Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes
The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2019
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/170930 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Institution
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-170930 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2019-06-26T10:43:40Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
steam flow steam distribution system thermal stress state valve casing UDC 629.735 |
| spellingShingle |
steam flow steam distribution system thermal stress state valve casing UDC 629.735 Koliadiuk, Andrii S. Shulzhenko, Mykola H. Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| topic_facet |
steam flow steam distribution system thermal stress state valve casing UDC 629.735 течение пара система парораспределения термонапряженное состояние корпус клапана УДК 629.735 течія пари система паророзподілу термонапружений стан корпус клапана УДК 629.735 |
| format |
Article |
| author |
Koliadiuk, Andrii S. Shulzhenko, Mykola H. |
| author_facet |
Koliadiuk, Andrii S. Shulzhenko, Mykola H. |
| author_sort |
Koliadiuk, Andrii S. |
| title |
Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| title_short |
Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| title_full |
Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| title_fullStr |
Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| title_full_unstemmed |
Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes |
| title_sort |
thermal and stress state of the steam turbine control valve casing, with the turbine operation in the stationary modes |
| title_alt |
Тепловое и напряженное состояние корпуса регулирующего клапана паровой турбины на стационарных режимах работы Тепловий й напружений стан корпуса регулюючого клапана парової турбіни на стаціонарних режимах роботи |
| description |
The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow characteristics in the steam distribution system and the casing temperature are determined. Then, the elastic stress-strain state of the casing of one of the two valve units (through which the steam consumption is always greater than through the other) is esti-mated using the values of the casing temperature field. The characteristics of steam flow in the steam distribution system and the thermal state of the control valve casing are determined numerically by the finite element method. The steam flow rates, temperature and pressure on the casing wall are determined based on the solution to the Navier-Stokes equation in a three-dimensional for-mulation. It is established that the steam temperature before the turbine control valves is practically the same as the one before the stop valve. In the casing itself, after the control valves, with the valves partially open, a significant drop in steam temperature may occur due to throttling. A significant decrease in the steam temperature in the control valve (by 100 °C) is observed at low power with a nominal vapor pressure after the boiler. The calculation of the elastic stress-strain state of the control unit casing was carried out using the finite element method based on the three-dimensional mathematical model for casing deformation. As a result, the stress state of the valve casing was obtained for the different operating modes of the turbine. It is shown that differences in stresses for different modes are associated with changes in the thermal state of the valve casing and the distribution of pressure on its walls. Zones of possible plastic deformations of the valve casing are established. In those zones, the elastic stresses exceed the yield strength of the material. The obtained results clearly show that the most dangerous mode in terms of the control valve casing static strength is not the turbine nominal mode of operation at a power of 320 MW, but a part-load operation mode, at 180 MW. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/170930 |
| work_keys_str_mv |
AT koliadiukandriis thermalandstressstateofthesteamturbinecontrolvalvecasingwiththeturbineoperationinthestationarymodes AT shulzhenkomykolah thermalandstressstateofthesteamturbinecontrolvalvecasingwiththeturbineoperationinthestationarymodes AT koliadiukandriis teplovoeinaprâžennoesostoâniekorpusareguliruûŝegoklapanaparovojturbinynastacionarnyhrežimahraboty AT shulzhenkomykolah teplovoeinaprâžennoesostoâniekorpusareguliruûŝegoklapanaparovojturbinynastacionarnyhrežimahraboty AT koliadiukandriis teplovijjnapruženijstankorpusaregulûûčogoklapanaparovoíturbíninastacíonarnihrežimahroboti AT shulzhenkomykolah teplovijjnapruženijstankorpusaregulûûčogoklapanaparovoíturbíninastacíonarnihrežimahroboti |
| first_indexed |
2025-07-17T11:55:43Z |
| last_indexed |
2025-07-17T11:55:43Z |
| _version_ |
1837895089747132416 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-1709302019-06-26T10:43:40Z Thermal and Stress State of the Steam Turbine Control Valve Casing, with the Turbine Operation in the Stationary Modes Тепловое и напряженное состояние корпуса регулирующего клапана паровой турбины на стационарных режимах работы Тепловий й напружений стан корпуса регулюючого клапана парової турбіни на стаціонарних режимах роботи Koliadiuk, Andrii S. Shulzhenko, Mykola H. steam flow steam distribution system thermal stress state valve casing UDC 629.735 течение пара система парораспределения термонапряженное состояние корпус клапана УДК 629.735 течія пари система паророзподілу термонапружений стан корпус клапана УДК 629.735 The purpose of this paper is to determine the most stressful zones and assess the possibility of plastic deformations of the control valve casing in its crack forma-tion zones, with the K-325 steam turbine operation in the stationary modes. The problem is solved in two stages. First, the steam flow characteristics in the steam distribution system and the casing temperature are determined. Then, the elastic stress-strain state of the casing of one of the two valve units (through which the steam consumption is always greater than through the other) is esti-mated using the values of the casing temperature field. The characteristics of steam flow in the steam distribution system and the thermal