Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование нового цилиндра низкого давления (ЦНД) повышенной пропускной способности для мощных конденсационных паровых турбин.

Номер контракта: 14.577.21.0072

Руководитель: Зарянкин Аркадий Ефимович

Должность руководителя: профессор

Докладчик: Гаранин Иван Владимирович, Инженер/аспирант

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
цилиндр низкого давления, паровая турбина, лопатки последней ступени, двухъярусный цнд, вильчатая лопатка, двухъярусная ступень

Цель проекта:
Решаемая проблема заключается в повышении предельно возможного расхода пара через проточную часть ЦНД и, следовательно, максимальной мощности одновальных турбин. Целью реализуемого проекта является разработка технических решений, обеспечивающих возможность создания цилиндра низкого давления повышенной пропускной способности. Создание ЦНД нового поколения, позволит сократить их число на уже существующих мощных паровых турбинах, что позволит снизить удельную металлоемкость и общую длину, а также обеспечить возможность дальнейшего увеличения единичной мощности паровых турбин до 2000–2500 МВт без увеличения их линейных габаритов при сохранении существующих в России предельных длин лопаток последних ступеней.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом выполнения проекта является конструкция проточной части двухъярусного цилиндра низкого давления и его узлов: выхлопного патрубка, системы регенерации и соплового аппарата. Для вышеперечисленных узлов так же будет проведено модельное экспериментальное исследование. Особое внимание уделяется всесторонней проработке новой двухъярусной лопатки вильчатой конструкции. Для которой уже проведена оптимизация конструкции на базе трехмерных аэродинамических и прочностных расчетов, и в дальнейшем будет проработана технология производства и изготовлен экспериментальный образец.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Проведенные исследования конструкции двухъярусного ЦНД позволили установить оптимальное число ступеней в нижнем и верхнем ярусе разрабатываемого цилиндра низкого давления. Верхний ярус цилиндра содержит 3 ступени, а нижний – 5. Интегральный КПД двухъярусного цилиндра составил 87,1%. Разработанные профили сопловых и рабочих лопаток обладают низкими профильными потерями (менее 3,7%). Особое внимание уделено разработке основы нового цилиндра низкого давления с повышенной пропускной способностью – двухъярусной “вильчатой” лопатке. Для которой выполнен весь комплекс численных исследований аэродинамики и прочностного состояния показавшие ее высокую эффективность. Разработанная вильчатая лопатка сочетает высокие аэродинамические и прочностные показатели (коэффициент запаса прочности 2). Разработанная новая система регенеративного отбора позволяет снизить влияние неравномерного распределения расхода в межвенечном зазоре и повысить КПД последующей ступени. Разработанная конструкция соплового аппарата позволяет предотвратить образования отрывных течений в периферийной области. Также разработана конструкция выхлопного патрубка для двухъярусного цилиндра низкого давления. Для перечисленных выше узлов разработаны экспериментальные модели, которые, как предполагается, подтвердят эффективность заложенных конструктивных решений. Проводимые работы по разработке нового ЦНД повышенной пропускной способности не имеют аналогов в мировой практике энергетического машиностроения.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанный в процессе выполнения всего проекта ряд новых технических решений послужит базой для дальнейших ОКР. Предполагается, что разработанные цилиндры низкого давления повышенной пропускной способности, являющиеся эффективным способом повышения единичной мощности паротурбинных блоков, найдут широкое применение при создании конденсационных паровых турбин сверхвысокой мощности. Новый цилиндр может найти применение и для модернизации существующих турбоагрегатов, так как позволяет сократить число цилиндров низкого давления. Например, для блоков мощностью 800 МВт применение нового ЦНД позволяет сократить число ЦНД с трех до двух, что приведет к снижению металлоёмкости турбоагрегата более чем на 10 % и, следовательно, обеспечит существенное сокращение капитальных затрат.

Текущие результаты проекта:
Результаты прикладного научного исследования полученные к концу 2015 года включают:
1. Проведено исследование возможных способов повышения пропускной способности ЦНД;
2. Проведено обоснование перспективности применения перехода к двухъярусным проточным частям для повышения пропускной способности;
3. Проведено численное исследование аэродинамики проточной части двухъярусного ЦНД;
4. Разработан эскизный проект проточной части двухъярусного ЦНД;
5. Разработан эскизный проект двухъярусной “вильчатой” лопатки;
6. Разработана конструкция выхлопного патрубка;
7. Разработана конструкция соплового аппарата последней ступени, предотвращающая отрывные течения в области периферийного сечения;
8. Разработана новая конструкция системы регенеративного отбора;
9. Разработаны экспериментальные стенды и модели для исследования новых конструкций выхлопного патрубка, соплового аппарата и регенеративного отбора.