теплоэнергетика. - 2007. - №11 - С.26.

П.Зарянкин, А.Е. Влияние формы входного участка PK на распределение скоростей / А.Е. Зарянкин, Г.Г. Головина, В. А. Серегин // Энергомашиностроение. - 1983. - №6 - С. 12.

14.Зарянкин, А.Е. Комбинированный стопорно-регулирующий клапан / А.Е. Зарянкин, В.Г. Грибин, В.И. Кирюхин, Д.И. Демичева // Патент РФ №2008440 на изобретение 28.02.1994.

15.Зарянкин, А.Е. Об использовании диффузоров в регулирующих клапанах паровых турбин / А.Е. Зарянкин, A.A. Ефремов, В.В. Этт // Теплоэнергетика. - 1977. - №9 - С.20.

16.Зарянкин, А.Е. Задвижка регулирующая / А.Е. Зарянкин, H.A. Зройчиков, A.B. Захаренков, Б.П. Симонов // Патент РФ № 2109194 на изобретение 20.04.1998.

П.Зарянкин, А.Е. Разгруженный регулирующий клапан / А.Е. Зарянкин, В.И. Кауркин, С.И. Погорелов, В.В. Этт // Патент РФ № 2027025 на изобретение 20.01.1995.

18.Зарянкин, А.Е. Разгруженный регулирующий клапан / А.Е. Зарянкин, JI.E. Киселев, Л.А. Зарубин, В.Г. Попов // Патент СССР № 1513158 на изобретение 07.10.1989.

19.Зарянкин, А.Е. Регулирующий клапан паровой турбины / А.Е. Зарянкин, Л.Е. Киселев, Л.А. Зарубин, В.Г. Попов // Патент СССР №1373834 на изобретение 15.02.1988.

20.Зарянкин, А.Е. Регулирующие и стопорно-регулирующие клапана паровых турбин / А.Е, Зарянкин, Б.П. Симонов. - М. Издательство МЭИ, - 2005.-360с.

21.Зарянкин, А.Е. Новые регулирующие клапана, их характеристики и опыт эксплуатации на энергетических турбинах / А.Е. Зарянкин, Б.П. Симонов // Теплоэнергетика. - 1995. - №1. - С.40

22.Зарянкин, А.Е. Совершенствование регулирующих клапанов паровых турбин / А.Е. Зарянкин, Ю.В. Хавеман // Теплоэнергетика. - 1986. - №11. -С.28.

23.Зарянкин, А.Е. Сравнительная оценка регулирующих клапанов паровых турбин / А.Е. Зарянкин, В.В. Этт, В.А. Зарянкин // Теплоэнергетика. - 2001. -№3. - С.53.

24.Идельчик, И.Е. Гидравлические сопротивления / И.Е. Идельчик - М.: Машиностроение , 1998. - 672с.

25.Казанский, В.Н. Подшипники и система смазывания паровых турбин. / В.Н. Казанский, А.Е. Языков, Н.З. Беликова - Челябинск: Октава, - 2004. - 175с.

26.Кириллов, И.И. Паровые турбины и паротурбинные установки / И.И. Кириллов, В.А. Иванов, А.И. Кириллов. - Л.:Машиностроение, 1978.- 230с.

27.Коротков, В.В. Исследование и разработка стопорно-регулирующих клапанов, обладающих повышенной надежностью и низким аэродинамическим сопротивлением: автореферат дис. канд. техн.наук / В.В. Коротко. - М.: МЭИ, 2003. - 180с.

28.Колыванов, В.Г. Регулирующий клапан паровой турбины. Форма клапанного канала / В.Г.Колыванов // Патент РФ №2109143 20.04.1998.

29.Костюк, А.Г. Анализ колебаний в паропроводящей системе паровых турбин. / А.Г.Костюк // Теплоэнергетика. - 1998. - №8 - С. 17.

30.Костюк, А.Г. Экспериментальный анализ пульсаций давления в паропроводящих органах турбоагрегата / А.Г. Костюк, А.И. Куменко, А.Л. Некрасов, C.B. Медведев // Теплоэнергетика. - 2000г. - № 6 - С.20.

31.Костюк, А.Г. Турбины тепловых и атомных электрических станций / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний. - М.: Издательство МЭИ, 2001.-450с.

32.Косяк, Ю.Ф. Паротурбинные установки атомных электростанций / Под редакцией Ю.Ф.Косяка- М.: Энергия, 1978 - 103с.

33.Лезман, В.И. Системы регулирования модернизированных паровых турбин / В.И. Лезман, М.И. Волынский. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 168с.

34.Лезман, В.И. Регулирующий поворотный клапан / В.И. Лезман, В.П. Филькин и др. // Авторское свидетельство на изобретение №877195 05.11.1981.

35.Носков, В.В. Экспериментальное исследование режимов течения на вибродинамическое состояние диффузорных элементов проточных частей турбомашин: автореферат, дис канд. тех. наук / Виктор Владимирович Носков. - М.: МЭИ, 2010. - 193с.

36.Попов, Е.Ф. Поворотная заслонка / Е.Ф. Попов, В.Д. Пшеничный, А.И. Гительман // Патент СССР №611063 на изобретение 22.05.1978.

37.Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы / В.П. Преображенский. - М.: Энергия, 1978. - 704с

38. Рекомендация МИ 1317-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Результаты и характеристики погрешности измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров. М.Стандартинформ.2004. - 54с.

39.Рыжков, В.К. Регулирующий клапан паровой турбины / В.К. Рыжков, Г.А. Ханин, В.А. Пахомов, И.М. Вольфсон, В.Г. Колыванов, М.С. Фрагин. // Патент СССР №1002613 на изобретение 07.03.1983 г.

