Разработка и исследование способа снижения концевых потерь для осевых углекислотных турбин

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности оборудования тепловых электрических станций за счет возможного внедрения кислородно-топливных энергетических комплексов, рабочим телом которых является диоксид углерода при сверхкритических параметрах. Цель: оценка влияния модификации геометрии профиля лопаток углекислотных турбин на концевые потери в межлопаточных каналах. Объект: сопловой аппарат первой ступени углекислотной турбины, работающей по циклу Аллама. Методы. Для проведения исследований и моделирования течения теплового потока в межлопаточных каналах углекислотной высокотемпературной турбины термодинамические параметры цикла Аллама и геометрические характеристики первой ступени были предварительно рассчитаны и получены из ранее проведенных исследований. Численное моделирование течения в межлопаточных каналах проводилось в программном комплексе ANSYS. Сетка строилась в сеточном генераторе ANSYS Meshing. Моделирование выполнялось в модуле ANSYS Fluent. Рабочим телом был задан диоксид углерода из библиотеки Fluent с внесением изменений в термодинамические свойства среды в соответствии с рассматриваемыми параметрами. Результаты. Определено, что при использовании оребрения в межлопаточном канале за счет образования перетоков снижается интенсивность вихреобразования, что также уменьшает энергию диссипации на поверхности стенок. Также установлено, что при модификации ребер их следует изготавливать с переменным уменьшающимся сечением, поскольку использование такого профиля позволит исключить влияние кромочного следа от использования ребра в канале. Использование ребра с уменьшающейся высотой (около 1 мм) и длинной в половину канала позволило снизить долю концевых потерь в межлопаточных каналах углекислотной высокотемпературной турбины в среднем на 37,5 %

Relevance. The need to reduce emissions into the atmosphere and increase the efficiency of the equipment of thermal power plants, due to the possible introduction of oxygen-fuel energy complexes, the working medium of which is carbon dioxide at supercritical parameters. Aim. Evaluation of the effect of modification of the profile geometry of the blades of carbon dioxide turbines on the end losses in the inter-blade channels. Object. Nozzle unit of the first stage of a carbon dioxide turbine operating on the Alam cycle. Methods. To research and modeling the heat flow in the interblade channels of a high-temperature carbon dioxide turbine, the thermodynamic cycle parameters of Alamah and geometric characteristics of the first stage were preliminarily calculated and obtained from previous works. Numerical simulation of the flow in the interblade channels was carried out in the software package ANSYS. The grid was built in the ANSYS Meshing grid generator. Simulation was carried out in the ANSYS Fluent module. Carbon dioxide was used as a working fluid from the Fluent library with a change in the thermodynamic properties of the environment in accordance with the considered parameters. Results. The authors have determined that when using ribbing in the interblade channel due to the formation of overflows, the intensity of vortex formation is reduced. This reduces as well the energy dissipation on the surface of the walls. It was established that at modification the ribs should be made with a variable decreasing cross section, since the use of such a profile will eliminate the influence of the edge trace from the use of the rib in the channel. The use of a rib with a decreasing height (about 1 mm) and a length equal to half of the channel allowed to reduce the share of end losses in the interblade channels of a carbon dioxide high-temperature turbine by an average of 37.5%