The experimental study of diffuser geometry for low pressure exhaust casing of steam turbine
Title Alternative:Experimentální zkouška geometrie difuzoru pro nízkotlakové výfukové pláště parní turbíny
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Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Technická univerzita v Liberci, Česká republika
Abstract
Výkon posledního stupně LP části parní turbíny je silně ovlivněn efektivitou spodního výfukového pláště. Otáčení 90° v relativně krátké axiální vzdálenosti je hlavní příčinou ztrát a konstrukce difuzoru s nízkou ztrátou stále zůstává výzvou pro strojní inženýry. V tomto článku byly publikovány výsledky studií několika konstrukcí difuzoru výfukových plynů parodontu ŠKODA. Několik experimentálních měření bylo provedeno ve speciálním sektorovém modelu vzduchotechniky. Toto jedinečné zkušební zařízení umožňuje vizuální pozorování průtoku metodou Schlieren a vyhodnocení ztrátového koeficientu statického tlaku v difuzoru. Testovací zařízení umožňuje dosažení velmi vysokých (nadzvukových) rychlostí. Rozsah pozorovaných rychlostí byl od 30 do 360 m/s. Experimentální data z těchto měření jsou velmi užitečná, aby bylo možné předvídat ztráty výfukových plášťů během reálné činnosti parní turbíny v neupravených stavech. Bylo popsáno chování jednotlivých návrhů difuzoru.
Die Leistung der letzten Stufe des LP-Teils der Dampfturbine wird stark von der Effektivität des unteren Auspuffmantels beeinflusst. Eine Drehung um 90° in relativ kurzer Axialentfernung ist der Hauptgrund der Verluste und die Konstruktion eines Diffusors mit niedrigem Verlust bleibt weiterhin eine Herausforderung für die Maschinenbauingenieure. In diesem Artikel werden die Ergebnisse der Studien einiger Konstruktionen des Diffusors von Auspuffgasen des Parodonts ŠKODA publiziert. Es wurden einige experimentelle Messungen in einem speziellen Sektorenmodell der Lufttechnik durchgeführt. Diese einzigartige Versuchseinrichtung ermöglicht ein visuelles Beobachten der Durchflussmenge mit der Schlieren-Methode und eine Auswertung des Verlustkoeffizienten des statischen Drucks im Diffusor. Die Testeinrichtung ermöglicht das Erreichen sehr hoher Geschwindigkeiten (Überschallgeschwindigkeit). Der Umfang der beobachteten Geschwindigkeiten betrug zwischen 30 und 360 m/s. Die aus dieser Messung hervorgegangenen experimentellen Daten sind sehr nützlich dazu, die Verluste der Auspuffummantelungen während der realen Tätigkeit der Dampfturbine in ungeregelten Zuständen voraussagen zu können. Es wird das Verhalten der einzelnen Entwürfe des Diffusors beschrieben.
The performance of the last stage of the LP part of a steam turbine is strongly influenced by the effectivity of the downstream exhaust casing. The 90° turning of the flow in a relatively short axial distance is a major cause of losses and the design of low-loss diffuser still remains a challenge for mechanical engineers. In this paper, results of studies on a several steam turbine exhaust diffuser designs of SKODA have been reported. Several experimental measurements were carried out in the special sector model air test rig. This unique test rig allows visual observation of the flow by the Schlieren method and evaluating the loss coefficient of static pressure in the diffuser. The test rig allows achieving very high (supersonic) speeds. The range of observed velocities was from 30 to 360 m/s. The experimental data from these measurements are very useful to be able to predict the exhaust casing losses during the real operation of steam turbine in non-designed states. The behaviour of individual diffuser designs has been discussed.
