The method of considering the efficiency of flow compartments of multi-stage turbines when calculating energy characteristics

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Modern methods of calculating energy characteristics of steam turbine units (STU) are based on development of digital models. Considering this, the main components of the STU’s model is a model of a multistage turbine.

AIMS: Improvement of existing methods of calculating energy characteristics taking into account influence of efficiency of flow compartments.

METHODS: Results of the studies dealing with new methods of development of energy characteristics of multi-stage turbines are presented in the article. In particular, the new method of considering the influence of changing the efficiency of flow compartments of multi-stage turbines depending on working body flow rate is proposed. The method of calculation of turbine energy characteristics is given. The proposed method is based on development of the model of a turbine unit taking into account changing of technical and economic performance of its specific elements depending on the load.

RESULTS: Results of theoretical justification of a non-linear dependency of turbine flow compartments’ power on working body flow rate based on changing internal efficiency of stages at variable modes described with the Stodola-Fluegel equation are given in the article.

Based on the solution of the Stodola-Fluegel equation, the equation for vane efficiency and the equation of isentropic heat drop, the dependence of flow compartment’s operation efficiency on relative working body flow rate is obtained. The advice for using it when modelling turbines is given.

The analysis of the experimental data obtained at the testing of the PT-60-130/13 steam turbine was carried out. Experimental dependency of the stages’ efficiency on steam flow rate are presented. It is established that the proposed dependency of internal efficiency of turbines’ flow compartments complies with the theoretical and experimental data in a good quality and can be used in calculation of energy characteristics and modelling.

As a practical value of the study, the model of the PT-60-130/13 turbine unit was developed. The mode diagram built with the use of the model and complying with the heat testing results is given.

CONCLUSIONS: The developed model of the turbine unit helps to simulate any operation mode depending on electric and heat loads. In addition, with the use of the model, it is possible to take into account the influence of deviation of external factors from nominal values at development of the system of correction or estimation of fuel consumption increase related to these deviations.

About the authors

Anton Y. Gubarev

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: gubarev_a_y@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1533-0435
SPIN-code: 6739-0299

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Thermal Power Plants Department

Russian Federation, Samara

References

  1. Kostyuk AG, Frolov VV, Bulkin AE, et al. Steam and gas turbines for power plants: a textbook for universities. Moscow: Izdatelskiy dom MEI; 2016. (in Russ).
  2. MU 34-70-093-84 Metodicheskie ukazaniya po teplovym ispytaniyam parovykh turbin. M.: SOYuZTEKhENERGO, 1986. (in Russ). Accessed: 26.04.2023. Available from: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294812/4294812875.htm
  3. Leduhovsky GV, Pospelov AA, Zorin MYu, et al. Experimental determination of the grid of corrections to the power of the Tp-115/125-130-1TP UTMZ turbine for the deviation of the exhaust steam pressure in the condenser. Vestnik IGEU. 2010;4:4–9. (in Russ).
  4. Ledukhovsky GV, Pospelov AA, Astashov NS, et al. Testing of the turbine unit Tp-115/125-130-1TP PO TMZ when operating in district heating mode with two-stage heating of network water in order to construct a mode diagram. Vestnik IGEU. 2011;2:3–10. (in Russ).
  5. Bubnov KN, Barochkin AE, Zhukov VP, et al. Taking into account the efficiency of the flow sections of turbine units in the computational analysis of their energy characteristics. Vestnik IGEU. 2019;3:62–68. (in Russ).
  6. Barochkin AE, Zhukov VP, Barochkin EV, et al. Matrix representation of the model of the thermal circuit of an electric station. Vestnik IGEU. 2018;6:66–72. (in Russ).
  7. Shcheglyaev AV. Steam turbines. Moscow: Energiya; 1967. (in Russ).
  8. Bubnov KN, Barochkin AE, Zhukov VP, et al. Methodology for calculating the energy characteristics of a heating turbine taking into account the efficiency of the low pressure part. Vestnik IGEU. 2020;2: 5–13.(in Russ).
  9. Ilichev VY, Yurik EA. Development of methodology for calculation of optimal distribution of electric power between power units of condensing power plant. Izvestiya MGTU MAMI. 2021;15(2):18–25. (in Russ). doi: 10.31992/2074-0530-2021-48-2-18-25
  10. Kultyshev AY, Stepanov MY, Linder TY. Diagrams of regimes of cogeneration steam turbines for combined-cycle power plants. Thermal Engineering. 2012;59(12):913–918. doi: 10.1134/S0040601512120051
  11. Tatarinova NV, Suvorov DM, Sushikh VM. Mathematical models of cogeneration steam turbine plants based on experimental characteristics of turbine stages and compartments. Nadezhnost i bezopasnost energetiki. 2017;10(4):330–339. (in Russ).
  12. Tatarinova NV, Sushikh VM. Study of flow and power characteristics of the last sections of cogeneration steam turbines. Problemy regionalnoy energetiki. 2019;3(44):79–90. (in Russ). doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.3562205
  13. Trukhniy AD. Combined-cycle power plants: a textbook for universities. Moscow: Izdatelskiy dom MEI; 2013. (in Russ).
  14. Gubarev AY, Kudinov AA, Eremin AV, et al. Application of a small deviation method in the study of the influence of external factors on gas turbine unit operation. J. Phys.: Conf. Ser. 2020;1683:042006. doi: 10.1088/1742-6596/1683/4/042006

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of vane efficiency of the stages on relative steam flow rate.

Download (38KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the blade efficiency of the stages on relative steam flow rate: 1 – formula (2); 2 – the formula (8).

Download (29KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the stages’ power on relative steam flow rate.

Download (49KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of relative internal efficiency on the flow rate of the #1 flow compartment of a high-pressure cylinder.

Download (28KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of relative internal efficiency on the flow rate of the #3 flow compartment of a high-pressure cylinder.

Download (27KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Mode diagram of the PT-60-130/13 steam turbine.

Download (227KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».