Application of Mathematical Models in Substantiating the Power Equipment Reliability
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-97-109Keywords:
power generating boiler, heat recovery steam generator, steam turbine unit, gas turbine, power equipment, thermally stressed state, mathematical model, heat transfer, residual lifeAbstract
Thermal power plant power equipment, including drum and once-through power generating boilers, heat recovery steam generators, steam turbine units and gas turbines, as well as auxiliary equipment, especially feed and circulation pumps, cooling tower fans, booster compressors, etc., have a complex design and are subject to various operating modes, characterized, as a rule, by significant fluctuations of the medium temperature and its flowrate. Permissible conditions under which the equipment may be operated while preserving its service life can only be substantiated on the basis of thermal stress state calculations and cyclic strength analysis. Such complex problems are solved through mathematically modeling heavily loaded and, as a rule, thick-walled equipment parts. In this connection, mathematical modeling takes a special place in settling matters concerned with power equipment reliability justification. It is used to design new equipment, optimize its operation modes, estimate the residual life, and predict the occurrence of damages in heavily loaded parts of boilers and turbines. The article has demonstrated, based on quite a number of examples, the use of mathematical modeling for solving the above-mentioned thermal and cyclic strength problems with due regard to the design features and the nature of heat transfer in power equipment.
References
1. Плоткин Е.Р., Лейзерович А.Ш. Пусковые режимы паровых турбин энергоблоков. М.: Энергия, 1980.
2. РТМ 108.021.103—85. Детали паровых стационарных турбин. Расчет на малоцикловую усталость.
3. Радин Ю.А., Конторович Т.С. Влияние отклонений параметров от графиков-заданий на термонапряженное состояние основного теплоэнергетического оборудования ТЭС // Электрические станции. 2023. № 10. С. 8—11.
4. Ленев С.Н. и др. Анализ допустимости режимов сброса нагрузки энергоблока ст. № 9 ТЭЦ-22 МОСЭНЕРГО по командам ЧДА // Электрические станции. 2022. № 9. С. 33—40.
5. Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин. М.: Издат. дом МЭИ, 2007.
6. Голошумова В.Н., Бродов Ю.М., Смирнов А.А. Моделирование температурного поля ротора паровой турбины для систем контроля его термонапряженного состояния // Надежность и безопасность энергетики. 2013. № 4(23). С. 65—70.
7. Конторович Т.С. Обеспечение циклической прочности оборудования парового контура при маневренной работе ПГ: дис. … канд. техн. наук. М.: НИУ «МЭИ», 2023.
8. Конторович Т.С., Радин Ю.А. Анализ повреждений змеевиков выходного коллектора испарителя низкого давления котла-утилизатора // Проблемы cовершенствования топливно-энергетического комплекса: Сб. материалов XVII Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: СГТУ им. Гагарина Ю.А., 2024. № 12. С. 188—195.
9. Богачёв А.Ф., Радин Ю.А., Герасименко О.Б. Особенности эксплуатации и повреждаемость котлов-утилизаторов бинарных парогазовых установок. М.: Энергоатомиздат, 2008.
10. Lim L.B., Dometakis C. Effects of Cycling on the Remaining Life of HRSG's // Modern Power Systems. 2001. № 7. Pp. 25—27.
11. Dooley B., Tilley R. Tube Failures in Conventional Fossil Fired Boiler and in Combined Cycle HRSG's // Power Plant Chem. 2004. № 6(12). Pp. 14—21.
12. Радин Ю.А., Ленёв С.Н., Пихлакас А.П., Любимов А.А. Расчетно-экспериментальное обоснование увеличения межремонтного интервала охлаждаемых лопаток газовых турбин SGT5-2000E // Теплоэнергетика. 2024. № 7. С. 19—28.
13. Васильев Б.Е. Численное моделирование задач динамики и прочности деталей газотурбинных установок и двигателей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.
14. ГОСТ Р 52527—2006. Установки газотурбинные. Надежность, готовность, эксплуатационная технологичность и безопасность.
15. РТМ 108.020.14—82. Турбины газовые стационарные. Нормы статической и термоциклической прочности рабочих и направляющих лопаток.
16. Радин Ю.А., Конторович Т.С., Ленев С.Н. Особенность поведения виброизолированного фундамента теплофикационной паровой турбины // Электрические станции. 2024. № 12. С. 2—5.
17. Лавелин В.Е., Ямов В.И. Активная виброизоляция фундаментов турбоагрегатов // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2015. № 1. С. 77—80.
18. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1977.
19. Sikarwar B.S., Khandekar S., Muralidhar K. Mathematical Modelling of Dropwise Condensation on Textured Surfaces // Sadhana. 2013. V. 38(6). Pp.1135—1171.
20. Saurabh Pandey. Dropwise and Filmwise Condensation // Intern. J. Sci. Eng. Research. 2012. V. 3(4). Pp. 1—5.
21. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.
22. Конторович Т.С., Радин Ю.А., Ольховский А.В. Анализ концентрации температурных напряжений при прогреве плоской поверхности за счет конденсации водяного пара // Журнал технической физики. 2024. Т. 94. № 4. С. 547—553.
