17 research outputs found
Impact Estimation of a Transient Temperature Field on the Service Life of the High Pressure Rotor of K-1000-60/3000 Turbine
No full textThe one of purposes of this paper is to estimation some impact on the service life of the high-pressure cylinder rotor of a typical high-speed turbine K-1000-60/3000. The residual life assessment of power equipment would require determining viability and damage of its base metal. Typical degradation mechanisms of steam turbine equipment include long-term strength reduction and low cycle fatigue accumulation. Intensity of their impact is determined by a numerical examination of equipment thermal (TS) and stress strain states (SSS) for standard operation modes. To perform a numerical examination of the stress strain state would require solving a thermal conductivity boundary problem in quasi-stationary (for nomal operation modes) and nonstationary models (for transients). It is convenient to solve such problems of mathematical physics through discretization of the calculation object using the finite element method (Chernousenko et al. 2018). The service life of steam turbine is determined as an individual one and is assigned based on the results of individual an inspection of a separate element or the largest group of single-type equipment elements of the considered plant. The fleet service life being reached is followed by diagnostics of specific units of power installations and analysis of their operation, measurement of actual dimensions of components, examination of structure, properties and damage accumulation in the metal, non-destructive testing and estimate of stress strain state and residual service life of the component. The results of performed studies are used to determine an individual service life of each element of energy equipment (Nikulenkov et al. 2018)
Estimating the Low-Cycle Fatigue, Damageability and the Residual Life of the Rotor of High Pressure Turbine Т-100/120-130 unit No 1 used by PJSC "Kharkiv CHPP-5
No full textDEVELOPMENT OF A TECHNOLOGICAL APPROACH TO THE CONTROL OF TURBINE CASINGS RESOURCE FOR SUPERCRITICAL STEAM PARAMETERS
Get PDFA comprehensive model for evaluation of the resource of HPC of the turbine K-800-240-2, which includes calculation of thermal, stressed-strained state, cyclic and static damageability, is presented here. The numerical studies conducted with the use of modern methods of mathematical modeling showed a high impact of forces of pins’ tightening on the stressed-strained state of the casing elements (the stress level increased by 17.7 %). A technological approach to resource control, aimed at a change in pins’ tightening efforts, was proposed. It was established that this method decreases static damageability of basic metal of casings (by 9.7 %), improving its long-term strength. When taking into account tightening forces, the maximum stress intensity decreased by 9.3 %, while the stress level in the flange joint decreased by 11–41 %. These positive moments are accompanied by an increase in individual resource of the casing by 10 %. The developed concept and recommendations have significant importance for ensuring long-term operation of steam turbines with the initial pressure of hot steam at 24 MP
Дослідження залишкового ресурсу автоматичного стопорного клапану турбіни К-200-130
Get PDFCalculations of non-stationary thermal and stress-strain state of the casing of ALV of HPC under combined effect of temperature gradient and operational internal steam pressure were performed. Temperature gradients and pressures were assigned by variables in time under starting operation modes in accordance with actual schedules of starts, determined by the power plant. In geometric modeling, valve’s lid was taken into consideration. Taking into account the lid did not have a significant impact on durability of ALV of HPC.The estimation of damage and residual service life of casings of ALV of HPC of the steam turbine K-200-130-3 showed that the total damage of metal of the casings of ALV of HPC is 84 %. The estimated residual service life of metal of the casing of ALV of HPC of the turbine K-200-130 will increase up to 164,383 hours when refining safety factors. This will make it possible to extend operation of casings of ALV of HPC by 50 thousand hours at the number of starts, equal to half the park number, that is 400 starts.To increase reliability of the elements of the turbine, to decrease thermal loads and improve the quality of operation, it is necessary to optimize the number of starts from cold state in