245-252, mechanik artykuły
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiMgr inż. Anna GRZYMKOWSKAPolitechnika GdańskaWydział Oceanotechniki i OkrętownictwaDOI: 10.17814/mechanik.2015.7.236DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCHW UKŁADACH ŁOPATKOWYCHCZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCHStreszczenie: W artykule przedstawiono wyniki numerycznych symulacjiokołodźwiękowego przepływu pary przez ostatnie stopnie częściniskoprężnej turbiny o mocy 50 MW. Celem przeprowadzonych symulacjibyła detekcja oraz lokalizacja fali uderzeniowej, występującej dla przyjętejgeometrii układu łopatkowego. Przeanalizowano również wpływ zmianywartości ciśnienia na wlocie do rozpatrywanych stopni turbinyna maksymalną wartość prędkości przepływu pary oraz wielkość obszarukanału przepływowego zajmowanego przez przepływ okołodźwiękowy.SHOCK WAVES DETECIONIN THE BLADING OFTHE STEAM TURBINES’ LOW-PRESSURE SECTIONSAbstract: In this article the results of the numerical simulations of thetransonic steam flow through the last stages of the low-pressure section ofthe 50 MW turbine has been presented. The aim of the simulation was todetect and localise the shock wave, which occurs for the chosen bladinggeometry. The influence of the changes of the pressure at the inlet of theexamined turbine stages on the flow velocity maximum value and the flowchannel area occupied by the transient flow has also been analysed.Słowa kluczowe: fala uderzeniowa, model numeryczny, turbina parowaKeywords: shock wave, numerical model, steam turbine1. WPROWADZENIEZjawisko powstawania fali uderzeniowej jest charakterystyczne dla ostatnich stopni częściniskoprężnych turbin parowych. Jest ono ściśle związane ze znacznymi wymiarami kanałuprzepływowego części niskoprężnej oraz złożonością konstrukcji jej ostatnich stopni, którecharakteryzują się zmiennością przekrojów profili poszczególnych łopatek wzdłużich wysokości [1, 2].Jednym z narzędzi umożliwiających analizę rozkładu parametrów w kanałach przepływowychturbin parowych – takich jak ciśnienie, temperatura, prędkość – są obliczenia numeryczneCFD. Pozwalają one „zajrzeć do wnętrza kanału przepływowego” i przeanalizować zjawiskaniemożliwe do zaobserwowania w warunkach rzeczywistych. Do takich zjawisk należywłaśnie powstawanie fali uderzeniowej w ostatnich stopniach części niskoprężnych turbinparowych [3].245MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji2. GEOMETRIADla potrzeb obliczeń numerycznych, mających na celu detekcję oraz lokalizację faliuderzeniowej w kanale przepływowym turbiny parowej, wykorzystano dane geometryczneoraz termodynamiczne turbiny parowej o mocy 50 MW. Podczas budowy modelunumerycznego, wzięto pod uwagę jedynie dwa ostatnie stopnie części niskoprężnej, gdyż –jak wspomniano wcześniej – właśnie tam należało się spodziewać fali uderzeniowej.Trójwymiarowy model analizowanego układu łopatkowego, zilustrowany na rys. 1,utworzono z wykorzystaniem programu TurboGrid 16.0. Dla każdego z wieńcówłopatkowych wprowadzono następujące dane:liczbę łopatek tworzących wieniec,współrzędne geometryczne punktów górnej i dolnej linii kanału przepływowego,współrzędne geometryczne punktów poszczególnych przekrojów profili łopatkowych,wartości promieni determinujące położenie poszczególnych przekrojów profiliłopatkowych.Liczbę łopatek każdego z wieńców oraz liczbę przekrojów wykorzystanych w celuodtworzenia geometrii profili poszczególnych łopatek zestawiono w tablicy 1.Tablica 1. Liczba łopatek oraz liczba przekrojów profili łopatkowychdla poszczególnych wieńcówNumer wieńcaLiczba