Применение математических моделей при обосновании надежности энергетического оборудования
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-97-109Ключевые слова:
энергетический котел, котел-утилизатор, паротурбинная установка, газовая турбина, энергетическое оборудование, термонапряженное состояние, математическая модель, теплообмен, остаточный ресурсАннотация
Энергетическое оборудование тепловых электростанций: барабанные и прямоточные энергетические котлы, котлы-утилизаторы, паротурбинные установки и газовые турбины, а также вспомогательное оборудование, в особенности, питательные и циркуляционные насосы, вентиляторы градирен, дожимные компрессоры и т. п. имеют сложную конструкцию и вовлечены в различные режимы эксплуатации, характеризующиеся, как правило, значительными колебаниями температуры среды и ее расхода.
Обоснование допустимых условий эксплуатации при сохранении ресурса оборудования возможно исключительно на базе расчетов термонапряженного состояния и анализа его циклической прочности. Такие сложные задачи решаются на основе математического моделирования высоконагруженных и, как правило, толстостенных деталей оборудования. В этой связи математическое моделирование занимает особое место в решении задач обоснования надежности энергетического оборудования. С его помощью выполняют проектирование нового оборудования, оптимизируют режимы эксплуатации, оценивают остаточный ресурс, прогнозируют возникновение повреждений в высоконагруженных деталях котлов и турбин.
В настоящей работе на целом ряде примеров продемонстрировано использование математического моделирования для поиска решения указанных задач термической и циклической прочности с учетом особенностей конструкции и характера теплообмена в энергетическом оборудовании.
Библиографические ссылки
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
