Особенности проектирования последней ступени турбины 65.1 с целью улучшения характеристик диффузора

Андрей Владимирович Грановский; И.В. Афанасьев; Л.И. Бекренева; Н.И. Фокин; М.Г. Черкасова

doi:10.34831/EP.2023.1102.5.003

Особенности проектирования последней ступени турбины 65.1 с целью улучшения характеристик диффузора

Андрей Владимирович Грановский, И.В. Афанасьев, Л.И. Бекренева, Н.И. Фокин, М.Г. Черкасова

Аннотация

В газовых турбинах влияние выхлопных диффузоров на экономичность всей газотурбинной установки (ГТУ) достаточно существенно, особенно при работе ГТУ в составе парогазовой установки (ПГУ), когда давление за турбиной имеет повышенные значения для того, чтобы обеспечить прохождение горячего выхлопного газа через котёл-утилизатор. При этом, высокоэффективная работа диффузора позволяет реализовывать в газовой турбине увеличенный перепад давления и, соответственно, вырабатывать необходимую мощность с высокой экономичностью. Таким образом, основной задачей диффузора является преобразование кинетической энергии потока за турбиной в статическое давление с минимальными потерями. Торможение потока в диффузоре часто приводит к отрыву потока. Чтобы избежать появления зон отрыва потока и, следовательно, увеличения потерь в диффузоре, были выработаны рекомендации по целесообразной форме проточной части диффузора. Однако сама по себе отработанная геометрия диффузора не даёт необходимых гарантий получения требуемых характеристик, потому что значительное влияние на работу диффузора имеют распределения параметров потока на входе в диффузор, которые генерируются впередистоящей турбиной.

Анализ распределений параметров потока за исходной турбиной ГТЭ-65.0, которая является прототипом для модифицированной турбины 65.1, показал, что распределение полного давления P_т^* и угла выхода потока оказались неблагоприятными для эффективной работы диффузора, так как приводили к появлению отрывных зон на силовых стойках и на втулочной поверхности диффузорного канала. Поэтому для повышения эффективности диффузора в модифицированной турбине ГТЭ-65.1 сопловая и рабочая лопатки четвёртой ступени были перепроектированы. Целью перепроектирования было получение такого распределения полного давления и угла потока на выходе из турбины, которые позволили бы минимизировать количество и размеры зон отрыва потока, уменьшить потери в диффузоре и повысить коэффициент восстановления давления С_p диффузора по сравнению с С_pв диффузоре исходной турбины 65.0.

Ключевые слова

венцы последней ступени, распределение параметров потока на входе в диффузор, зоны отрыва потока на поверхностях проточной части диффузора, силовые стойки.

Полный текст:

PDF

Литература

Лебедев, А.С. Обоснование выбора параметров тепловой схемы газотурбинной установки среднего класса ГТЭ-65 и характеристики ее основных узлов [Текст] / А.С. Лебедев, Н.О. Симин // Тяжелое машиностроение. – 2007. -- № 7. – С. 2 -- 7.

Kurmanov, B.I. The calculation of flow at turbomachine cascades by means of Navier – Stokes equations with q-ω turbulence model [Text] / B.I. Kurmanov, G.L. Podvidz // Uchenye Zapiski CAGI. – 2001. -- Vol. XXXII, No. 3 -- 4.

Nigmatullin, R.Z. The mathematical Models of flow Passage for gas Turbines Engines and their Components [Text] / R.Z. Nigmatullin, M.Ja. Ivanov // AGARD lecture. -- 1994. – No. 198, LS-198. P. -- 4-1 – 4-28.

Granovskiy, A.V. Simulation of Temperature Field Redistribution Trough Multistage Cooled Turbines [Text] / A.V. Granovskiy, M.K. Kostege, M.Ja. Ivanov, R.Z. Nigmatullin // ASME. – 2001. -- Paper 2001-GT-576. -- P. 8.

Krupa, V.G. Simulation of steady and unsteady viscous flows in turbomachinery [Text] / V.G. Krupa // AGARD lecture series. -- 1994. – No. 198, LS-198. – P. 7-1 -- 7-39.

Soumine, A. How to upgrade Gas Turbines to meet customer requirements and be fast to market [Text] / A. Soumine, S. Irmisch, A. Bauer, J. Ferber, W. Kappis // ASME. -- Paper GT2013-53095. – P. 8.

Семакина, Е.Ю. Результаты экспериментальных и численных исследований аэродинамических характеристик системы «ступень -- диффузор» ГТЭ-65 [Текст] / Е.Ю. Семакина, В.А. Черников, Р.Е. Кириченко, М.Г. Черкасова // Сб. тезисов докладов на LXVII сессии комиссии по газовым турбинам РАН «Научно-технические проблемы широкого применения газотурбинных и парогазовых установок в электроэнергетике». – Санкт-Петербург, 2020ю – 15 -- 16 сентября. – С. 81 -- 90.

Vassiliev, V. Impact of the Inflow Conditions on the Heavy-Duty Gas Turbine Exhaust Diffuser Performance [Text] / V. Vassiliev, S. Irmisch, S. Abdel-Wahab, A. Granovskiy // ASME Journal of Turbomachinery. – 2012. -- Vol. 134, No. 4. -- P. 041018-1 -- 041018-9.

Вокин, Л.О. Влияние закрутки лопаток последней ступени на эффективность блока «ступень -- диффузор» стационарной ГТУ [Текст] / Л.О. Вокин, Е.Ю. Семакина, В.А. Черников // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. -- 2021. -- Т. 23, № 4. -- С. 84-95. – (doi:10.30724/1998-9903-2021-23-4-84-95).

Вокин, Л.О. Оптимальная закрутка лопаточного аппарата последней ступени стационарной турбины с осевым диффузором [Текст] / Л.О. Вокин, Е.Ю. Семакина, В.А. Черников // Сб. тезисов докладов на LXIX сессии комиссии по газовым турбинам РАН «Научно-технические проблемы широкого применения газотурбинных и парогазовых установок в электроэнергетике». – Санкт-Петербург, 2022. – C. 135 -- 144.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2023.1102.5.003