Na wydajność ostatniego stopnia niskoprężnej części turbiny parowej w dużym stopniu wpływa skuteczność dolnej obudowy wylotowej. Obroty 90° przy stosunkowo małej odległości osiowej stanowią podstawową przyczynę strat a konstrukcja dyfuzora o niskich stratach pozostaje wciąż wyzwaniem dla inżynierów maszyn. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań obejmujących kilka konstrukcji dyfuzora wylotowego w turbinach marki SKODA. Kilka eksperymentalnych pomiarów przeprowadzono w specjalnym modelu sektorowym systemu wentylacyjnego. To wyjątkowe urządzenie testowe umożliwia wizualną obserwację przepływów przy wykorzystaniu metody Schlierena oraz ocenę współczynnika strat ciśnienia statycznego w dyfuzorze. Urządzenie testowe pozwala na osiągnięcie bardzo dużych (naddźwiękowych) prędkości. Zakres obserwowanych prędkości wynosił od 30 do 360 m/s. Dane eksperymentalne z tych pomiarów są bardzo przydatne do prognozowania strat w obudowach wylotowych w trakcie realnej pracy turbiny parowej także o innej konstrukcji. Opisano także zachowania poszczególnych konstrukcji dyfuzora.
Die Leistung der letzten Stufe des LP-Teils der Dampfturbine wird stark von der Effektivität des unteren Auspuffmantels beeinflusst. Eine Drehung um 90° in relativ kurzer Axialentfernung ist der Hauptgrund der Verluste und die Konstruktion eines Diffusors mit niedrigem Verlust bleibt weiterhin eine Herausforderung für die Maschinenbauingenieure. In diesem Artikel werden die Ergebnisse der Studien einiger Konstruktionen des Diffusors von Auspuffgasen des Parodonts ŠKODA publiziert. Es wurden einige experimentelle Messungen in einem speziellen Sektorenmodell der Lufttechnik durchgeführt. Diese einzigartige Versuchseinrichtung ermöglicht ein visuelles Beobachten der Durchflussmenge mit der Schlieren-Methode und eine Auswertung des Verlustkoeffizienten des statischen Drucks im Diffusor. Die Testeinrichtung ermöglicht das Erreichen sehr hoher Geschwindigkeiten (Überschallgeschwindigkeit). Der Umfang der beobachteten Geschwindigkeiten betrug zwischen 30 und 360 m/s. Die aus dieser Messung hervorgegangenen experimentellen Daten sind sehr nützlich dazu, die Verluste der Auspuffummantelungen während der realen Tätigkeit der Dampfturbine in ungeregelten Zuständen voraussagen zu können. Es wird das Verhalten der einzelnen Entwürfe des Diffusors beschrieben.
The performance of the last stage of the LP part of a steam turbine is strongly influenced by the effectivity of the downstream exhaust casing. The 90° turning of the flow in a relatively short axial distance is a major cause of losses and the design of low-loss diffuser still remains a challenge for mechanical engineers. In this paper, results of studies on a several steam turbine exhaust diffuser designs of SKODA have been reported. Several experimental measurements were carried out in the special sector model air test rig. This unique test rig allows visual observation of the flow by the Schlieren method and evaluating the loss coefficient of static pressure in the diffuser. The test rig allows achieving very high (supersonic) speeds. The range of observed velocities was from 30 to 360 m/s. The experimental data from these measurements are very useful to be able to predict the exhaust casing losses during the real operation of steam turbine in non-designed states. The behaviour of individual diffuser designs has been discussed.
Na wydajność ostatniego stopnia niskoprężnej części turbiny parowej w dużym stopniu wpływa skuteczność dolnej obudowy wylotowej. Obroty 90° przy stosunkowo małej odległości osiowej stanowią podstawową przyczynę strat a konstrukcja dyfuzora o niskich stratach pozostaje wciąż wyzwaniem dla inżynierów maszyn. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań obejmujących kilka konstrukcji dyfuzora wylotowego w turbinach marki SKODA. Kilka eksperymentalnych pomiarów przeprowadzono w specjalnym modelu sektorowym systemu wentylacyjnego. To wyjątkowe urządzenie testowe umożliwia wizualną obserwację przepływów przy wykorzystaniu metody Schlierena oraz ocenę współczynnika strat ciśnienia statycznego w dyfuzorze. Urządzenie testowe pozwala na osiągnięcie bardzo dużych (naddźwiękowych) prędkości. Zakres obserwowanych prędkości wynosił od 30 do 360 m/s. Dane eksperymentalne z tych pomiarów są bardzo przydatne do prognozowania strat w obudowach wylotowych w trakcie realnej pracy turbiny parowej także o innej konstrukcji. Opisano także zachowania poszczególnych konstrukcji dyfuzora.
Description
Subject(s)
diffuser, steam turbine, exhaust casing, pressure loss
Citation
ISSN
1803-9782