state of the control valve casing are determined numerically by the finite element method. The steam flow rates, temperature and pressure on the casing wall are determined based on the solution to the Navier-Stokes equation in a three-dimensional for-mulation. It is established that the steam temperature before the turbine control valves is practically the same as the one before the stop valve. In the casing itself, after the control valves, with the valves partially open, a significant drop in steam temperature may occur due to throttling. A significant decrease in the steam temperature in the control valve (by 100 °C) is observed at low power with a nominal vapor pressure after the boiler. The calculation of the elastic stress-strain state of the control unit casing was carried out using the finite element method based on the three-dimensional mathematical model for casing deformation. As a result, the stress state of the valve casing was obtained for the different operating modes of the turbine. It is shown that differences in stresses for different modes are associated with changes in the thermal state of the valve casing and the distribution of pressure on its walls. Zones of possible plastic deformations of the valve casing are established. In those zones, the elastic stresses exceed the yield strength of the material. The obtained results clearly show that the most dangerous mode in terms of the control valve casing static strength is not the turbine nominal mode of operation at a power of 320 MW, but a part-load operation mode, at 180 MW. Целью данной работы является определение наиболее напряженных зон и оценка возможности появления пластических деформаций корпуса регулирующего клапана в местах появления трещин при эксплуатации на стационарных режимах работы паровой турбины К-325. Задача решается в два этапа. Вначале определяются характеристики течения пара в системе парораспределения и температура корпуса. Затем оценивается упругое напряженно-деформированное состояние корпуса одного из двух блоков клапанов (через который расход пара всегда больше, чем через другой) с использованием значений поля температур корпуса. Характеристики течения пара в системе парораспределения и тепловое состояние корпуса регулирующего клапана определяются численно методом конечных элементов. Скорости, температура и давление пара на стенке корпуса находятся на основе решения уравнения Навье-Стокса в трехмерной постановке. Установлено, что температура пара перед регулирующими клапанами турбины практически не отличается от температуры перед стопорным клапаном. В самом же корпусе за регулирующими клапанами при их частичном открытии может происходить существенное понижение температуры пара из-за дросселирования. Значительное снижение температуры пара в регулирующем клапане (на 100 °С) наблюдается на малых мощностях с номинальным давлением пара за котлом. Расчет упругого напряженно-деформированного состояния корпуса блока регулирования осуществлен с использованием метода конечных элементов на основе трехмерной математической модели деформирования корпуса. В результате получено напряженное состояние корпуса клапана при различных режимах работы турбины. Показано, что отличия в напряжениях для разных режимов связаны с изменениями теплового состояния корпуса клапана и распределением давления на его стенки. Установлены зоны возможных пластических деформаций корпуса клапана, где упругие напряжения превышают предел текучести материала. Из полученных результатов следует, что наиболее опасным режимом по статической прочности корпуса регулирующего клапана является не номинальный режим работы турбины при мощности 320 МВт, а частичный – при 180 МВт. Метою даної роботи є визначення найбільш напружених зон і оцінка можливості появи пластичних деформацій корпусу регулюючого клапана в місцях появи тріщин під час експлуатації на стаціонарних режимах роботи парової турбіни К-325. Задача розв’язується в два етапи. Спочатку визначаються характеристики течії пари в системі паророзподілу та температура корпусу. Потім оцінюється пружний напружено-деформований стан корпусу одного з двох блоків клапанів (через який витрата пари завжди більша, ніж через інший) з використанням значень поля температур корпусу. Характеристики течії пари в системі паророзподілу та тепловий стан корпусу регулюючого клапана визначаються чисельно методом скінченних елементів. Швидкості, температура та тиск пари на стінці корпусу знаходяться на основі розв’язання рівняння Нав'є-Стокса в тривимірній постановці. Встановлено, що температура пари перед регулюючими клапанами турбіни практично не відрізняється від температури перед стопорним клапаном. У самому ж корпусі за регулюючими клапанами за їх часткового відкриття може відбуватися суттєве зниження температури пара через дроселювання. Значне зниження температури пари в регулюючому клапані (на 100 °С) спостерігається на малих потужностях з номінальним тиском пари за котлом. Розрахунок пружного напружено-деформованого стану корпусу блоку регулювання здійснено з використанням методу скінченних елементів на основі тривимірної математичної моделі деформування корпусу. В результаті отримано напружений стан корпусу клапана за різних режимів роботи турбіни. Показано, що відмінності в напруженнях для різних режимів пов'язані зі змінами теплового стану корпусу клапана та розподілом тиску на його стінки. Встановлено зони можливих пластичних деформацій корпусу клапана, де пружні напруження перевищують межу плинності матеріалу. З отриманих результатів випливає, що найбільш небезпечним режимом за статичної міцності корпусу регулюючого клапана є неномінальний режим роботи турбіни за потужності 320 МВт, а частковий – за 180 МВт. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-06-20 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/170930 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 2 (2019); 37-44 Проблемы машиностроения; Том 22 № 2 (2019); 37-44 Проблеми машинобудування; Том 22 № 2 (2019); 37-44 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/170930/170626 https://journals.uran.ua/jme/article/view/170930/170627 Copyright (c) 2019 Andrii S. Koliadiuk, Mykola H. Shulzhenko https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |