Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Анализ возможных режимов работы последних ступеней мощных паровых турбин

Н. А. Забелин, Дарья Олеговна Сенецкая, Александр Владимирович Сенецкий

Аннотация


Современные тенденции разработки и реализации электрогенерирующих мощностей, базирующихся на возобновляемых источниках энергии – компонент внесения дисбаланса в Единую энергетическую систему России. Для недопущения колебания частоты электрической сети и в качестве компенсирующих мощностей используются паровые турбины ТЭС и ТЭЦ средней и большой единичной мощности. В связи с этим энергоблоки могут эксплуатироваться на частичной (нерасчётной) нагрузке, что приводит к снижению их экономичности и надёжности. При изменении нагрузки турбины в сторону уменьшения от номинальной, первыми реагируют последние ступени цилиндров низкого давления, переходя в турбинный режим (выработка механической мощности), далее наступает режим холостого хода (вырабатывается ровно столько же мощности ступенью, сколько и потребляется), после дальнейшего уменьшения расхода пара через проточную часть наступает малорасходный режим (потребление механической мощности ступенями). Для обеспечения надёжной и эффективной работы мощных паровых турбин важно представлять процессы, протекающие в последних ступенях цилиндров низкого давления и принимать меры по улучшению их технических характеристик. Проводится анализ современных тенденций и существующих подходов к представлению и пониманию термодинамических процессов, протекающих в проточных частях цилиндров низкого давления при работе от номинального до малорасходного режима. Поставленная цель достигается путём анализа имеющихся источников литературы по направлению переменных и частичных режимов работы последних ступеней турбин большой мощности. Наиболее существенным результатом является обобщение имеющихся данных по направлению частичного нагружения турбин большой мощности. Значимость полученных результатов состоит в том, что проведённый анализ показывает глобальность и важность рассмотрения и решения задачи повышения экономичности и надёжности эксплуатации турбин большой мощности на режимах частичной нагрузки, особенно при режиме ниже холостого хода (малорасходный режим).

 

DOI: 10.71841/EP.elst.2025.1123.2.02


Ключевые слова


малорасходный режим, частичная нагрузка, паровая турбина, турбинная ступень, цилиндр низкого давления, режим холостого хода, привтулочный отрыв, вращающийся вихрь.

Полный текст:

PDF

Литература


Прогноз развития энергетики мира и России 2016 / под ред. А.А. Макарова, Л.М. Григорьева, Т.А. Митровой. -- М.: ИНЭИ РАН–АЦ при Правительстве РФ, 2016. – 197 с.

Shubenko, O. Separation near the bushing of the flow in the outlet nozzle of the steam turbine at the low-flow rate modes / O. Shubenko, S. Alyokhina, V. Goloshchapov, O. Kotulska, D. Senetska // International Science Journal of Engineering & Agriculture. – 2023. – Vol. 2, No. 2. – P. 53 -- 63. – (https://doi.org/10.46299/j.isjea.20230202.05).

Kim, S.-J. Inter-blade vortex and vortex rope characteristics of a pump-turbine in turbine mode under low flow rate conditions / S.-J. Kim, J.-W. Suh, Y.-S. Choi, J. Park, N.-H. Park, J.-H. Kim // Water. – 2019. – No. 11. -- 2554. – (https://doi.org/10.3390/w11122554).

Karakurt, S.A. Performance analysis of a steam turbine power plant at part load conditions / S.A. Karakurt, Ü. Güneş // Journal of Thermal Engineering. – 2017. – Vol. 3, No. 2. – Р. 1121 -- 1128. – (https://doi.org/10.18186/thermal.298611).

Schleer, M. Increasing the performance of steam turbines at part load by optimizing the control system during operation [Electronic resource] / M. Schleer, J. Steil // Proceedings of Global Power and Propulsion Society. GPPS Hong Kong 2023, October 17-19. – 2023. – GPPS-TC-2023-0238. – P. 1 -- 11. – (https://gpps.global/wp-content/uploads/2023/10/GPPS-TC-2023_paper_238.pdf).

Shubenko, A. Determination of the Idle Mode of the Stage of Axial Turbine during Operation at Partial Loads / A. Shubenko, V. Goloshchapov, D. Senetska, O. Senetskyi // Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. – 2021. – No. 65 (1). – P. 103 -- 109. – (https://doi.org/10.3311/PPme.17359).

Shubenko, A.L. The operation of the last stage of steam turbine at the low-flow rate modes / A.L. Shubenko, V.N. Goloshchapov, D.O. Senetska // Energetika. – 2020. – No. 66 (1). – P. 1 -- 10. – (https://doi.org/10.6001/energetika.v66i1.4299).