direction of a decrease. It is also necessary to refine safety factor of metal of casings of ALV of HPC by deformations nε, the number of cycles nN, limits of fluidity nf and safety by nominal stresses nns. To do this, it is necessary to conduct studies on the impact of ageing on changes in physical-mechanical properties of structural alloy steels under operational and elevated temperatures.Results of the conducted research can be used to extend service life of locking and protective valves of steam turbines of large capacity in the energy sector. Проведено исследование нестационарного теплового и напряженно-деформированного состояния литого корпуса АСК ЦВД. При определении граничных условий учтены изменения давлений, температур, расходов и скоростей пара при пусках из различных тепловых состояний на примере паровой турбины К-200-130. Выполнена расчетная оценка остаточного ресурса и получены новые данные по уровню ресурсных характеристик стопорных клапанов ЦВД паровой турбины К-200-130Проведено дослідження нестаціонарного теплового і напружено-деформованого стану литого корпусу АСК ЦВТ. При визначенні граничних умов враховані зміни тисків, температур, витрат і швидкостей пара при пусках з різних теплових станів на прикладі парової турбіни К-200-130. Виконана розрахункова оцінка залишкового ресурсу і отримані нові дані по рівню ресурсних характеристик стопорних клапанів ЦВТ парової турбіни К-200-13
Computation Investigation of the Thermal and Stress-Strain Behavior of the Rotor of High Pressure Turbine Т-100/120-130; block No 1 Operated by the PJSC "Kharkiv CHPP-5
No full textАналіз залишкового ресурсу високотемпературних елементів енергетичного та промислового обладнання
Get PDFThe issues of taking account of damage caused by exposure to high levels of local temperatures of gases, local non-uniformity of temperature and reliable assessment of residual resource of high-temperature elements are relevant and will provide for a reliable and long-term operation of energy generating equipment.A mathematical model is developed for the combustion process in burner devices with stabilizers based on the software complex ANSYS Fluent. We created a technique for determining the impact of levels of temperatures and their gradients on the assessment of residual resource of high-temperature elements of power and industrial equipment. Based on data on the work of industrial power equipment and results of physical experiments, we selected correct initial and boundary conditions that enabled adequate simulation of the influence of non-uniformity in the combustion products temperature field. Based on the software complex Solid Works, we performed calculation studies that take into account the gas-dynamics of gas flow that flows around the pipeline. The thermal and stress-strained states are defined and an estimation is conducted of operational lifecycle of pipeline in a boiler plant depending on the operating conditions of equipment.It was established that the residual operation time of a pipeline in a boiler plant is 77.4 thousand hours at static damageability from long-term loads of 57 %.Results of the research conducted might be used by implementing the recommendations proposed in large- and small-scale energy sector, industry and gas transportation system in Ukraine, as well as in other fields of science and technology.Разработана методика расчетной оценки воздействия локальной неравномерности тепловых потоков на повреждаемость и остаточный ресурс элементов энергетического оборудования. Корректность методики доказана многочисленными исследованиями теплового, напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса трубопроводов котлоагрегатов. Целью разработки является продление срока эксплуатации энергетического оборудованияРозроблена методика розрахункової оцінки впливу локальної нерівномірності теплових потоків на пошкоджуваність та залишковий ресурс елементів енергетичного устаткування. Коректність методики доведено чисельними дослідженнями теплового, напружено-деформованого стану та залишкового ресурсу трубопроводів котлоагрегатів. Метою розробки є подовження терміну експлуатації енергетичного обладнанн
Визначення основних характеристик стабілізаторних мікрофакельних пальникових пристроїв при спалюванні забаластованих паливних газів
