Анализ эффективности выхлопного отсека цилиндра низкого давления с разрезным диффузором в диапазоне режимов

Abstract

Разработана и исследована численная модель варианта выхлопного отсека, включающего межступенчатый канал, отбор пара перед диафрагмой последней ступени, два отсоса пара из межвенцового зазора с камерой влагоудаления, надбандажные протечки, инжекцию пара из камеры влагоудаления в канал диффузора. Представлены результаты численного исследования газодинамических и энергетических характеристик выхлопного отсека цилиндра низкого давления, включающего последнюю ступень с рабочей лопаткой длиной 1100 мм и выхлопной тракт, на частичных режимах. Течение в каждой расчетной подобласти описывается полной системой нестационарных уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу-Фавру. Турбулентные эффекты описаны на основе модели SST Ментера в ступени, и модифицированной дифференциальной модели турбулентности Спаларта-Аллмараса в тракте. Интегрирование системы уравнений Навье-Стокса и ассоциированных уравнений осуществляется с помощью авторского программного комплекса MTFS®. Расчетные подобласти аппроксимируются неструктурированными гексагональными сетками. В данных расчетах солвер использует неявную разностную TVDсхему конечных объемов 2-го порядка точности на основе решения задачи Римана на гранях элементарных объемов. Организация вычислений использует вариант алгоритма, основанного на расщеплении вычислительного процесса для многопроцессорных платформ. Модель ступени основана на осреднении потоков массы, импульса и энергии в окружном направлении. Передача параметров от ступени к патрубку и обратно осуществлялась на основе осреднения по массовому расходу. Все расчеты выполнены на основе модели влажного пара, заданного таблицами. Использовано приближение равновесной конденсации. Исследуется работа варианта выхлопного отсека для частичных режимов турбины К-220-44-2М АЭС «Ловииса». Обсуждается эффективность организации выхода избыточного пара из камеры влагоудаления через тангенциальные щели в нижней половине выпуклой оболочки диффузора.

Numerical model of exhaust compartment variant, including the interstage channel, steam extraction in front of the last stage diaphragm, two steam suctions from the interrow gap with a dehumidification chamber, over-leakage, and steam injection from the dehumidification chamber into the diffuser channel has been developed and investigated. The results of a numerical study of the gas-dynamic characteristics of the exhaust compartment of low-pressure cylinder, including the last stage with a blade length of 1100 mm and the exhaust path, for partial regimes are presented. The flow in each computational subdomain is described by the complete system of unsteady Navier-Stokes equations averaged over Reynolds-Favre. Turbulent effects are described on the basis of the SST Menter model in the stage, and the modified Spalart-Allmaras differential turbulence model in the path. The integration of the Navier-Stokes system of equations and the associated equations is carried out using an author software package MTFS®. The calculated subdomains are approximated by unstructured hexagonal grids. In these calculations, the solver used an implicit difference TVD scheme of finite volumes of the 2nd order of accuracy based on the solution of the Riemann problem on the faces of the elementary volumes. Organization of calculations used a variant of the algorithm based on splitting the computational process for multiprocessor platforms. The model of stage is based on averaging the mass, momentum and energy fluxes in the circumferential direction in the interstage gap during the passage of the rotor blade along the stator grid step. The transfer of parameters from the stage to the exhaust hood and back was carried out based on mass flow averaging. All calculations are based on the model of wet steam given by the tables. The equilibrium condensation approximation was used. The operation of exhaust compartment variants is considered for the partial regimes of the K-220-44-2M turbine of the Loviisa NPP. The effectiveness of organizing the release of excess steam from the moisture removal chamber through the tangential slots in the lower half of the convex shell of the diffuser is discussed.