Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РОТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТУРБОУСТАНОВКИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Работа №101961

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

теплоэнергетика и теплотехника

Объем работы24
Год сдачи2014
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
188
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность проблемы. В настоящее время наблюдается тенденция к ужесточению требований, предъявляемых к надежности и маневренным характеристикам энергетических паровых турбин, что относится как к вновь проектируемым, так и находящимся в эксплуатации машинам. Можно выделить несколько причин данного явления.
Большая часть паровых турбин, эксплуатируемых в нашей стране близка к выработке своего ресурса. Для продления срока эксплуатации турбин и обеспечения их надежности необходимо принимать меры к снижению пусковых напряжений в деталях турбин, а также к снижению влияния человеческого фактора в наиболее ответственных переходных режимах работы турбоустановок.
В условиях нарастающего дефицита электроэнергии, турбоагрегаты, проектировавшиеся ранее как базовые, вовлекаются в покрытие переменной части суточного графика электрической нагрузки. В районах промышленных центров наибольшая часть генерирующих мощностей сосредоточена на крупных ТЭС, что обуславливает повышенные требования к маневренности мощных паровых турбин.
Активное проектирование и ввод в эксплуатацию новых парогазовых установок (ПГУ), выполненных по схеме с котлом-утилизатором, связано с предъявлением высоких требований к маневренности паровых турбин, что обусловлено необходимостью совместной работы с газотурбинной установкой (ГТУ), пуск которой осуществляется на порядок быстрее по сравнению с паротурбинной установкой (ПТУ).
Решение поставленных, во многом противоречивых, задач ведется за счет реализации новых конструктивных решений, ряда режимных мероприятий, а также за счет повышения степени автоматизации работы оборудования.
Для многих мощных паровых турбин, в том числе теплофикационных семейства Т-110/120-130 (далее по тексту Т-110), критическими (т е. ограничивающими скорость переходных процессов) элементами при пуске являются ротора высокого (РВД) или среднего (РСД) давления. В настоящее время штатные средства измерения температуры роторов не предусмотрены.
Целью работы является разработка и исследование методов моделирования термонапряженного состояния роторов паровых турбин в темпе технологического процесса на основе современных информационных технологий и вычислительной техники. Для этого решены следующие задачи:
1. Выполнен обзор современного состояния вопроса автоматизации переходных режимов работы паровых турбин. Выполнен обзор и сравнение методов моделирования термонапряженного состояния деталей паровых турбин, а также применения метода конечных элементов (МКЭ) в реальном времени в некоторых специфических областях техники.
2. Для моделирования процесса остывания ротора паровой турбины на примере турбины Т-110 разработано микропроцессорное устройство для формирования начальных условий и выбора оптимальной технологии пусковых операций.
3. Предложена методика и алгоритм разработки оптимизированной модели температурного состояния ротора паровой турбины, физико-математической основой которой является решение задачи нестационарной теплопроводности с помощью МКЭ в реальном времени на ограниченных вычислительных ресурсах. По данной методике и алгоритму сформулирована и реализована модель температурного состояния РВД турбины Т-110.
4. Разработана методика и алгоритм вычисления максимальных термических напряжений в роторе. Получены регрессионные зависимости, связывающие температурное поле модели ротора, полученной по указанной методике, с соответствующими термическими напряжениями.
5. В среде MATLAB Simulink реализована библиотека блоков, обеспечивающая разработку и тестирование моделей термонапряженного состояния роторов паровых турбин.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Предложен нетрадиционный подход к моделированию нестационарного температурного состояния ротора паровой турбины, заключающийся в использовании метода конечных элементов в реальном времени (ранее метод использовался лишь на этапе проектирования в конструкторском бюро). Доказана перспективность использования этого подхода в практике с точки зрения повышения точности моделирования по сравнению с традиционными методами.
2. Обоснованы, выбраны и исследованы наиболее значимые факторы при разработке и использовании данной модели, в том числе оптимизация модели, определение погрешности модели, определение частоты дискретизации для работы модели в реальном времени.
3. Введено понятие характерной разности температур, которое практически однозначно определяет максимальные температурные напряжения в критической зоне ротора (КЗР) паровой турбины.
4. Для паровой турбины Т-110 найдены характерные разности температур по телу ротора, однозначно определяющие температурные напряжения в КЗР — области регулирующей ступени (РС). Получены регрессионные зависимости, связывающие характерные разности температур и температурные напряжения в роторе, которые могут быть использованы при разработке алгоритмов автоматизации пусковых режимов рассматриваемой турбины.
Практическая значимость определяется тем, что: разработаны и реализованы технологии получения информации о термонапряженном состоянии ротора паровой турбины в реальном времени; определены пределы и перспективы использования методики для совершенствования систем автоматического управления паротурбинной установкой, а также проектирования современных тренажерных комплексов для эксплуатационного персонала паротурбинных энергоблоков.
По предложенным автором методикам разработано программное обеспечение в средах MATLAB и ANSYS, облегчающее и автоматизирующее разработку моделей термо НДС деталей турбины. В среде MATLAB Simulink разработана библиотека блоков для апробации данных моделей. В условиях эксплуатации данные модели могут быть реализованы на имеющихся контроллерах, либо на выделенных компьютерах, даже не обладающих большой вычислительной мощностью.
Разработано и верифицировано микропроцессорное устройство для моделирования процесса остывания ротора паровой турбины.
Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается корректным применением общепризнанных методик проектирования и моделирования, математических методов и алгоритмов. В работе использовано сертифицированное программное обеспечение: ANSYS, MATLAB, используемое инженерами и учеными во всем мире. Моделируемые узлы выполнены с учетом реальной геометрической формы по чертежам завода-изготовителя турбин, учтены нелинейности при задании свойств материалов. Результаты, полученные в настоящей работе, соответствуют экспериментальным данным, а также данным, приведенным в оригинальных работах других исследователей.
На защиту выносятся:
• математическая модель температурного состояния роторов паровых турбин и соответствующий алгоритм, физико-математической основой которых является решение задачи нестационарной теплопроводности с помощью МКЭ в реальном времени;
• методика разработки и оптимизации конечно-элементной модели ротора паровой турбины для работы в реальном времени;
• зависимости, позволяющие перейти от температурного поля РВД турбины Т-110 к соответствующим термическим напряжениям;
• алгоритм и соответствующая блок-схема Э1тиИпк модели термонапряженного состояния РВД турбины Т-110 при пуске;
• разработанное на основании исследований микропроцессорное устройство для контроля остывания ротора паровой турбины в темпе процесса.
Апробация работы. Основные материалы и результаты настоящей диссертационной работы докладывались на XVI и XVIII международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2009 г.); V Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2010 г.); VI международной научно-практической конференции (Иваново, 2011 г.); Энерго - и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Всероссийская научно-практическая конференция (Екатеринбург, 2011 г.); I Объединенная научно-техническая конференция специалистов энергетического комплекса Свердловской области (Ново-Свердловская ТЭЦ, 2013 г.); Национальный конгресс по энергетике (Казань, 2014 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 ра-боты в журналах, рекомендованных ВАК для публикации диссертационных исследований.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы (144 наименования) и 6 приложений. Весь материал изложен на 154 страницах, включая 36 рисунков и 8 таблиц. В приложениях даны исходные тексты разработанных программ.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