40.Симонов, Б.П. Регулирующий клапан / Б.П. Симонов, А.Е. Зарянкин, В.А. Зарянкин // Патент РФ №2183780 на изобретение 20.06.2002.

41.Солодов, Ю. С. Обработка результатов наблюдений / Ю. С. Солодов, М.:МЭИ. 1980.-29 с

42.Сперанский, И.А. Экспериментальное исследование влияния химического никелирования на стойкость азотированного покрытия деталей турбин, работающих в среде свежего пара, автореферат, дис. канд. тех.наук / Игорь Александрович Сперанский, 1978.

43.Сурис, П.Л. Предохранительные и обратные клапаны паротурбинных установок / П.Л. Сурис. - М.: Энергоиздат, 1982. - 192с.

44.Сурис, П. Л. Экспериментальные исследования обтекания затворов обратных клапанов / П.Л. Сурис, А.А // изд. вузов. Энергетика, 1971 - №2. -С.57.

45. Трояновский, Б.М. Паровые и газовые турбины для атомных электростанций / Б.М. Трояновский и др. - М.: Энергоатомиздат, 1985. -256с.

46. Трояновский, Б.М. Турбины для атомных электростанций / Б.М. Трояновский. - 2-е изд., перераб. и доп . - М. : Энергия, 1978 . - 232 с.

47.Трухний, А.Д. Стационарные паровые турбины / А.Д. Трухний -М:.Энергоатомиздат, 1990.-636с.

48.Трухний, А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки / А.Д. Трухний, Б.В. Ломакин. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 541с.

49.Черноштан, В.И. Трубопроводная арматура ТЭС: Справочное пособие / В. И. Черноштан, В. А. Кузнецов, ЗАО 'АРМЭКС . - М. : Издательство МЭИ, 2001 .-368 с.

50.Фрагин, М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящая и ближайшая перспектива / М.С. Фрагин. - СПб.: «Энерготех», 2005. - 248с.

51.Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин ЛМЗ / М.С. Фрагин. - СПб.: Коста, 2011.- 400с.

52.Фрагин М.С. Блок регулирующих клапанов для паровпуска паровой турбины / М.С. Фрагин, Г.А. Ильке, М.Л. Волчегорский, А.Н. Никитин // Патент РФ №2080455 27.05.1997.

53.Ханин, Г.А. О моделировании колебаний регулирующих клапанов паровых турбин / Г.А. Ханин. // Энергомашиностроение. 1978. - №7. - С.41.

54.Ханин, Г.А. Об изгибных колебаниях регулирующих клапанов паровых турбин / Г.А. Ханин, ЕЛ. - Энергомашиностроение. 1982. - №9. - С.24.

55.Хвостов, М.В. Поворотный затвор / М.В. Хвостов, А.С. Павлов, К.К. Чубаров // Патент СССР №781471 на изобретение 23.11.1980.

56.Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин / А.В. Щегляев. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 384с

57.Яныпин, Б.И. Обобщенные характеристики дисковых затворов с плоскоскошенными дисками / Б.И. Яньшин. // Энергомашиностроение,

1957.- №9. - С.25.

58.Яньшин, Б.И. Модельные исследования дисковых затворов с плоскоскошенными дисками / Б.И. Яньшин. // Сборник трудов МВТУ №71, Машгиз, 1957.

59.Яныпин Б.И. Обтекание потоком клапана дискового затвора и силовое воздействие потока на клапан / Б.И. Яньшин. // Энергомашиностроение.

1958. -№5.-С.59

60.Яньшин Б.И. Гидродинамические характеристики затворов и элементов трубопроводов / Б.И. Яньшин. - М.: Машиностроение, 1975. - 170с.

61.ALSMOM -АЕМ. Novovoronezh 2 - 1200MW class, turbine island. Technical offer / Moscow . July 2007. - 320c.

62.Bednaz, L. Varianty Regulacnino Ventilu Turbin S Rovnym dnem Kuzelky / L. Bednaz, L. Tajc, L. Feldberg // 8th Conference on Power System Engineering, Thermodynamics Fluid Flow-ES 2009 Pilsen, Czech Republic, 2009.- 780c

63.Tajc, L. Control valves for turbines of large output / L. Tajc, L. Bednaz, M. Stastny // Transactions of the Institute of Fluid-Flow Machinery Gdansk, 2003. C.209.

64.Tajc, L. Control valves with flat bottom and muffler / L.Tajc, L.Bednaz, A.Makarov. // Proc.of the seminar on Topical problems of fluid mechanics.-Praha,2002.- C.75.

АЭС

АЧХ

БК

ВД

вчп

гост

ГРЭС

кпд лмз м

МЭИ

нд

нчп

пт

ПТУ РК

РКВД

сд

сис

ск

СПбГПУ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

атомная электростанция амплитудно-частотная характеристика блок клапанов высокое давление высокочастотные пульсации Государственный стандарт государственная районная электростанция коэффициент полезного действия Ленинградский Металлический завод число Маха

Московский энергетический институт - Технический университет»

низкое давление

низкочастотные пульсации

паровая турбина

паротурбинная установка

регулирующий клапан

регулирующий клапан высокого давления

Среднее давление

сборочно-испытательный стенд

стопорный клапан

Санкт-Петербургский государственный политехнический

университет

СПП - сепаратор-пароперегреватель

ТЭС - тепловая электростанция

ЦВД - цилиндр высокого давления

ЦСД - цилиндр среднего давления

ЦКТИ - Центральный котлотурбинный институт

ЦНД - цилиндр низкого давления

ХТГЗ - Харьковский турбогенераторный завод