Radin Yu.A. Improving the Flexibility and Reliability of Steam Power Units at Thermal Power Plants / Yu.A. Radin // Thermal Engineering. – 2021. – No. 68 (6). – P. 481 -- 489. – (https://doi.org/10.1134/S0040601521060070).

Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1523-р от 09.06.2020_г. [Electronic resource]. – (https://minenergo.gov.ru/node/1026).

Щегляев, А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: учеб. для вузов. 6-е изд. перераб., доп. и подгот. к печати Б.М. Трояновским / А.В. Щегляев. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 416 с.

Кириллов, И.И. Теория турбомашин / И.И. Кириллов. – Л.: Машиностроение, 1972. – 536 с.

Самойлович, Г.С. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах [Текст] / Г.С. Самойлович, Б.М. Трояновский. – М.: Энергоиздат, 1982. – 494 с.

Плоткин, Е.Р. Пусковые режимы паровых турбин энергоблоков / Е.Р. Плоткин, А.Ш. Лейзерович. – М.: Энергия, 2010. – 192 с.

Хаимов, В.А. Малорасходные режимы ЦНД турбин Т-250/300-240 [Текст] / под ред. В.А. Хаимова. – Спб.: БХВ-Петербург, 2007. – 240 с.

Stodola, A. Steam and Gas Turbines: with a supplement on the prospects of the thermal prime mover / A. Stodola. – New York, 1945. – 1350 p.

Неуймин,В.М. Методы оценки вентиляционных потерь мощности в ступенях паровых турбин ТЭС [Текст] / В.М. Неуймин // Теплоэнергетика. – 2014. – № 10. – С. 73 -- 80.

Быстрицкий, Л.Н. Работа турбинной ступени с малым Dcр/l в режиме потребления энергии. Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование / Л.Н. Быстрицкий, В.Н. Голощапов, В.И. Касилов, А.Ю. Козлоков // Вестник НТУ «ХПИ». -- Харьков: НТУ «ХПИ». – 2010. – № 3. – С. 61 -- 65.

Быстрицкий, Л.Н. Исследование турбинных ступеней с малым отношением Dcр/l в диапазоне режимов работы от номинального до холостого хода: дис. … канд. техн. наук: 05.04.01 / Л.Н. Быстрицкий. – Харьков. – 1975. – 203 с.

Мацевитый, Ю.М. Повышение энергоэффективности работы турбоустановок ТЭС и ТЭЦ путем модернизации, реконструкции и усовершенствования режимов их эксплуатации / Ю.М. Мацевитый, В.В. Соловей, Н.Г. Шульженко, В.Н. Голощапов, А.В. Русанов. – Киев: Наук. думка, 2008. – 366 с.

Опадчий, Ф. Мы уже вынуждены ограничивать выработку ВИЭ [Текст] / Ф. Опадчий [Электронный ресурс] // Системный оператор Единой энергетической системы России. – (https://www.so-ups.ru/news/press/press-view/news/22187/).

Шубенко, О.Л. Напрямний апарат теплофікаційної турбіни: пат. 121001 Україна, МПК(2019) F01D 25/32, F01D 9/02 / О.Л. Шубенко, Д.О. Сенецька, В.М. Голощапов, О.Ю. Козлоков; заявник і патентовласник Ін-т проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України. № а 2019 00045; заявл. 02.01.2019; опубл. 10.03.2020, Бюл. № 5.

Шубенко, О.Л. Напрямний апарат волого-парового ступеня: пат. 121002 Україна, МПК(2019) F01D 25/32, F01D 9/02 / О.Л. Шубенко, Д.О. Сенецька, В.М. Голощапов, В.Л. Швецов; заявник і патентовласник Ін-т проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України. № а 2019 00049; заявл. 02.01.2019; опубл. 10.03.2020, Бюл. № 5.

Богомолова, Т.В. Анализ предельной длины рабочих лопаток паровых турбин [Электронный ресурс] / Т.В. Богомолова // Энергетические системы. – 2022. – № 1. – С. 1 -- 10. – (https://ices2022.j-es.ru/wp-content/uploads/2022/12/2-Богомолова-ТВ.pdf).

Мисак, Й. Пускові режими парових турбін енергоблоків ТЕС / Й. Мисак, В. Дворовенко, І. Галячук. – Львів: НВФ «Українські технології», 2008. – 176 с.

Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила. – Київ: ГРІФРЕ, 2003. – 598 с.

Качуринер, Ю.Я. Паровые турбины: особенности работы влажнопаровых ступеней / Ю.Я. Качуринер. – СПб: Энерготех, 2015. – 216 с.

Трухний, А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки / А.Д. Трухний, Б.В. Ломакин. – М.: изд-во МЭИ, 2002. – 540 с.

