Идентификация теплонапряженного состояния конструкции паровой турбины на основе решения граничной обратной задачи теплопроводности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 сентября, печатный экземпляр отправим 2 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №52 (186) декабрь 2017 г.

Дата публикации: 29.12.2017

Статья просмотрена: 27 раз

Библиографическое описание:

Семенов А. О., Некрасов Р. А. Идентификация теплонапряженного состояния конструкции паровой турбины на основе решения граничной обратной задачи теплопроводности // Молодой ученый. — 2017. — №52. — С. 58-61. — URL https://moluch.ru/archive/186/47495/ (дата обращения: 17.09.2019).



Показано применение решений граничных обратных задач теплопроводности (ОЗТ) для определения температурных поля цилиндра высокого давления (ЦВД) паровых турбин. Исходной информацией для решения явились экспериментальные данные пусковых операций данного турбоагрегата. Расчет проводился при постоянных теплофизических свойствах материала.

Ключевые слова: идентификация, температура, теплопроводность, обратная задача, статор.

Эксплуатация паротурбинных установок (ПТУ) осуществляется при различных режимах работы, связанных с постоянно меняющимися тепловыми нагрузками. Особенностью переходных режимов является опасность возникновения температурных напряжений, которые могут привести к разрушению оборудования. Наибольшее изменение теплонапряженного состояния ПТУ имеет место при пуске турбины, что может приводить к температурным напряжениям, превосходящим допустимые. К тому же следует иметь в виду, что отдельные элементы установки изменяют свою температуру с различной скоростью. Например, при пуске ротор турбины прогревается намного быстрее цилиндра и его фланцевых соединений. В инструкциях по эксплуатации конкретных турбоагрегатов приводятся критерии безопасного состояния и их величины, которые позволяют достаточно косвенно судить о теплонапряженном состоянии элементов оборудования при пусках.

Разработка методов для получения информации о теплонапряженном состоянии позволит повысить надежность эксплуатации энергетического оборудования за счет снижения пусковых напряжений и продлить срок службы ПТУ.

В работе [1] показана правомерность использования аналитического решения ОЗТ для идентификации параметров граничных условий. Исходной информацией для решения явились экспериментальные данные пусковых операций турбоагрегатов.

  1. Описание измерений

Эксперименты по идентификации параметров теплонапряженного состояния оборудования проводились на натурных объектах Уфимской ТЭЦ–2, в качестве которых были выбраны турбины ПТ 65/75–130–13.

На Уфимской ТЭЦ–2 для измерения температуры используются термопары, термометры сопротивления. Параметр «Температура металла паропровода» и «Температура металла паровпуска верха ЦВД» измеряли с помощью термопары ХА (Хромель-Алюмель). Для компенсации холодного спая используется термопреобразователь сопротивления (ТСМ 50М) с классом допуска «В». Схема измерения представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема измерения

В Приложении № 1 приведена градуированная характеристика термопары ХА и технические данные преобразователя сопротивления.

Расположены данные компенсаторы на отметке 5м. в турбинном цехе в соединительных коробках (СК) № 1 и № 2 соответственно. Температура окружающей среды изменчива и колеблется от значений от (2540).

Среди источников погрешностей можно выделить как явления, специфичные только для термопар, так и общие (шумы и помехи), характерные для любых измерительных систем.

  1. Расчеты

Допущения при расчетах:

1) Теплофизические свойства материала постоянны и не изменяются в течение всего процесса нагрева.

2) Принимая во внимание отношение наружного и внутреннего диаметров, расчет ведется как для неограниченной пластины.

3) В расчете принимается, что наложена идеальная тепловая изоляция

2.2 Статор паровой турбины

Исходной информацией для решения явились экспериментальные данные прогрева цилиндра высокого давления турбины ПТ 65/75–130–13 Уфимской ТЭЦ–2. В таблице 1 приведены параметры и теплофизические свойства материала.

Таблица 1

Материал

15Х1М1ФЛ

Толщина стенки ЦВД, мм

70

Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК)

33,44

Удельная теплоемкость,кДж/(кгК)

0,58

Плотность, кг/м3

7800

На рисунке 2 представлена зависимость температуры металла наружной поверхности статора от времени в процессе нагрева.

Рис. 2. Зависимость температуры наружной поверхности металла статора от времени при пусковых операциях

Для решения ОЗТ был написан алгоритм расчета в среде Mathcad 15.0. по формулам, представленным в работе [1]. В работе производится аппроксимация экспериментальных данных. Вид аппроксимирующей кривой представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Аппроксимация экспериментальных данных

Рис. 4. Результат решения ОЗТ для статора

1–через 10 секунд после начала прогрева, 2–через 90 секунд после начала прогрева, 3–через 170 секунд после начала прогрева, 4–через 250 секунд после начала прогрева

  1. Заключение

В данной работе получены результаты в отношении использования решения обратных задач теплопроводности (ОЗТ) для определения температурных полей паропровода и статора паровых турбин.

