Авторское резюме Состояние вопроса: В целях решения проблемы снижения выбросов окcидов углерода в атмосферу от энергетического сектора за рубежом большое внимание уделяется разработкам замкнутых термодинамических циклов с кислородным сжиганием топлива. Наиболее перспективным с точки зрения внедрения признан термодинамический цикл R.J. Allam, основным рабочим телом которого является диоксид углерода CO 2 при сверхкритических параметрах. Особое место при реализации цикла R.J. Allam занимает разработка новой турбины. В практике мирового турбостроения на сегодняшний день отсутствует опыт создания серийных турбомашин с параметрами рабочей среды 30 МПа, 1150 о С. Разработка новых газовых турбин для цикла R.J. Allam требует интеграции методик проектирования паровых и газовых турбин. Целью исследований является разработка методики проектирования турбомашин на сверхкритические параметры диоксида углерода на этапе предварительного расчета и рекомендаций по выбору тепловых и конструктивных характеристик ступеней турбины. Материалы и методы: При выполнении исследований использованы общепринятые в турбостроении методики проектирования паровых и газовых турбомашин. Результаты: Предложен алгоритм предварительного расчета проточной части газовой турбины на диоксиде углерода на сверхкритические параметры цикла R.J. Allam. Определено влияние тепловых и конструктивных характеристик ступеней турбины на технико-экономические характеристики турбомашины, даны рекомендации по их выбору. Выполнен предварительный расчет проточной части турбомашины цикла R.J. Allam мощностью 350 МВт, получены основные характеристики турбинных ступеней. Выводы: Предложенный подход предварительного расчета проточной части газовой турбины цикла R.J. Allam обеспечивает решение практической задачи определения основных характеристик ступеней турбины нового типа и основных характеристик самой турбомашины, определяющих ее технико-экономические показатели. Ключевые слова: диоксид углерода, паровые и газовые турбины, проточная часть газовой турбины, степень реактивности, сверхкритические параметры цикла R.J. Allam.

Авторское резюме Состояние вопроса: Рассматривая проблему повышения мощности и экономичности паровых турбомашин, как существующих, так и перспективных, следует отметить, что традиционные аэродинамические пути их повышения только лишь за счет совершенствования проточной части практически себя исчерпали. При этом все больше исследователей обращают свое внимание на совершенствование работы выходных устройств паровых турбин-выхлопных патрубков. Здесь все еще остаются значительные резервы повышения технико-экономических показателей работы турбоустановок. Как правило, большинство работ связано с возможностью получения диффузорного эффекта за счет установки диффузора в корпусе выхлопного патрубка и профилирования его стенок, при этом некоторые авторы даже не рассматривают появления такого критического для течения в патрубке явления, как его запирание. В этом плане значительный прорыв в исследованиях достигнут в школе турбостроения МЭИ, где были предложены различные методы стабилизации течения в выхлопных патрубках, произведены физические модельные исследования, а ряд предложенных мер был внедрен на турбомашинах. Однако необходимо отметить, что оптимизационные физические исследования даже на моделях достаточно трудоемки и материально затратны, и, в лучшем случае, исследуются несколько вариантов моделей. В результате активного развития за последние десять лет специализированных инженерно-расчетных программ становится возможным провести инвариантные и многокритериальные исследования. В связи с этим актуальны исследования, направленные на оптимизацию предложенных ранее технических решений по совершенствованию работы выхлопных патрубков паровых турбомашин. Материалы и методы: При выполнении исследований использованы методы математического моделирования турбулентных течений на основе уравнений Рейнольдса. Результаты: Рассмотрено влияние выхлопных патрубков паровых турбин на технико-экономические показатели турбоустановок. Показаны ограничения, связанные с проектированием аэродинамически эффективных патрубков при создании мощных паровых турбомашин. Получены картины течения рабочей среды в выхлопном патрубке, предложены способы улучшения их аэродинамической эффективности: установка диффузора с отрицательной перекрышей относительно последней рабочей решетки и использование противовихревых решеток ниже горизонтального разъема патрубка. Расчетным путем доказана эффективность предложенных мер, произведена оценка интегральных характеристик стандартных и новых типов выхлопных патрубков. Выводы: Результаты численного исследования способов аэродинамического совершенствования выхлопной системы паровых турбин обосновывают целесообразность использования в выхлопных патрубках осерадиальных диффузоров, устанавливаемых с отрицательной перекрышей, исключающих негативное влияние высокоскоростной струи на реализацию диффузорного эффекта, а также целесообразность установки ниже горизонтального разъема противовихревой решетки, позволяющей уменьшить интенсивность устойчивых вихревых шнуров, возникающих в результате поворота потока в патрубке относ...

Авторское резюме Состояние вопроса: Среди показателей, характеризующих паротурбинные блоки электростанций, важное место занимает удельная металлоемкость паровой турбины. Указанный показатель снижается обратно пропорционально мощности турбины. В свою очередь, ее предельная мощность определяется пропускной способностью цилиндров низкого давления. Традиционно для ее увеличения при создании новой мощной турбины идут по пути увеличения числа цилиндров низкого давления либо увеличения длин лопаток последних ступеней. Однако данные методы имеют технические ограничения по количеству соединяемых роторов в целях обеспечения их соосности в случае повышения мощности турбины за счет увеличения цилиндров, а в случае увеличения длин последних лопаток возникают вопросы обеспечения их прочности. В конечном счете оба отмеченных метода резко увеличивают стоимость паротурбинного блока. В настоящее время в литературе появляются работы, направленные на решение отмеченных технических проблем в целях повышения единичной мощности турбомашин, например, за счет использования последних лопаток длиной 1500 мм и более. Однако необходимо понимать, что увеличение площади выхлопа из турбомашины лишь за счет увеличения длин последних лопаток не дает возможности получить экономично и надежно работающую проточную часть турбины. Здесь встают новые проблемы: резко возрастают потери на верность ступени, увеличивается габаритная ширина турбомашины и т.д. В связи с этим в настоящее время остро стоит вопрос разработки новых, технически реализуемых способов повышения мощности турбоустановок. Материалы и методы: Использованы отработанные методы тепловых и аэродинамических расчетов осевых турбомашин, а также методы математического CFD моделирования. Результаты: Выполнены тепловые и аэродинамические расчеты унифицированных цилиндров низкого давления с увеличенной до 1400 мм лопаткой последней ступени и цилиндров низкого давления с двухъярусными ступенями. На основании этих расчетов и проведенного сравнения рассматриваемых вариантов разработан эскизный проект нового двухъярусного цилиндра низкого давления на базе двухъярусных ступеней, позволяющий увеличить на 50 % мощность паротурбинного блока. Выводы: Результаты проведенных разработок позволяют создать одновальную высокооборотную турбину мощностью в 2000 МВт, не имеющую аналогов в мировом паротурбостроении. Ключевые слова: цилиндр низкого давления, паровая турбина, двухъярусная ступень, двухъярусная проточная часть, торцевая площадь выхлопа, методы математического моделирования.