Разработка проточных частей теплофикационных турбин мощностью 2,5 и 5 МВт с использованием современных компьютерных технологий

Abstract

Описана методика проектирования осевых проточных частей турбин. Методика основана на использовании методов аналитического описания геометрий проточных частей и газодинамических расчетов различной сложности. Описание геометрии проточных частей выполняется с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Для учета термодинамических свойств рабочего тела используется интерполяционно-аналитический метод аппроксимации уравнений состояния воды и водяного пара формуляции IAPWS-95. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U. Результаты расчетов, полученные с помощью программного комплекса IPMFlow, обладают необходимой достоверностью как по качественной структуре течения, так и по количественной оценке характеристик изолированных турбинных решеток и проточных частей турбомашин в целом. Представлены несколько вариантов проточных частей теплофикационной турбин электрической мощностью до 5 МВт и тепловой мощностью до 10 МВт. Конструкция проточных частей предназначена для работы круглый год – во время отопительного сезона они могут работать в режиме обогрева (теплофикация), либо в конденсационном режиме с максимальной эффективностью генерации электроэнергии. Газодинамическая эффективность разработанных проточных частей турбин является достаточной для энергетических машин подобного рода.

Описано методику проектування осьових проточних частин турбін, що ґрунтується на використанні методів аналітичного опису геометрії проточних частин і газодинамічних розрахунків різної складності. Наведено декілька варіантів проточних частин теплофікаційних турбін електричною потужністю до 5 МВт і тепловою потужністю до 10 МВт. Газодинамічна ефективність розроблених проточних частин турбін є достатньою для енергетичних машин подібного роду.

The method for the design of axial flow turbine parts is described. The method is based on the use of methods of analytical describing of the geometry of the flow parts and gas-dynamic calculations of varying complexity. Geometry description of flow parts is performed using analytical methods profiling, initial data which is used a limited number of parameter values. To account for thermodynamic properties of the working medium an analytical interpolation method is used for approximating equations of the formulation IAPWS-95. 3D turbulent flow model is realized in the program complex IPMFlow, developed based on the earlier codes FlowER and FlowER-U. The results of computations obtained from the code IPMFlow have the necessary reliability in the qualitative structure of the flow and in the quantitative characteristics of the isolated turbine cascades and turbine as a whole. Several types of flow parts of cogeneration turbine with electric power up to 5 MWe and thermal power up to 10 MWt are presented. Designs of flow parts are intended to operate year-round - during the heating season they can be operated in the heating mode (extraction), while in the off-season in condensing mode with the maximum efficiency in the production of electricity. Gas-dynamic efficiency of the developed turbine flow parts is adequate for the power machines of this kind.