Определение протечек пара через неисправные лабиринтные уплотнения паровой турбины

Обоснование. При расчете осевого усилия, действующего на упорный подшипник паровой турбины, при расчете размеров думмиса, при расчете эффективности ступеней турбины необходимо определение величины протечек пара через ее диафрагменные и концевые уплотнения. Существующие методики позволяют рассчитать протечки только через исправные, неповрежденные лабиринтные уплотнения нескольких типовых конструкций. Однако в процессе эксплуатации паровых турбин по причине нерасчетных осевых и радиальных смещений ротора лабиринтные уплотнения нередко повреждаются: деформируются, сминаются или выламываются.

Цель исследования – разработать методику расчета протечек с помощью прямого CFD-моделирования в исправных и поврежденных уплотнениях при типовых их неисправностях, верифицировать результаты моделирования сравнением с известными методиками и экспериментальными данными, определить критические протечки пара через неисправные лабиринтные уплотнения турбины.

Материалы и методы. Предложена и верифицирована методика расчета расхода пара через исправные и неисправные лабиринтные уплотнения паровой турбины с использованием возможностей современных CFD-методов. Описана расчетная область моделирования переднего концевого уплотнения турбины, особенности задания граничных условий, адаптивной расчетной сетки, использованной численной математической модели.

Результаты. Приведены результаты численного исследования протечек пара через исправные и поврежденные лабиринтные концевые уплотнения турбины: с погнутыми гребнями в уплотнениях, при частичном или полном отсутствии гребней. Проведено моделирование работы переднего концевого уплотнения турбины при нескольких характерных неисправностях. Показано, что частичное повреждение гребней переднего концевого уплотнения турбины, которое часто встречается при эксплуатации, приводит к существенному росту утечки пара. Установлено, что при значительном повреждении гребней рост утечки пара может привести к исчерпанию пропускной способности регулятора давления пара в уплотнении, что приводит к нарушению работы системы разгрузки упорного подшипника турбины.

Заключение. Предложенная методика и полученные результаты могут быть использованы для расчета протечек пара через исправные и неисправные диафрагменные и концевые лабиринтные уплотнения турбин, при расчете величины осевого усилия, действующего на упорный подшипник турбины на переменных режимах ее работы, методика полезна при оценке эффективности работы системы разгрузки упорного подшипника.