Усачев, И.П. О прикорневом отрыве в осевой турбинной ступени / И.П. Усачев, В.М. Неуймин, Л.А. Жученко // Энергомашиностроение. – 1979. – № 3. – С. 9 -- 12.

Гродзинский, В.Л. Исследование отрыва потока в межвенцовом зазоре осевых ступеней / В.Л. Гродзинский, М.Е. Левина, А.С. Федотов // Энергомашиностроение. – 1987. – № 5. – С. 21 -- 29.

Топунов, А.М. Характеристики группы последних ступеней турбин на режимах малых нагрузок / А.М. Топунов, Ю.М. Погодин, А.С. Петров, В.Л. Раков // Теплоэнергетика. – 1989. – № 7. – С. 26 -- 30.

Шнеэ, Я.И. Основные результаты создания и газодинамических исследований последней ступени турбин К-500 и К-1000-65/1500 / Я.И. Шнеэ, Ю.Ф. Косяк, В.Н. Пономарёв // Теплоэнергетика. – 1978. – № 9. – С. 2 -- 7.

Трояновский, Б.М. Совершенствование проточных частей паровых турбин / Б.М. Трояновский // Теплоэнергетика. – 1996. – № 1. – С. 10 -- 17.

Лапшин, К.Л. Оптимизация проточных частей многоступенчатых турбин / К.Л. Лапшин. – СПб.: Изд-во С-Петербургского университета, 1992. – 286 с.

Лапшин, К.Л. Оптимизация проточных частей модернизируемых паровых турбин / К.Л. Лапшин // Теплоэнергетика. – 1996. – № 6. – С. 65 -- 67.

Русанов, А.В. Математическое моделирование нестационарных газодинамических процессов в проточных частях турбомашин / А.В. Русанов, С.В. Ершов. – Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2008. – 275 с.

Цветков, А.М. Современные компьютерные технологии при проектировании проточных частей паровых и газовых турбин / А.М. Цветков, А.И. Кириллов, К.Л. Лапшин, Е.М. Смирнов, А.И. Борисов // Проблемы технического перевооружения и продления ресурса турбинного оборудования электростанций: материалы всероссийского отраслевого совещания, 10-11 июня 1999 г. Ст.-Петербург. – 1999. – С. 188 -- 190.

Голощапов, В.Н. Влияние вакуума за последней ступенью на пространственную структуру потока в проточной части паровой турбины / В.Н. Голощапов, Н.В. Пащенко, А.В. Русанов // Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ» сб. науч. трудов. -- Харьков: НТУ «ХПИ». – 2009. – № 3. – С. 49 -- 55.

Stanciu, M. Numerical investigation of condenser pressure effect on last stage operation of low pressure wet steam turbines / M. Stanciu, M. Marcelet, J.-M. Dorey //. Proceedings of ASME Turbo Expo 20013: Turbine Technical conference and exposition, June 3-7 2013. San Antonio, USA. – GT2013-94070. – 11 p. – (https://doi.org/10.1115/GT2013-94070).

Shuai, Sh. Numerical investigation of flow characteristics of low pressure exhaust hood off-design conditions for steam turbines / Sh. Shuai, D. Qinghua, Sh. Heshuang, F. Zhenping, Ch. Kai, P. Zeying // Proceedings of ASME Turbo Expo 20013: Turbine Technical conference and exposition, June 3-7 2013. San Antonio, USA. – GT2013-95257. – 10 p. – (https://doi.org/10.1115/GT2013-95257).

Delabriere, H. Through-flow analysis of steam turbines operating under partial admission [Text] / H. Delabriere, J.M. Werthe // Direction des Etudes et Recherches CHATOU (France). – 1994. – Vol. 1. – P. 1 -- 14.

Симою, Л.Л. Расчет переменных режимов ЧНД теплофикационных паровых турбин [Текст] / Л.Л. Симою, М.С. Индурский, Е.И. Эфрос // Теплоэнергетика. – 2000. – № 2. – С. 16 -- 20.

Баринберг, Г.Д. Об основных направлениях развития теплофикации и теплофикационного турбостроения в России / Г.Д. Баринберг, В.В. Кортенко, А.А. Чубаров // Теплоэнергетика. – 2001. – № 11. – С. 7 -- 12.

Слабченко, О.Н. Оценка эффективности работы ЦНД турбины Т-250/300-23.5 Харьковской ТЭЦ-5 / О.Н. Слабченко, М.В. Зайцев, А.Ю. Козлоков, А.Д. Золотухин // Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ». – 2009. – № 3. – С. 41 -- 48.

Неуймин, В.М. Характерные режимы эксплуатации теплофикационной паротурбинной установки / В.М. Неуймин // Особенности терминологии. Энергетик. – 2014. – № 6. – С. 7 -- 9.