łopatekLiczba profili15482105113501149013Rys. 1. Widok trójwymiarowego modelu analizowanego układu łopatkowegoNumeryczną siatkę kanału przepływowego utworzono tak, aby liczba elementów siatkiprzypadająca na każdy wieniec wynosiła ok. 250 000. Dla tak przyjętych założeń, sumaryczna246MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacjiliczba elementów siatki kanału przepływowego wyniosła ok. 1 000 000. Widok siatki górneji dolnej linii kanału przepływowego oraz siatki na krawędziach łopatek poszczególnychwieńców przedstawiono na rys. 2.Rys. 2. Widok siatki górnej i dolnej linii kanału przepływowego oraz siatkina krawędziach łopatek poszczególnych wieńców3. SYMULACJA NUMERYCZNANumeryczne symulacje przepływu pary przez analizowane stopnie turbiny parowejprzeprowadzono w programie CFX 16.0. W celu określenia wpływu zmiany parametrówczynnika roboczego na zjawisko powstawania fali uderzeniowej, dokonano wielu symulacji,zmieniając wartość ciśnienia pary na wlocie do przedostatniego stopnia turbiny. Podczassymulacji zadano następujące warunki brzegowe:wlot:ciśnienie całkowite:18–22 kPatemperatura całkowita:332,85 Kwylot:ciśnienie statyczne:5 kPa.Uwzględniono również ruch obrotowy palisad wirnikowych z prędkością 3000 obr/min.Uzyskane rozkłady liczby Macha oraz ciśnienia w kanale przepływowym, u stopy łopatkikierowniczej, zestawiono w tablicach 2 i 3.247MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiTablica 2. Rozkłady liczby Macha u stopy łopatki kierowniczej, dla rozważanych wartościciśnienia pary na wlocie do przedostatniego stopnia analizowanej turbinyWartośćciśnienianawlocieRozkład liczby Macha u stopy łopatki kierowniczej18 kPa19 kPa248MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji20 kPa21 kPa22 kPa249 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
//-->MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiMgr inż. Anna GRZYMKOWSKAPolitechnika GdańskaWydział Oceanotechniki i OkrętownictwaDOI: 10.17814/mechanik.2015.7.236DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCHW UKŁADACH ŁOPATKOWYCHCZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCHStreszczenie: W artykule przedstawiono wyniki numerycznych symulacjiokołodźwiękowego przepływu pary przez ostatnie stopnie częściniskoprężnej turbiny o mocy 50 MW. Celem przeprowadzonych symulacjibyła detekcja oraz lokalizacja fali uderzeniowej, występującej dla przyjętejgeometrii układu łopatkowego. Przeanalizowano również wpływ zmianywartości ciśnienia na wlocie do rozpatrywanych stopni turbinyna maksymalną wartość prędkości przepływu pary oraz wielkość obszarukanału przepływowego zajmowanego przez przepływ okołodźwiękowy.SHOCK WAVES DETECIONIN THE BLADING OFTHE STEAM TURBINES’ LOW-PRESSURE SECTIONSAbstract: In this article the results of the numerical simulations of thetransonic steam flow through the last stages of the low-pressure section ofthe 50 MW turbine has been presented. The aim of the simulation was todetect and localise the shock wave, which occurs for the chosen bladinggeometry. The influence of the changes of the pressure at the inlet of theexamined turbine stages on the flow velocity maximum value and the flowchannel area occupied by the transient flow has also been analysed.Słowa kluczowe: fala uderzeniowa, model numeryczny, turbina parowaKeywords: shock wave, numerical model, steam turbine1. WPROWADZENIEZjawisko powstawania fali uderzeniowej jest charakterystyczne dla ostatnich stopni częściniskoprężnych turbin parowych. Jest ono ściśle związane ze znacznymi wymiarami kanałuprzepływowego części niskoprężnej oraz