Приложение №1

Таблица 1

Обозначение промышленного термопреобразователя

Обозначение типа термопары

Класс допуска

Диапазон измерений

Пределы доп. отклонений ТЭДС от НСХ

от

до

ТХА

хромель-алюмелевая

K

3

-250

-167

0,015 | t |

-167

40

2,5

2

-40

333

2,5

333

1300

0,0075t

1

-40

375

1,5

375

1000

0,004t

Таблица 2

Тип термопреобразователя сопротивления

Класс допуска

Интервал использования, ºС

Пределы допускаемых отклонений ± Δ t, ºС

ТСМ

А

В

С

-50...120

—200... 200

—200... 200

0,15+ 0,0015|t|

0,25 + 0,0035|t|

0,50 + 0,0065|t|

Литература:

  1. Цирельман Н. М. Прямые и обратные задачи тепломассопереноса/Н. М. Цирельман.–М.:Энергоатомиздат,2005.–392 с.
  2. Цирельман Н. М. Теория и прикладные задачи тепломассопереноса / Н. М. Цирельман.–М.:Машиностроение,2011.–503 с.
  3. Методы сплайн–функций. Завьялов Ю. С., Квасов Б. И., Мирошниченко В. Л.–М.: Наука, 1980.–500 с.
Основные термины (генерируются автоматически): Уфимская ТЭЦ, теплофизическое свойство материала, исходная информация, схема измерения, решение, расчет, процесс нагрева, обратная задача теплопроводности, класс допуска, идентификация параметров, данные.


Похожие статьи

Исследование определения теплового состояния паропроводов...

Исходной информацией для решения являлись экспериментальные данные пусковых операций турбоагрегата Т-110/120–130, предоставленные Уфимской ТЭЦ-2.

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Структурная схема АС для исследования теплопроводности твёрдых материалов представлена на рис. 1.

- рассчитываемые в процессе нагрева параметр недогрева до стационарной стадии образца

О регуляризации теплового процесса при неразрушающем...

Для обработки экспериментальных данных, с целью расчета ТФС, обычно используют два варианта.

Например, если определяются два теплофизических свойства, то записывают два уравнения

Такой вариант решения обратной задачи имеет следующие недостатки.

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Полученные ранее [11,12] решения краевой задачи нестационарной теплопроводности в системе двух тел

Для упрощения тепловой схемы и расчётов пренебрегаем теплоёмкостью и оттоками тепла по проводам теплоприёмников.

Теплофизические свойства материалов.

Об одном методе решения задачи нестационарной...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Рассматривается задача нестационарной теплопроводности полого ортотропного шара с внутренним и внешним радиусами и , в предположении, что материал рассматриваемого шара по теплофизическим свойствам...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Прежде чем приступить к описанию основных электромагнитных, теплофизических свойств материалов и заданию граничных условий следует выбрать тип задачи (модуль).

В третьем файле сохраняется вся информация об электрических схемах.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Можно сделать вывод, что эксергия зависит от начальных параметров процесса, а именно от начальной температуры.

Для наглядности, изобразим исходные данные на графике в осях T-S (Рис.4)

Автоматизированный расчет и построение схем электроснабжения в AutoCad с...

Виды периодического теплового воздействия в методах...

Ключевые слова: неразрушающий контроль, периодический нагрев, тепловой анализ, теплофизические свойства, твердые материалы.

Исследование определения теплового состояния паропроводов при пуске Т-110/120-130 на базе обратной задачи теплопроводности.

Похожие статьи

Исследование определения теплового состояния паропроводов...

Исходной информацией для решения являлись экспериментальные данные пусковых операций турбоагрегата Т-110/120–130, предоставленные Уфимской ТЭЦ-2.

Автоматизированная система для измерения теплопроводности...

Структурная схема АС для исследования теплопроводности твёрдых материалов представлена на рис. 1.

- рассчитываемые в процессе нагрева параметр недогрева до стационарной стадии образца

О регуляризации теплового процесса при неразрушающем...

Для обработки экспериментальных данных, с целью расчета ТФС, обычно используют два варианта.

Например, если определяются два теплофизических свойства, то записывают два уравнения

Такой вариант решения обратной задачи имеет следующие недостатки.

Исследование температурных полей в методе неразрушающего...

Полученные ранее [11,12] решения краевой задачи нестационарной теплопроводности в системе двух тел

Для упрощения тепловой схемы и расчётов пренебрегаем теплоёмкостью и оттоками тепла по проводам теплоприёмников.

Теплофизические свойства материалов.

Об одном методе решения задачи нестационарной...

Полезная информация. Спецвыпуски.

Рассматривается задача нестационарной теплопроводности полого ортотропного шара с внутренним и внешним радиусами и , в предположении, что материал рассматриваемого шара по теплофизическим свойствам...

Создание численной модели индукционно нагревательной...

Прежде чем приступить к описанию основных электромагнитных, теплофизических свойств материалов и заданию граничных условий следует выбрать тип задачи (модуль).

В третьем файле сохраняется вся информация об электрических схемах.

Расчет количества теплоты с применением эксергетического метода

Можно сделать вывод, что эксергия зависит от начальных параметров процесса, а именно от начальной температуры.

Для наглядности, изобразим исходные данные на графике в осях T-S (Рис.4)

Автоматизированный расчет и построение схем электроснабжения в AutoCad с...

Виды периодического теплового воздействия в методах...

Ключевые слова: неразрушающий контроль, периодический нагрев, тепловой анализ, теплофизические свойства, твердые материалы.

Исследование определения теплового состояния паропроводов при пуске Т-110/120-130 на базе обратной задачи теплопроводности.

Задать вопрос