Rotor Heating Conditions Influence on the Thermostructural State and Lifetime of the 325 MW Steam Turbine During Start-Ups

Ju. O. Bakhmutska, V. N. Goloshchapov, R. Kochurov
2017 Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series Dynamics and Strength of Machines  
Виконано розрахункове дослідження теплового і термонапруженого стану ротора циліндра високого тиску парової турбіни потужністю 325 МВт на етапах прогріву і пуску із холодного стану. Для визначення нестаціонарного теплового стану, розроблена методика, що дозволяє визначити граничні умови теплообміну з високою точністю завдяки врахуванню процесу конденсації пари на поверхнях ротора і ступеня дискретизації теплових зон для призначення граничних умов. Врахування процесу конденсації у мiжкорпусному
more » ... ії у мiжкорпусному просторі дозволило точніше визначити параметри пара на елементах ущільнень ротора. Базуючись на результатах дослідження, запропоновано зміну конструкції і умов прогріву ротора в області переднього кінцевого ущільнення на етапі підготовки до пуску з холодного стану. Показана можливість зниження рівня термічних напружень і вплив умов прогріву на ресурс турбіни. Ключові слова: парова турбіна, термомiцнicний розрахунок, малоциклова втома, теплопередача, конденсація. Выполнено расчетное исследование теплового и термонапряженного состояния ротора цилиндра высокого давления паровой турбины мощностью 325 МВт на этапах прогрева и пуска из холодного состояния. Для определения нестационарного теплового состояния, разработана методика, позволяющая определить граничные условия теплообмена с высокой точностью благодаря учету процесса конденсации пара на поверхностях ротора и степени дискретизации тепловых зон для назначения граничных условий. Учет процесса конденсации в межкорпусном пространстве позволил более точно определить параметры пара на элементах уплотнений ротора. Базируясь на результатах исследования, предложено изменение конструкции и условий прогрева ротора в области переднего концевого уплотнения на этапе подготовки к пуску из холодного состояния. Показана возможность снижения уровня термических напряжений и влияние условий прогрева на ресурс турбины. Ключевые слова: паровая турбина, термопрочностной расчет, малоцикловая усталость, теплопередача, конденсация. Thermal and thermostructural study for the 325 MW steam turbine high pressure cylinder rotor during pre-warming phase and cold start-up has been performed. To determine rotor transient thermal state with highest accuracy, the improved methodology was developed. According the approach, steam characteristics in rotor flow path and end seals regions have been calculated taking into the account leakages through drainages and specificity of turbine heating through exhaust hood. The highest accuracy of the method was provided by realistic prediction of the condensation process on rotor surfaces and simulation of the convection heating conditions taking to the account condensation influence. Based on the study, the front-end seals design changes and pre-warming process modification have been proposed. The thermo-structural and lifetime analyses results for the baseline and modified designs have been presented and discussed in the article.
doi:10.20998/2078-9130.2017.39.115774 fatcat:nnbbqwpvifhs5c2nzh7pzwtnxu