Результаты исследования влияния на потери энергии условий формирования вихревой структуры потока в регулирующем клапане паровой турбины
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2025-6-117-122Ключевые слова:
регулирующий клапан, клапанная коробка, аэродинамическое ребро, разделительное ребро, гидравлическое сопротивлениеАннотация
Рассмотрена актуальная проблема повышения экономичности и надежности паротурбинных установок за счет совершенствования характеристик элементов парораспределения — регулирующего клапана коленного типа. В отличие от большинства исследований, сфокусированных на оптимизации геометрии канала между чашей и седлом клапана, изучено влияние конструкции и размеров клапанной коробки.
Цель работы — анализ влияния геометрических параметров клапанной коробки на структуру течения, и, как следствие, коэффициент гидравлического сопротивления. Методологической основой работы является численное моделирование с применением подхода RANS (решение осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса) и модели турбулентности k-epsilon Realizable в программном комплексе Ansys. Данный метод выбран, исходя из оптимального соотношения вычислительной эффективности и точности для инженерных задач такого класса.
В ходе исследования проанализированы три варианта конструкции клапанной коробки: базовая симметричная, с добавлением стандартного разделительного ребра и асимметричная — со смещенным положением седла клапана. Результат расчетов показали, что в базовом варианте формируется сложная вихревая структура, обусловливающая высокий коэффициент гидравлического сопротивления. Установка разделительного ребра лишь незначительно улучшает ситуацию, в то время как асимметричная конфигурация позволяет кардинально изменить картину течения и добиться наименьшего коэффициента гидравлического сопротивления.
Библиографические ссылки
1. Зарянкин А.Е. и др. К вопросу о рациональной форме седел регулирующих клапанов паровых турбин // Тяжелое машиностроение. 2007. № 10. С. 2—6.
2. Зарянкин А.Е., Савин С.В., Григорьев Е.Ю. Математическое моделирование течений в угловом быстродействующем запорно-отсечном клапане // Вестник МЭИ. 2013. № 2. С. 15—21.
3. Domnick C.B. e. a. Investigation on Flow Induced Vibrations of a Steam Turbine Inlet Valve Considering Fluid Structure Interaction Effects // J. Engineering Gas Turbines and Power. 2017. V. 2(139). P. 022507.
4. Domnick C.B. e. a. Numerical Investigation on the Time-variant Flow Field and Dynamic Forces Acting in Steam Turbine Inlet Valves // J. Engineering Gas Turbines and Power. 2015. V. 137(8). P. 081601.
5. Зарянкин А.Е. и др. Разгруженные дроссельно-регулирующие клапаны нового поколения для паровых турбин // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2014. № 6. С. 11—17.
6. Зарянкин А.Е., Симонов Б.П. Регулирующие и стопорно-регулирующие клапаны паровых турбин. М.: Изд-во МЭИ, 2005.
7. Domnick C.B. Bernhard B.D. Flow-induced Steam Valve Vibrations — a Literature Review of Excitation Mechanisms, Preventive Measures, and Design Improvements // J. Engineering Gas Turbines and Power. 2018. V. 141(5). P. 051009.
8. Коротков В.В. Исследование и разработка стопорно-регулирующих клапанов, обладающих повышенной надежностью и низким аэродинамическим сопротивлением: автореф. дис. ... кан. тех. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
9. Грибин В.Г. Результаты исследования регулирующего клапана с обратным подводом пара // Теплоэнергетика. 2023. № 6. С. 56—66.
10. Послевоенное восстановление ЛМЗ [Электрон. ресурс] https://museum.power-m.ru/plants/lmz/history/poslevoennoe-vosstanovlenie/?ysclid=mg6wao8afu299796611 (дата обращения 15.09.2025).
11. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. СПб: Изд-во Политехн. ун-та. 2012.
12. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. Физико-механические основы. М.: Госэнергоиздат, 1954.
---
Для цитирования: Грибин В.Г., Мит-рохова О.М., Нестеров П.М., Митрохов С.Н. Результаты исследования влияния на потери энергии условий формирования вихревой структуры потока в регулирующем клапане паровой турбины // Вестник МЭИ. 2025. № 6. С. 117—122. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-117-122
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Zaryankin A.E. i dr. K Voprosu o Ratsional'noy Forme Sedel Reguliruyushchikh Klapanov Parovykh Turbin. Tyazheloe Mashinostroenie. 2007;10:2—6. (in Russian).
2. Zaryankin A.E., Savin S.V., Grigor'ev E.Yu. Matematicheskoe Modelirovanie Techeniy v Uglovom Bystrodeystvuyushchem Zaporno-otsechnom Klapane. Vestnik MEI. 2013;2:15—21. (in Russian).
3. Domnick C.B. e. a. Investigation on Flow Induced Vibrations of a Steam Turbine Inlet Valve Considering Fluid Structure Interaction Effects. J. Engineering Gas Turbines and Power. 2017;2(139):022507.
4. Domnick C.B. e. a. Numerical Investigation on the Time-variant Flow Field and Dynamic Forces Acting in Steam Turbine Inlet Valves. J. Engineering Gas Turbines and Power. 2015;137(8):081601.
5. Zaryankin A.E. i dr. Razgruzhennye Drossel'no-reguliruyushchie Klapany Novogo Pokoleniya dlya Parovykh Turbin. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2014;6:11—17. (in Russian).
6. Zaryankin A.E., Simonov B.P. Reguliruyushchie i Stoporno-reguliruyushchie Klapany Parovykh Turbin. M.: Izd-vo MEI, 2005. (in Russian).
7. Domnick C.B. Bernhard B.D. Flow-induced Steam Valve Vibrations — a Literature Review of Excitation Mechanisms, Preventive Measures, and Design Improvements. J. Engineering Gas Turbines and Power. 2018;141(5):051009.
8. Korotkov V.V. Issledovanie i Razrabotka Stoporno-reguliruyushchikh Klapanov, Obladayushchikh Povyshennoy Nadezhnost'yu i Nizkim Aerodinamicheskim Soprotivleniem: Avtoref. Dis. ... Kan. Tekh. Nauk. M.: Izd-vo MEI, 2003. (in Russian).
9. Gribin V.G. Rezul'taty Issledovaniya Reguliruyushchego Klapana s Obratnym Podvodom Para. Teploenergetika. 2023;6:56—66. (in Russian).
10. Poslevoennoe Vosstanovlenie LMZ [Elektron. Resurs] https://museum.power-m.ru/plants/lmz/history/poslevoennoe-vosstanovlenie/?ysclid=mg6wao8afu299796611 (Data Obrashcheniya 15.09.2025). (in Russian).
11. Garbaruk A.V., Strelets M.Kh., Shur M.L. Modelirovanie Turbulentnosti v Raschetakh Slozhnykh Techeniy. SPb: Izd-vo Politekhn. Un-ta. 2012. (in Russian).
12. Idel'chik I.E. Gidravlicheskie Soprotivleniya. Fiziko-mekhanicheskie osnovy. M.: Gosenergoizdat, 1954. (in Russian)
---
For citation: Bulatov R.V., Petrakova T.V., Balaev P.A., Khisamov R.R. Application of Lithium-ion Battery Electricity Storage Systems to Improve the Electric Power System Transient Stability Conditions. Bulletin of MPEI. 2025;6:117—122. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-6-117-122
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