Get PDFThis paper reports an experimental study into the combustion of alternative gases in the form of a mixture of propane-butane with air and carbon dioxide after a stabilizing flat module whose both sides are flown around with an airflow. The ballasted fuel was fed by jets into the airflow from the holes located on the side walls of the stabilizer. In this case, the fuel and air were partially premixed. It was established that when ballasting fuel with inert admixtures, the length of the torch and the maximum temperature gradually decreased while nitrogen oxide emissions decreased. With an increase in the content of ballast in fuel, combustion breaks. The dependence of torch stability on the relative consumption of ballast has been established. To stabilize the combustion, highly reactive fuel is supplied to the recirculation zone after a stabilizer from a separate collector. Ballasted fuel passes through the next torches of high-temperature fuel; the all fuel combustion process takes place. The combined scheme of mixture formation makes it possible to adjust fuel consumption in the zones and thus maintain a stable burner power. In the case of supplying all fuel to the recirculation zone after the stabilizer, a so-called "rich" detachment is possible when the torch is detached from the stabilizer. When working under such modes, highly reactive fuel is supplied from the holes on the side walls of the stabilizer, which are placed closer to its detachment edges than the holes for the supply of ballasted fuel. At the same time, the jets of ballasted fuel also pass between the torches of highly reactive fuel so there is joint combustion of all fuelБыли проведены экспериментальные исследования по сжиганию альтернативных газов в виде смеси пропан-бутана с воздухом и двуокисью углерода за стабилизаторным плоским модулем, который обтекался с обеих сторон воздушным потоком. Забалластированное топливо подавалось струями в воздушный поток из отверстий, которые размещались на боковых стенках стабилизатора. При этом происходило частичное предварительное перемешивание топлива и воздуха. Установлено, что при балластировке топлива инертными примесями длина факела и максимальная температура постепенно уменьшаются, а выбросы оксидов азота снижаются. При увеличении содержания балласта в топливе происходит срыв горения. Установлена зависимость устойчивости факела от относительного расхода балласта. Для стабилизации горения в зону рециркуляции за стабилизатором из отдельного коллектора подается высоко реакционное топливо. При этом забалластированное топливо проходит через дежурные факела высокотемпературного топлива и происходит процесс горения всего топлива. Комбинированная схема смесеобразования позволяет регулировать расходы топлива по зонам и таким образом поддерживать постоянную мощность горелки. При подаче всего топлива в зону рециркуляции за стабилизатором возможно появление так званного «богатого» срыва, при котором происходит отрыв факела от стабилизатора. При необходимости работы на таких режимах высоко реакционное топливо подается из отверстий на боковых стенках стабилизатора, которые размещаются ближе к его срывным кромкам, чем отверстия подачи забалластированного топлива. При этом струи забалластированного топлива также проходят между факелами высоко реакционного топлива и происходит совместное горение всего топлива.Були проведені експериментальні дослідження щодо спалювання альтернативних газів у вигляді суміші пропан-бутану з повітрям і двоокисом вуглецю за стабілізаторним плоским модулем, який обтікався з обох боків повітряним потоком. Забаластоване паливо подавалось струменями в повітряний потік із отворів, що розміщувались на бокових стінках стабілізатора. При цьому відбувалось часткове попереднє перемішування палива і повітря. Встановлено, що при баластуванні палива інертними домішками довжина факелу і максимальна температура поступово зменшуються, а викиди оксидів азоту знижуються. При збільшенні вмісту баласту в паливі відбувається зрив горіння. Встановлена залежність стійкості факелу від відносної витрати баласту. Для стабілізації горіння в зону рециркуляції за стабілізатором з окремого колектора подається високо реакційне паливо. Забаластоване паливо проходить через чергові факели високотемпературного палива і відбувається процес горіння всього палива. Комбінована схема сумішеутворення дозволяє регулювати витрату палива по зонах і таким чином підтримувати стабільну потужність пальника. У разі подачі всього палива в зону рециркуляції за стабілізатором можлива поява так званого «багатого» зриву, при якому відбувається відрив факелу від стабілізатора. При роботі на таких режимах високо реакційне паливо подається з отворів на бокових стінках стабілізатора, які розміщуються ближче до його зривних кромок, ніж отвори подачі забаластованого палива. При цьому струмені забаластованого палива також проходять між факелами високо реакційного палива і відбувається сумісне горіння всього палива