---
Для цитирования: Радин Ю.А., Конторович Т. С, Пихлакас А.П., Ольховский А.В. Применение математических моделей при обосновании надежности энергетического оборудования // Вестник МЭИ. 2026. № 3. С. 97—109. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-97-109
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Plotkin E.R., Leyzerovich A.Sh. Puskovye Rezhimy Parovyh Turbin Energoblokov. M.: Energiya, 1980. (in Russian).
2. RTM 108.021.103—85. Detali Parovyh Statsionarnyh Turbin. Raschet na Malotsiklovuyu Ustalost'. (in Russian).
3. Radin Yu.A., Kontorovich T.S. Vliyanie Otkloneniy Parametrov ot Grafikov-zadaniy na Termonapryazhennoe Sostoyanie Osnovnogo Teploenergeticheskogo Oborudovaniya TES. Elektricheskie Stantsii. 2023;10:8—11. (in Russian).
4. Lenev S.N. i dr. Analiz Dopustimosti Rezhimov Sbrosa Nagruzki Energobloka St. № 9 TETS-22 MOSENERGO po Komandam CHDA. Elektricheskie Stantsii. 2022;9:33—40. (in Russian).
5. Kostyuk A.G. Dinamika i Prochnost' Turbomashin. M.: Izdat. Dom MEI, 2007. (in Russian).
6. Goloshumova V.N., Brodov Yu.M., Smirnov A.A. Modelirovanie Temperaturnogo Polya Rotora Parovoy Turbiny dlya Sistem Kontrolya ego Termonapryazhennogo Sostoyaniya. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2013;4(23):65—70. (in Russian).
7. Kontorovich T.S. Obespechenie Tsiklicheskoy Prochnosti Oborudovaniya Parovogo Kontura pri Manevrennoy Rabote PG: Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: NIU «MEI», 2023. (in Russian).
8. Kontorovich T.S., Radin Yu.A. Analiz Povrezhdeniy Zmeevikov Vyhodnogo Kollektora Isparitelya Nizkogo Davleniya Kotla-utilizatora. Problemy Sovershenstvovaniya Toplivno-energeticheskogo Kompleksa: Sb. Materialov XVII Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Saratov: SGTU im. Gagarina Yu.A., 2024;12:188—195. (in Russian).
9. Bogachev A.F., Radin Yu.A., Gerasimenko O.B. Osobennosti Ekspluatatsii i Povrezhdaemost' Kotlov-utilizatorov Binarnyh Parogazovyh Ustanovok. M.: Energoatomizdat, 2008. (in Russian).
10. Lim L.B., Dometakis C. Effects of Cycling on the Remaining Life of HRSG's. Modern Power Systems. 2001;7:25—27.
11. Dooley B., Tilley R. Tube Failures in Conventional Fossil Fired Boiler and in Combined Cycle HRSG's. Power Plant Chem. 2004;6(12):14—21.
12. Radin Yu.A., Lenev S.N., Pihlakas A.P., Lyubimov A.A. Raschetno-eksperimental'noe Obosnovanie Uvelicheniya Mezhremontnogo Intervala Ohlazhdaemyh Lopatok Gazovyh Turbin SGT5-2000E. Teploenergetika. 2024;7:19—28. (in Russian).
13. Vasil'ev B.E. Chislennoe Modelirovanie Zadach Dinamiki i Prochnosti Detaley Gazoturbinnyh Ustanovok i Dvigateley. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2018. (in Russian).
14. GOST R 52527—2006. Ustanovki Gazoturbinnye. Nadezhnost', Gotovnost', Ekspluatatsionnaya Tekhnologichnost' i Bezopasnost'. (in Russian).
15. RTM 108.020.14—82. Turbiny Gazovye Statsionarnye. Normy Staticheskoy i Termotsiklicheskoy Prochnosti Rabochih i Napravlyayushchih Lopatok. (in Russian).
16. Radin Yu.A., Kontorovich T.S., Lenev S.N. Osobennost' Povedeniya Vibroizolirovannogo Fundamenta Teplofikatsionnoy Parovoy Turbiny. Elektricheskie Stantsii. 2024;12:2—5. (in Russian).
17. Lavelin V.E., Yamov V.I. Aktivnaya Vibroizolyatsiya Fundamentov Turboagregatov. Akademicheskiy Vestnik UralNIIproekt RAASN. 2015;1:77—80. (in Russian).
18. Isachenko V.P. Teploobmen pri Kondensatsii. M.: Energiya, 1977. (in Russian).
19. Sikarwar B.S., Khandekar S., Muralidhar K. Mathematical Modelling of Dropwise Condensation on Textured Surfaces. Sadhana. 2013;38(6):1135—1171.
20. Saurabh Pandey. Dropwise and Filmwise Condensation. Intern. J. Sci. Eng. Research. 2012;3(4):1—5.
21. Miheev M.A., Miheeva I.M. Osnovy Teploperedachi. M.: Energiya, 1977. (in Russian).
22. Kontorovich T.S., Radin Yu.A., Ol'hovskiy A.V. Analiz Kontsentratsii Temperaturnyh Napryazheniy pri Progreve Ploskoy Poverhnosti za Schet Kondensatsii Vodyanogo Para. Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 2024;94(4):547—553. (in Russian)
---
For citation: Radin Yu.A., Kontorovich T.S., Pikhlakas A.P., Olkhovsky A.V. Application of Mathematical Models in Substantiating the Power Equipment Reliability. Bulletin of MPEI. 2026;3:97—109. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-97-109
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
