PL
EN

Prowadzone Badania

Multidyscyplinarna optymalizacja układów łopatkowych turbin

Jednym ze sposobów podnoszenia sprawności części przepływowej układów łopatkowych maszyn wirnikowych jest odpowiednie trójwymiarowe kształtowanie łopatek i kanałów łopatkowych. Pojęcie ołopatkowania przestrzennego obejmuje pewną ilość modyfikacji konstrukcyjnych, które polegają na prostym lub złożonym pochylaniu i zwijaniu łopatek, indywidualnym doborze i optymalizacji profilu wzdłuż wysokości łopatki oraz kształtowaniu ograniczeń zewnętrznych kanału. Kształtowanie przestrzenne kanałów łopatkowych jest obecnie ważnym elementem projektowania układów przepływowych turbin. Na rysunku poniżej przedstawiono koło łopatek kierowniczych typu „compound lean” stopnia części WP firmy Alstom oraz widok długiej łopatki kierowniczej typu „sweep back” i zwijanej łopatki wirnikowej stopnia wylotowego części NP pochodzących także z rozwiązań firmy Alstom. Z uwagi na dużą ilość parametrów geometrycznych kombinacji kształtów przestrzennych oraz konieczność dopasowania kątów ustawienia i liczby łopatek w celu zapewnienia parametrów projektowych układu łopatkowego takich jak reakcyjność, kąt wylotowy za stopnia, spadek entalpii, natężenie przepływu, czy moc układu, wybór konstrukcji o najwyższej sprawności winien odbywać się w sposób automatyczny z zastosowaniem metod komputerowej optymalizacji.

badania

Koło łopatek kierowniczych stopnia części WP firmy Alstom

Czytaj więcej...

Regulacja adaptacyjna turbin

Jednym ze sposobów dostosowania układów łopatkowych turbin ciepłowniczych do pracy w warunkach zmiennego obciążenia, np. w związku z kogeneracją energii elektrycznej i ciepła jest regulacja adaptacyjna. Podstawowym elementem regulacji adaptacyjnej jest stopień adaptacyjny umieszczony za upustem. Przy odprowadzeniu pary na cele ciepłownicze zmienna geometria układu łopatkowego kierownicy stopnia adaptacyjnego pozwala na redukcję masowego natężenia przepływu bez redukcji spadku ciśnienia w grupie kolejnych stopni położonych w dół przepływu od upustu. Wykorzystany zostaje pełny dostępny spadek ciśnienia, co pozwala na uniknięcie ekspansji pozałopatkowych, które poza tym, że są źródłem strat mocy turbiny wprowadzają dodatkowy element niepewności w pracy dyfuzora wylotowego.

badania   badania

badania  badania

Przykłady kierownic stopnia adaptacyjnego: łopatka z przestawną krawędzią wlotową (A), łopatka ze złożoną linią podziału (B), łopatka z obracaną krawędzią wylotową – lotką (C), obracana łopatka (D); 1 – pełne otwarcie kanału, 2 – otwarcie częściowe

Czytaj więcej...

Turbiny zasilane na części obwodu

Jednym ze sposobów regulacji turbin parowych wielkiej mocy pracujących w warunkach zmiennego obciążenia jest regulacja napełnieniowa. Para doprowadzana jest do układu łopatkowego poprzez kilka grup dysz – skrzynek dyszowych. Każda skrzynka dyszowa posiada własny zawór regulacyjny. Każdy z zaworów ma własną charakterystykę otwierania przy uruchomieniu turbiny do pełnego obciążenia, a w stanie ustalonym ma swój własny poziom otwarcia (dławienia), stosownie do żądanego obciążenia turbiny. Regulacja napełnieniowa wymaga obecności (zwykle jednego) stopnia regulacyjnego dostosowanego do zasilania na części obwodu. Za stopniem regulacyjnym następują dalsze typowe stopnie turbinowe zasilane na całym obwodzie.

a)badaniab)badania

a) Schemat doprowadzenia pary do turbiny w regulacji napełnieniowej
b) Schemat rozmieszczenia skrzynek dyszowych na obwodzie stopnia regulacyjnego

Czytaj więcej...

Badania rozruchu turbiny parowej

Przepływy w dużych turbinach parowych w stanach ustalonych uważa się za adiabatyczne. Zagadnienia sprzężonej wymiany ciepła pojawiają się np. w trakcie rozruchu turbiny od stanu zimnego i jej wygrzewania do osiągnięcia stanu ustalonego. Przy uruchomieniu turbiny ze stanu zimnego następuje wzrost temperatury elementów metalowych o kilkaset stopni. Towarzyszy temu rozszerzanie cieplne metalu. Obserwuje się przesunięcia i deformacje cieplne elementów metalowych oraz wzrost naprężeń w metalu. Zjawiska te zachodzą w innym tempie dla elementów kadłubów i dla wirnika. Inne wydłużenia elementów wirnika i kadłubów prowadzą do redukcji luzów technologicznych i zwiększają ryzyko zatarcia elementów turbiny. Częste zmiany obciążenia i duże prędkości nagrzewania elementów metalowych prowadzą do szybkiego zmęczenia cieplnego i pękania materiału. Deformacje cieplne mogą prowadzić do trwałych odkształceń elementów turbiny.