Розробка системи оцінки та прогнозування раціональних ресурсоощадних режимів експлуатації ТЕС
Get PDFThe world energy crisis and environmental problems have prompted a rapid increase in the share of electricity generation by renewable sources. However, the operating modes of such energy facilities are rather uneven over 24 hours. Thus, for the energy sector of most developing countries, and as well as for part of developed countries, such fluctuations in the overall energy production balance lead to the forced limitation of the equipment capacity at TPPs or to the full shutdown of power units.The insufficient quantity of maneuvering capacities in the overall energy generating balance is a characteristic feature of the power systems of such countries as the Russian Federation, Ukraine, Macedonia, Bulgaria, Romania, Argentina, and others. The shortage of such capacities is often compensated for by the pulverized coal units with a power of 200–300 MW, whose operation is enabled at half-peak and peak modes. This equipment is not designed for such operations. Therefore, the development of a regime method of resource management has been proposed to prevent the premature exhaustion of TPP generating equipment.Based on technical auditing of the operational documentation of generating companies, a method has been suggested aimed at forecasting the rational resource-saving operational regimes of the high-temperature elements of power equipment by optimizing the ratio of the number of launches of the equipment from various thermal states. An optimization problem has been stated, which implies determining such a distribution of the process structural-technological parameters that would ensure the maximal preservation of equipment resource. The residual resource has been selected as the objective function of the optimization problem. The devised method has been represented in the form of a comprehensive system for estimating and forecasting the rational operational modes of the TPP high-temperature elements, which makes it possible to define individual resource indicators over the entire period of equipment operation for all possible future combinations of operational modes and to compile forecasts for thousands of different variants of power unit exploitation, implying the calculation of resource indicators for each of themМировой энергетический кризис и экологические проблемы привели к стремительному увеличению доли генерации электроэнергии возобновляемыми источниками. Однако режимы работы таких энергомощностей достаточно неравномерны в течении суток. Так, для энергетики большинства развивающихся и части развитых стран такие колебания в общем балансе энергопроизводства приводят к принудительному ограничению мощности оборудования на ТЭС или к полной остановке энергоблоков.Недостаточное количество маневренных мощностей в общем энергогенерирующем балансе является характерной чертой энергосистем таких стран как Российская Федерация, Украина, Македония, Болгария, Румыния, Аргентина и ряда других. Недостаток таких мощностей часто компенсируются за счет пылеугольных блоков мощностью 200–300 МВт, которые привлекаются к работе в полупиковых и пиковых режимах. Данное оборудование проектно не приспособлено к работе в таких условиях. Поэтому для предотвращения преждевременного износа генерирующего оборудования ТЭС предлагается разработка режимного метода управления ресурсом.На базе технического аудита эксплуатационной документации генерирующих компаний предложен метод, направленный на прогнозирование рациональных ресурсосберегающих режимов работы высокотемпературных элементов энергетического оборудования путем оптимизации долевого соотношения числа пусков энергоблоков с различных тепловых состояний. Сформулирована задача оптимизации, которая заключается в определении такого распределения конструктивно-технологических параметров процесса, что обеспечит максимальное сохранение ресурса оборудования. За целевую функцию задачи оптимизации выбран остаточный ресурс. Разработанный метод представлен в виде комплексной системы оценки и прогнозирования рациональных режимов эксплуатации высокотемпературных элементов ТЭС, которая дает возможность расчета индивидуальных ресурсных показателей на протяжении всего времени эксплуатации оборудования для всех возможных будущих комбинаций режимов работы и позволяет сгенерировать прогнозы для тысяч различных вариантов режимной эксплуатации энергоблока, с расчетом ресурсных показателей для каждого из нихСвітова енергетична криза та екологічні проблеми спонукали стрімке збільшення долі генерації електроенергії відновлювальними джерелами. Проте, режими роботи таких енергопотужностей є досить нерівномірними протягом доби. Так, для енергетики більшості країн, що розвиваються, та частини розвинених країн такі коливання в загальному балансі енерговиробітку призводять до примусового обмеження потужності обладнання на ТЕС, або й до повної зупинки енергоблоків.