АНАЛІЗ ТЕРМОДИНАМІЧНИХ ТА КОНДЕНСАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ В НИЗКОПОТЕНЦІЙНІЙ ЧАСТИНІ ПАРОВИХ ТУРБІН ТА ЗАСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ЇХ ЕФЕКТИВНОСТІ

А. Тарелін; І. Аннопольська; О. Хінєвіч

doi:10.15407/scine22.02.032

Автор(и)

А. Тарелін Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0001-7160-5726
І. Аннопольська Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-3755-5873
О. Хінєвіч Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-1902-534X

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine22.02.032

Ключові слова:

газоспоживальні теплові установки, циліндр низького тиску, привтулковий відрив, вихідний патрубок, маловитратний режим, рух робочого середовища, конденсатор, теплоелектрофізика, електризована та іонізована волога пара, діелектрична проникність

Анотація

Вступ. Питання підвищення ефективності роботи нізькопотенційної частини потужних вологопарових
турбоустановок, від якої суттєво залежить якість роботи турбоустановки загалом, є актуальним. Незважаючи на використання новітніх методів їх моделювання та проєктування, дотепер залишається низка невирішених питань.
Проблематика. Обґрунтоване визначення нетрадиційних засобів зниження додаткових втрат енергії, які виникають тільки у низькопотенційній частині турбіни: на останніх ступенях циліндрів низького тиску (ЦНТ) і пов’язані з фазовим переходом та появою вологи (зарядоутворення і переохолодженням пари), а також у вихлопному патрубку й конденсаторі, акцентуючи увагу на вплив електризації потоку вологої пари.
Мета. Розробка методики підвищення ефективності та надійності роботи низькопотенційної частини потужних паротурбінних установок на основі цілеспрямованого керування теплоелектрофізичними процесами.
Матеріали й методи. Електризована та іонізована волога пара. Проведено аналіз літературних джерел,
експериментальні дослідження на термодинамічному стенді ІЕМС НАН України, результати натурних
експериментів, проведених на ТЕС і ТЕЦ України та США. Застосовано аналітичні методи, які базуються на класичних законах термодинаміки складних систем, електрофізики й теорії турбомашин.
Результати. На основі розрахункових та експериментальних досліджень показано позитивні наслідки цільового керування електрофізичними впливами від останніх ступенів ЦНТ до конденсатору. Запропоновано використання іонізації потоку вологої пари для зменшення втрат від переохолодження й постійного електричного поля на вході в конденсатор для збільшення теплового навантаження і зниження нерівномірності поля швидкостей, а також нейтралізацію потоку за останнім ступенем для зниження тиску і збільшення теплоперепаду.
Висновки. Вдосконалення теплоелектрофізичних процесів у низькопотенційній частині паротурбінної
установки дозволить підвищити її ефективність роботи на 1,5—2%.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

А. Тарелін, Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України

Chief Researcher, Corresponding Member of the NAS of Ukraine, Professor, Doctor of Technical Sciences

О. Хінєвіч, Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного Національної академії наук України

Leading Engineer

Посилання

Xu, Q., Lin, A., Cai, Y., Ahmad, N., Duan, Y., Liu, C. (2020). Numerical Analysis of Aerodynamic Characteristics of Exhaust Passage with Consideration of Wet Steam Effect in a Supercritical Steam Turbine. Energies, 13, 15—26. https://doi.org/10.3390/en13071560

Ansari, M., Esfahanian, V., Izadi, M. J., Bashi, H., Tavakoli, A., Kordi, M. (2024). A new optimization strategy for wet steam effect minimization in steam turbine using combined 2D non-equilibrium wet steam flow and mean-line analysis. International Journal of Heat and Mass Transfer, 220, 124964. https://doi.org/10.1016/j. ijheatmasstransfer.2023.124964

Rusanov, A. V., Shvetsov, V. L., Alyokhina, S. V., Pashchenko, N. V., Rusanov, R. A., Ishchenko, M. H., Slas ton, L. O., Sherfedinov, R. B. (2020). The Efficiency Increase of the Steam Turbine Low Pressure Cylinder Last Stage by the Blades Spatial Profiling. Journal of Mechanical Engineering, 23(1), 6—14. https://doi.org/10.15407/pmach2020. 01.006

Momeni Dolatabadi, A. M., Saffari Pour, M., Mousavi Ajarostaghi, S. S., Poncet, S., Hulme-Smith, C. (2023). Last stage stator blade profile improvement for a steam turbine under a non-equilibrium condensation condition. Alexandria Engineering Journal, 73, 27—46. https://doi.org/10.1016/j.aej.2023.04.011