złożonością konstrukcji jej ostatnich stopni, którecharakteryzują się zmiennością przekrojów profili poszczególnych łopatek wzdłużich wysokości [1, 2].Jednym z narzędzi umożliwiających analizę rozkładu parametrów w kanałach przepływowychturbin parowych – takich jak ciśnienie, temperatura, prędkość – są obliczenia numeryczneCFD. Pozwalają one „zajrzeć do wnętrza kanału przepływowego” i przeanalizować zjawiskaniemożliwe do zaobserwowania w warunkach rzeczywistych. Do takich zjawisk należywłaśnie powstawanie fali uderzeniowej w ostatnich stopniach części niskoprężnych turbinparowych [3].245MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji2. GEOMETRIADla potrzeb obliczeń numerycznych, mających na celu detekcję oraz lokalizację faliuderzeniowej w kanale przepływowym turbiny parowej, wykorzystano dane geometryczneoraz termodynamiczne turbiny parowej o mocy 50 MW. Podczas budowy modelunumerycznego, wzięto pod uwagę jedynie dwa ostatnie stopnie części niskoprężnej, gdyż –jak wspomniano wcześniej – właśnie tam należało się spodziewać fali uderzeniowej.Trójwymiarowy model analizowanego układu łopatkowego, zilustrowany na rys. 1,utworzono z wykorzystaniem programu TurboGrid 16.0. Dla każdego z wieńcówłopatkowych wprowadzono następujące dane:liczbę łopatek tworzących wieniec,współrzędne geometryczne punktów górnej i dolnej linii kanału przepływowego,współrzędne geometryczne punktów poszczególnych przekrojów profili łopatkowych,wartości promieni determinujące położenie poszczególnych przekrojów profiliłopatkowych.Liczbę łopatek każdego z wieńców oraz liczbę przekrojów wykorzystanych w celuodtworzenia geometrii profili poszczególnych łopatek zestawiono w tablicy 1.Tablica 1. Liczba łopatek oraz liczba przekrojów profili łopatkowychdla poszczególnych wieńcówNumer wieńcaLiczba łopatekLiczba profili15482105113501149013Rys. 1. Widok trójwymiarowego modelu analizowanego układu łopatkowegoNumeryczną siatkę kanału przepływowego utworzono tak, aby liczba elementów siatkiprzypadająca na każdy wieniec wynosiła ok. 250 000. Dla tak przyjętych założeń, sumaryczna246MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacjiliczba elementów siatki kanału przepływowego wyniosła ok. 1 000 000. Widok siatki górneji dolnej linii kanału przepływowego oraz siatki na krawędziach łopatek poszczególnychwieńców przedstawiono na rys. 2.Rys. 2. Widok siatki górnej i dolnej linii kanału przepływowego oraz siatkina krawędziach łopatek poszczególnych wieńców3. SYMULACJA NUMERYCZNANumeryczne symulacje przepływu pary przez analizowane stopnie turbiny parowejprzeprowadzono w programie CFX 16.0. W celu określenia wpływu zmiany parametrówczynnika roboczego na zjawisko powstawania fali uderzeniowej, dokonano wielu symulacji,zmieniając wartość ciśnienia pary na wlocie do przedostatniego stopnia turbiny. Podczassymulacji zadano następujące warunki brzegowe:wlot:ciśnienie całkowite:18–22 kPatemperatura całkowita:332,85 Kwylot:ciśnienie statyczne:5 kPa.Uwzględniono również ruch obrotowy palisad wirnikowych z prędkością 3000 obr/min.Uzyskane rozkłady liczby Macha oraz ciśnienia w kanale przepływowym, u stopy łopatkikierowniczej, zestawiono w tablicach 2 i 3.247MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiTablica 2. Rozkłady liczby Macha u stopy łopatki kierowniczej, dla rozważanych wartościciśnienia pary na wlocie do przedostatniego stopnia analizowanej turbinyWartośćciśnienianawlocieRozkład liczby Macha u stopy łopatki kierowniczej18 kPa19 kPa248MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji20 kPa21 kPa22 kPa249 [ Pobierz całość w formacie PDF ]