Czytaj więcej...

Bezłopatkowe turbiny Tesli

Turbina Tesli składa się z kilku (kilkunastu) cienkich tarcz zamocowanych na wale. Siłą napędową turbiny jest przepływ czynnika w przestrzeni międzytarczowej. Zasilanie ma miejsce przeważnie z kilku dysz ulokowanych dyskretnie na obwodzie, a wypływ czynnika odbywa się przez otwory w tarczy ukazane na rysunku.

badania

Wirnik wielodyskowej turbiny Tesli
[dokumentacja patentowa – Hicks Kenneth USA]

Czytaj więcej...

Kogeneracja w małej skali

Kogeneracja to jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej, które prowadzi do lepszego, niż w przypadku produkcji rozdzielonej, wykorzystania energii pierwotnej. Przykładowe liczbowe zyski z kogeneracji przedstawiono na rysunku. Jak widać, dla wytworzenia 21 jednostek energii elektrycznej i 33 jednostek ciepła w kogeneracji (przy założeniu teoretycznej sprawności całkowitej na poziomie 90%) potrzeba 60 jednostek energii pierwotnej. Natomiast do wytworzenia tej samej ilości energii końcowej przy generacji rozdzielnej potrzeba aż 97 jednostek energii pierwotnej. Kogeneracja prowadzi zatem do obniżenia kosztów wytwarzania energii końcowej, jak i przyczynia się do zmniejszenia emisji, w szczególności CO2. Możliwości produkcji energii w kogeneracji są zwykle ograniczone poprzez brak zapotrzebowania na energię cieplną.

badania

Produkcja energii elektrycznej i ciepła w trybie generacji rozdzielnej i kogeneracji.

Czytaj więcej...

Wtórne struktury wirowe w wieńcach stopni turbinowych

Przepływ przez stopień turbinowy jest bardzo złożony strukturalnie wskutek obecności w nim licznych wtórnych struktur wirowych generowanych zarówno w wieńcu kierowniczym jak i wirnikowym. Przy krawędziach natarcia łopatek kierowniczych i wirnikowych, w pobliżu ich ograniczeń wewnętrznych i zewnętrznych tworzą się wiry podkowiaste. Wewnątrz kanałów łopatkowych wiry te łączą się, częściowo lub całkowicie, z wirami kanałowymi formowanymi przez przepływ poprzeczne. Krawędzie spływu łopatek kierowniczych i wirnikowych są z kolei miejscem generacji śladów wirowych unoszonych przez przepływ główny w kierunku następnych palisad. Również oderwania przepływu, okazjonalnie obserwowane w kanałach wirnikowych mogą prowadzić do powstania dodatkowych dużych wirów o trudnych do przewidzenia kierunkach rotacji. Nieustanne wzajemne oddziaływanie pomiędzy wyżej wymienionymi strukturami czyni badanie przepływu przez stopnie turbinowe niezwykle trudnym.

Czytaj więcej...

Dynamika wirowa oddziaływania kierownica-wirnik

Jednym z najlepiej rozpoznanych niestacjonarnych zjawisk obserwowanych w wirniku stopnia turbinowego jest oddziaływanie wirnika ze śladem kierowniczym, w skrócie często określane jako oddziaływanie kierownica/wirnik (K/W). W przypadku modelu ciągłego śladu jaki jest przyjmowany w większości analiz oddziaływania K/W parametry śladu na wlocie do wirnika nie zależą od czasu i kolejne łopatki wirnikowe odcinają identyczne jego fragmenty, które następnie zachowują się w identyczny sposób w czasie przepływania przez kanał wirnikowy. Sytuacja zmienia się gdy ślad ma strukturę izolowanych aktywnych wirów. Aktywne struktury oddziałują ze sobą i ze ściankami łopatek, przez co ich trajektorie różnią się od torów generowanych wyłącznie przez prędkości unoszenia przez przepływ główny. Ponadto, nawet gdy parametry stacjonarne śladu jako całości: intensywności i odległości pomiędzy wirami pozostają stałe, to chwilowe położenia konkretnych wirów w kolejnych fragmentach śladu odcinanych przez kolejne łopatki wirnikowe będą różne (patrz: definicja przesunięcia fazowego poniżej). W konsekwencji, deformacja każdego fragmentu śladu w czasie jego ruchu przez kanał wirnikowy będzie miała inny przebieg.

Czytaj więcej...

DO GÓRY