Prezentace Bc. Zdeněk Šmída

Osnova Úvod – Co je úkolem práce Doosan Škoda Power – Minulost a současnost společnosti + vývoj výzkum Parní Turbíny – Rozdělení, funkce, pracovní proces Proudění – Teorie turbulentního proudění Dva numerické výpočty (kanál, kanál + disk) –Tvorba geometrie inverzního modelu v Inventoru a DesignModeleru –Tvorba sítě v ANSYS Meshing –Nastavení okrajových podmínek pro Fluent Analýza výsledku CFD a porovnání s naměřenými daty Korekce vztahů pro výpočet třecího výkonu + Výpočet konstant pro různé otáčky rotoru turbíny

Experimentální turbína T1MW + pohled na turbínový stupeň ROTOR STATOR

Schéma měření Směr toku páry

Inverzní model mezilopatkového kanálu

Výpočetní síť Software pro síťování: ANSYS Meshing – universální program schopný vytvořit většinu sítí o dostatečné kvalitě buněk Metoda tvorby: Plocha - Objem

Vstupy do numerické simulace Zjištěny na základě experimentálního měření

Zbytková rezidua a průběh výpočtu Výpočetní čas: Kanál bez disku je 15,09 hodin Kanál s diskem 15 hodin Kanál bez disku pro různé otáčky + 33 hodin

Kontury statického tlaku  Potvrzení expanze – pokles tlaku – nárůst rychlosti – nárůst měrného objemu  Expanze probíhá ve statoru, ale i v rotoru – speciální typ lopatkování se zvýšenou reakcí

Vektory absolutní a relativní rychlosti  Relativní rychlost  Naráží na profil Rozváděcí lopatky  Tečná na profil Oběhové lopatky  Vystupuje ve směru úplavů  Absolutní rychlost  Tečná k profilu Rozváděcí lopatky  Naráží na profil Oběhové lopatky  Opět se srovnává do směru proudu

Víření páry v kapsách kolem disku Pára zde příliš neteče, spíše se víří a mele To způsobuje tření, které má negativní vliv na výkon na lopatkách a na účinnost stupně Odhad třecího výkonu je nutný pro odhad účinnosti stupňů a v praxi je nutné jej určit co nejlépe Tvoří až 0,5 % výkonu stupně = 0,5 % účinnosti a o tuto chybu může být odhad účinnosti lepší nebo horší

Korekce vztahů pro výpočet třecího výkonu  Existuje celá řada vzorců 20 až 30 let staré  Obsahují konstanty „k“, které jsou již neaktuální  Všechny parametry jsou známy  Jediná neznámá je ZPŘESŇOVANÁ KONSTANTA

Hodnoty konstant při různých otáčkách rotoru  Finální numerický výpočet pro různé otáčky  Výsledkem je tabulka a následující 4 grafy

Diagram závislosti výkonu na lopatkách na otáčkách rotoru  Kontrola výpočtu s naměřenými daty

Pokud bychom neuvažovali tření páry o disk…  Výkon stupně jednotlivých variant:  P ST,bez vlivu disku = 289,3 kW  P ST,s vlivem disku = 288,4 kW  Výkon bez vlivu disku rotoru je menší kvůli vlivu tření  Třecí výkon stupně P ztr,nový = 0,8975 kW (0,31 %)  Vyhovuje maximální hodnotě pro třecí výkony což je 0,5 % výkonu stupně

Výpočtové ekonomické zhodnocení  Nominální otáčky min -1  Měrné náklady na výrobu elektřiny z uhlí 1,4 Kč / kWh  Provoz za rok je 8760 hodin (bez uvažování odstávky)  Vyčíslení výpočtových nákladů na výrobu elektřiny  Tření je třeba uvažovat, protože snižuje zisk z výroby elektřiny o Kč/rok. kWKč/hodKč/rok P ST,bez vlivu disku 289,3405, P ST,s vlivem disku 288,4403,

Ekonomické zhodnocení pro nominální otáčky  Nominální otáčky min -1  Měrné náklady na výrobu elektřiny z uhlí 1,4 Kč / kWh  Provoz za rok je 8760 hodin (bez uvažování odstávky)  P ztr,starý = 0,8899 kW  P ztr,nový = 0,8975 kW  Rozdíl mezi třecími výkony Δ P ztr = 0,0076 kW  Chyba, které se výpočtář dopustí: 0,01046 Kč / hod 91,63 Kč / rok(jeden stupeň)  Pro každý stupeň různá chyba!!!

Příklad na reálném stroji  Čtyř tělesová parní turbína  Doosan Škoda Power 660 MW  Turbína VT5 má 15 stupňů  Každý stupeň má jiný výkon  Každý stupeň má jiný třecí výkon  Odhad pro celé turbosoustrojí nelze provést, protože v každém stupni jsou jiné okrajové podmínky (tlak a teploty) VT5

Závěry diplomové práce  Nové hodnoty zkoumaných konstant.  Trend poklesu hodnot konstant vlivem nárůstu otáček rotoru.  Třecího výkon vyhovuje intervalu 0 až 0,5 % výkonu stupně.  Zajímavost výsledků diplomové práce vedla k letní brigádě pro Doosan. Byly provedeny další studie, jejichž závěrem je výzkumná zpráva.  Analýza třecích ztrát je natolik komplikovaná úloha, že je vhodné provést v budoucnu nestacionární výpočty.

Děkuji za pozornost…