Голощапов, В.Н. Особенности течения рабочей среды в проточной части паровых турбин при работе в широком диапазоне изменения их нагрузки / В.Н. Голощапов, А.Л. Шубенко, В.И. Касилов, А.Ю. Козлоков // Енергетика та електрифікація. – 2008. – № 5. – С. 26 -- 34.

Хаимов, В.А. Малорасходные режимы и надёжность ЦНД турбины Т-250/300-240 / В.А. Хаимов, П.В. Храбров, Ю.А. Воропаев, О.Е. Котляр // Теплоэнергетика. – 1991. – № 11. – С. 38 -- 43.

Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов. – М.: Энергия, 1968. – 424 с.

Салтанов, Г.А. Неравновесные и нестационарные процессы в газодинамике однофазных и двухфазных сред / Г.А. Салтанов. – М.: Наука, 1979. – 286 с.

Шубенко, А.Л. Математическое моделирование процессов течения влажного пара и оценка их воздействия на характеристики проточных частей турбин дис. … докт. техн. наук: 05.04.12 [Текст] / А.Л. Шубенко, [Ин-т проблем машиностроения НАН Украины]. Харьков. – 1994. – 265 с.

Шубенко, А.Л. Расчет неравновесной гомогенной конденсации в ступенях влажнопаровых турбин с учетом особенностей их рабочих процессов / А.Л. Шубенко, В.Н. Голощапов, Н.Ю. Бабак, И.В. Решитько // Проблем машиностроения. – 2015. – Т. 18(4/2). – С. 3 -- 12.

Шубенко, А.Л. Повышение эффективности работы цилиндров низкого давления теплофикационных турбин / А.Л. Шубенко, В.Н. Голощапов, О.А. Бабенко // Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. пр. Харків: НТУ «ХПІ». – 2017. – № 8/1230. – С. 82 -- 87.

Методические указания о порядке оценки работоспособности рабочих лопаток паровых турбин в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта: РД 153-34.1-17.462-00. – М,: РАО «ЕЭС России», 2001. – 62 с.

Усачев, И.П. О режимных причинах поломок лопаток последних ступеней низкого давления / И.П. Усачев, В.М. Неуймин // Энергетик. – 2003. – № 3. – С. 15 -- 17.

Неуймин, В.М. О мерах по снижению эрозионного износа рабочих лопаток современных паровых турбин ТЭС [Текст] / В.М. Неуймин // Энергетик. – 2011. – № 3. – С. 10 -- 18.

Урьев, Е.В. Исследование теплового состояния части низкого давления турбины Т-250/300-240 / Е.В. Урьев, С.А. Локалов, Л.Н. Масленников, Л.Д. Фуксман, В.М. Вислова // Теплоэнергетика. – 1985. – № 3. – С. 61 -- 63.

Водичев, В.И. Исследование температурного состояния лопаточного аппарата ЦНД Т-100 при работе в беспаровом режиме [Текст] / В.И. Водичев, Э.Н. Ефименко, С.А. Локалов // Энергомашиностроение. – 1987. – № 4. – С. 8 -- 12.

Хаимов, В.А. Экстремальные температурные режимы ЦНД турбины Т-250/300-23.5 / В.А. Хаимов, Ю.А. Воропаев // Теплоэнергетика. – 1994. – № 7. – С. 44 -- 48.

Неуймин, В.М. К построению физико-математической модели для оценки уровня вентиляционных разогревов проточной части турбины ТЭС / В.М. Неуймин // Надежность и безопасность энергетики (ч. 1). – 2009. – № 4(7). – С. 40 --43 // Надежность и безопасность энергетики (ч. 2). – 2010 – № 1(8). – С. 37 -- 42.

Сенецкая, Д.О. Определение режима холостого хода последних ступеней мощных паровых турбин для области влажного пара / Д.О. Сенецкая, А.В. Сенецкий // PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE. – 2024. – № 3 (63). – С. 118 -- 129. – (https://doi.org/10.52254/1857-0070.2024.3-63.10).

Шубенко, О.Л. Тепловий стан робочих лопаток ЦНТ теплофікаційної турбіни Т-250/300-240 / О.Л. Шубенко, В.М. Голощапов, О.В. Котульська, Т.М. Парамонова, Д.О. Сенецька // Гідравлічні машини та гідроагрегати. Вісник НТУ «ХПІ». – 2023. – № 1. – С. 18 -- 24. – (https://doi.org/10.20998/2411-3441.2023.1.03).


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


   

                    

© 1998 — 2025 НТФ "Энергопрогресс"

 

Адрес редакции:
129090, Москва. ул. Щепкина, 8, офис 101
Тел. (495) 234-74-17
E-mail: el.stantsii@gmail.com, el-stantsii@yandex.ru