Wen, C., Zhu, X., Ding, H., Yang, Y. (2021). Numerical Modelling of Wet Steam Flows in Turbine Blades. In: Advances in Heat Transfer and Thermal Engineering (Еds. Wen C., Yan Y.). Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-33-4765-6_68

Yang, Y., Peng, H., Wen, C. (2021). A novel dehumidification strategy to reduce liquid fraction and condensation loss in steam turbines. Entropy, 23(9), 1225. https://doi:10.3390/e23091225

Paillat, G., Touchard, G., Leblanc, P. (2025). Liquid flow electrification phenomenon. Journal of Electrostatics, 109, 104068. https://doi.org/10.1016/j.elstat.2025.104068

Qian, J., Han, Z., Zhang, M. (2011). Study on dielectric properties of wet steam in turbine. Proceedings of the Chi nese Society for Electrical Engineering (PCSEE), 31, 32, 91—96. https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.2011.32.016

Malafayev, M. T., Gaponova, O. O., Shkolnikova, T. V. (2023). Discussion of the Mechanism of Electrical Conductivity of Pure Water within the Framework of the Bjerrum Model. Bulletin of the National Technical University “KhPI.” Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology, 2(10), 27—33. https://doi.org/10.20998/2079-0821.2023.02.05 [in Ukrainian].

Shavdinova, M., Aronson, K., Borissova, N. (2020). Development of condenser mathematical model for research and development of ways to improve its efficiency. Journal of Applied Engineering Science, 18(4), 578—585. https://doi.org/10.5937/jaes0-27517

Sherfedinov, R., Ishchenko, M., Slaston, L., Alyokhina, S. (2023). Working blades development for the last stages of steam turbine low pressure cylinder. Аcademic journal of manufacturing engineering, 21(1), 126—131.

Jing-Lun, Fu, Jian-Jun, Liu, Si-Jing, Zhou. (2012). Interactions Between Axial Turbine and Nonaxisymmetric Exhaust Hood Under Different Operational Conditions. Journal of Turbomachinery, 134(4), 4—11. https://doi.org/10.1115/1.4003647

Kuś, T., Madejski, P. (2024). Analysis of the multiphase flow with condensation in the two-phase ejector condenser using computational fluid dynamics modeling. Journal of Energy Resources Technology, 146(3), 1—14. https://doi.org/10.1115/1.4064195

Tarelin, A. O., Annopolska, I. Ye. (2025). Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines. Journal of Mechanical Engineering — Problemy Mashynobuduvannia, 28(1), 42—54. https://doi.org/10.15407/pmach2025.01.042

Tarelin, A. O. (2024). Heat-electrophysical processes in steam turbines. Kyiv. 140 p. https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.512.140

Nechaiev, А. V., Tarelin, А. О., Annopolska, I. Y. (2022). Analysis of the influence of steam electrification on the working processes of a wet steam turbine. Journal of Mechanical Engineering — Problemy Mashynobuduvannia, 25(3), 56—64. https://doi.org/10.15407/pmach2022.03

Poplavko, Yu. M. (2015). Physics of Dielectrics. (Eds. Yakymenko Yu. I.). Kyiv. 572 p. [in Ukrainian].

Dolgoshiy, V. B. (2020). Thermodynamics of Complex Systems: Lecture Notes [Electronic resource]: Study guide for students of specialty 105 “Applied Physics and Nanomaterials.” Kyiv. 83 p. [in Ukrainian].

Qian, J., Han, Z., Yan, X., Li, H. (2014). Theoretical and experimental research on microwave cavity dielectric perturbation technique to measure steam wetness. AIP Conference Proceedings, 1592, 205—214. https://doi.org/10.1063/1.4872106

Fernández, D. P., Goodwin, A. R. H., Lemmon, E. W., Williams, R. C. (1997). Formulation for the static permittivity of water and steam at temperatures from 238K to 873K at pressures up to 1200 MPa, including derivatives and Debye–Hückel coefficients. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 26, 1125—1166. https://doi.org/10.1063/1.555997

Nechaiev, A. V., Annopolska, I. Ye, Lukianov, V. M. (2022). Evaluation of the wet steam flow electrification effect on its dielectric properties. Journal of Mechanical Engineering — Problemy Mashynobuduvannia, 25(4), 25—31. https://doi.org/10.15407/pmach2022.04.025

Garmathy, G. (1962). Grundlagen einer Theorie der Nabdampfturbine. Zurich. 284 р.

Tarelin, A. A., Antiptsev, Yu. P., Annopolskaya, I. Ye., Medvedovsky, A. V. (2007). Determination of Losses Due to Supercooling During the Flow of a Two-Phase Medium in the Flow Path of High-Power Steam Turbines. Problems of Mechanical Engineering, 10(4), 48—53 [in Russian].