Недостатня кількість маневрових потужностей в загальному енергогенеруючому балансі є характерною рисою енергосистем таких країн як Російська Федерація, Україна, Македонія, Болгарія, Румунія, Аргентина та низки інших. Нестача таких потужностей часто компенсується за рахунок пиловугільних блоків потужністю 200–300 МВт, що залучаються до роботи в напівпікових та пікових режимах. Дане обладнання проектно не пристосовано до такої роботи. Тому для запобігання передчасного зношення генеруючого устаткування ТЕС пропонується розробка режимного методу управління ресурсом.На базі технічного аудиту експлуатаційної документації генеруючих компаній, запропоновано метод, спрямований на прогнозування раціональних ресурсоощадних режимів роботи високотемпературних елементів енергетичного обладнання шляхом оптимізації дольового відношення числа пусків устаткування з різних теплових станів. Сформульовано задачу оптимізації, яка полягає у визначенні такого розподілу конструктивно-технологічних параметрів процесу, що забезпечують максимальне збереження ресурсу обладнання. Як цільову функцію задачі оптимізації обрано залишковий ресурс. Розроблений метод представлено у вигляді комплексної системи оцінки та прогнозування раціональних режимів експлуатації високотемпературних елементів ТЕС, що дає можливість визначення індивідуальних ресурсних показників на протязі всього часу експлуатації обладнання для усіх можливих майбутніх комбінацій режимів роботи та згенерувати прогнози для тисяч різних варіантів режимної експлуатації енергоблоку, з розрахунком ресурсних показників для кожного з ни
Re-Extension of 200 MW Turbine Cast Casing Service
Get PDFTo date, the fleet service life of a significant number of DTEK Energy power units is ex-ceeded. In particular, this relates to the structural components of the K-200-130-3 steam turbine of the power unit No. 9 of DTEK Luganskaya TPP. There is a need to make a decision on the admissibility of further exploitation. This requires a comprehensive study of the technological state of the base metal and the check calculation of its most critical high-temperature elements. A complex of such works was performed earlier in 2009. A special feature of re-extending the service life of this power unit is the super long fleet equipment operating time, presence of damages in the form of cracks and crack surfaces in the high- and intermediate-pressure cylinder casings, as well as the active involvement of equipment to operate in maneuverable modes when covering peaks of electrical load. This paper assesses the residual life of casings on the basis of three-dimensional models of the K-200-130-3 steam turbine high-pressure (HP) and intermediate- pressure (IP) cylinder casings. In doing so, the paper takes into account the actual operating conditions according to the damage data obtained from the results of inspecting the power equip-ment metal condition during preventive maintenance overhauls. The calculation of tem-perature fields is performed for typical operation modes, namely stationary operation at nominal power and starts from cold, warm, and hot states. The boundary value problem of heat conduction was solved using the finite element method of computational domain discretization. The calculation of the stress-strain state (SSS) was made taking into ac-count the effects of the main types of forces − temperature stresses, uneven temperature fields, forces from the steam atmosphere pressure, supporting forces. The maximum stress intensities for all the investigated modes of operation are observed in the toroidal parts of cylinder casings in the region of steam admission and correspond to the crack formation zones that were determined during the non-destructive testing of the metal. The assess-ment of long-term strength and low-cycle fatigue resistance showed that the residual life of the high-pressure cylinder (HPC) casing is satisfactory, and allows extending the op-eration by 100 thousand hours with standard safety factors. For the intermediate-pressure cylinder (IPC) casing, the residual life is 50 thousand hours with reduced safety factors