1. Смирнов А. А. Управление пусковыми режимами теплофикационных паровых турбин в составе парогазовых установок / В. Н. Голошумова, Ю. М. Бродов, И. Ю. Кляйнрок, А. А. Смирнов // Теплоэнергетика. 2012. № 12. С. 1-9 (0,5 п.л. / 0,13 п.л.).
2. Смирнов А. А., Моделирование температурного поля ротора паровой турбины в реальном времени / А. А. Смирнов, В. Н. Голошумова, Ю. М. Бродов // Надежность и безопасность энергетики. 2012. № 2. С. 30-36 (0,38 п.л. / 0,12 п.л.).
3. Смирнов А. А. Контроль предпускового температурного состояния ротора паровой турбины / В. Н. Голошумова, А. А. Смирнов // Тяжелое машиностроение. 2011. № 3. С. 40-43 (0,19 п.л. / 0,1 п.л.).
4. Смирнов А. А. Моделирование температурного поля ротора паровой турбины для систем контроля его термонапряженного состояния / В. Н. Голошумова, Ю. М. Бродов, А. А. Смирнов // Надежность и безопасность энергетики. 2013. № 4. С. 59-64 (0,31 п.л. / 0,1 п.л.).
Материалы конференций:
5. Смирнов А. А. Использование модели остывания ротора для определения предпускового температурного состояния регулирующей ступени паровой турбины (тезисы) / В. Л. Похорилер, В. Н. Голошумова, А. А. Смирнов // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч. 1. 257 с. С. 104-106 (0,13 п.л. / 0,05 п.л.).
6. Смирнов А. А. Выбор и обоснование методов моделирования температур-ного состояния ротора паровой турбины при остывании / Ю. М. Бродов, А. А. Смирнов // Научные труды XVIII международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2009. Ч. 3. 413 с. С. 179-182 (0,19 п.л. / 0,1 п.л.).
7. Смирнов А. А. Исследование особенностей сложного теплообмена в под-шипниках паровых турбин / В. Н. Голошумова, А. А. Смирнов, Ю. М. Бродов // Тру-ды пятой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Издатель-ский дом МЭИ. 2010. Т 7. 202 с. С. 79-82 (0,19 п.л. / 0,07 п.л.).
8. Смирнов А. А. Моделирование термонапряженного состояния ротора для контроля пуско-остановочных режимов работы паровых турбин / А. А. Смирнов, В. Н. Голошумова, Ю. М. Бродов // Повышение эффективности энергетического оборудования: материалы VI международной научно-практической конференции. Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государ. энергетический университет им. В. И. Ленина». 2011. С. 98-101 (0,19 п.л. / 0,07 п.л.).
9. Смирнов А. А. Моделирование температурного поля ротора для контроля пусковых режимов работы паровых турбин / А. А. Смирнов, В. Н. Голошумова // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых 13-16 декабря 2011. Екатеринбург: УрФУ. 2011. 508 с. С. 225-227 (0,13 п.л. / 0,06 п.л.).
10. Смирнов А. А. Моделирование термонапряженного состояния роторов паровых турбин в переходных режимах работы турбоустановки / А. А. Смирнов, В. Н. Голошумова, Ю. М. Бродов // Сборник материалов докладов Национального конгресса по энергетике, 8-12 сентября 2014 г.: в 5 т Т. 5. Казань: Казан. гос. энерг. ун¬т, 2014. 183 с. С. 110-116 (0,38 п.л. / 0,13 п.л.).


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