Development of Models Enabling Research of Effect of Temperature Stratification across Flanges of Cylinder Casing on Operation of Thermal Expansion System of Steam Turbine

Сосновский Андрей Юрьевич, канд. техн. наук, ЗАО «Инженерный центр «Уралтехэнерго», г. Екатеринбург; [email protected]. Мурманский Борис Ефимович, д-р техн. наук, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург; [email protected]. Целищев Максим Фёдорович, канд. техн. наук, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург; [email protected]. A.Yu. Sosnovskiy1, [email protected], B.E. Murmanskiy2, [email protected], M.F. Tselishchev2, [email protected], Yu.M. Brodov2, [email protected] 1 CJSC “Engineers center ‘Uraltekhenergo’”, Ekaterinburg, Russian Federation, 2 Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Russian Federation Бродов Юрий Миронович, д-р техн. наук, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург; [email protected].Предложена обобщённая схема взаимодействия произвольного цилиндра паровой турбины, соответствующего корпуса подшипника и фундамента турбоагрегата (продольных шпонок). На основе схемы разработана упрощенная аналитическая модель, использующая методы теоретической механики и сопротивления материалов, позволяющая определить величину силы трения возникающей на продольных шпонках при разности температур фланца горизонтального разъёма цилиндра турбины слева и справа (температурном перекосе). Для проверки принятых в аналитической модели допущений была разработана модель взаимодействия цилиндра, корпуса подшипника и продольных шпонок на основе метода конечных элементов. По результатам сравнительных расчётов по обеим моделям показано, что величины сил трения, возникающих в паре «продольная шпонка – корпус подшипника» при наличии температурного перекоса на фланцах горизонтального разъёма цилиндра высокого давления турбины, для реально встречающегося в эксплуатации диапазона температурного перекоса, практически совпадают. Аналитическая модель даёт несколько завышенные результаты. Результаты моделирования могут использоваться для оценки величин сил трения, возникающих на продольных шпонках переднего корпуса подшипника при температурном перекосе на фланцах сопряжённого с ним цилиндра высокого давления паровой турбины. Предложенные модели позволяют при проектировании многоцилиндровых паровых турбин принимать обоснованные решения при назначении зазоров в паре «продольная шпонка – корпус подшипника». The authors propose a generalized scheme of interaction between some steam turbine cylinder, a corresponding bearing pedestal and a turbine unit base (feather tongues). Based on this scheme, a simplified analytical model has been developed with methods of theoretical mechanics and strength of materials. It enables determination of the value of friction force applied at the feather tongues at the temperature difference between the left and right flanges of turbine case horizontal joint (temperature stratification).To verify assumptions of the analytical model, the authors have developed a model of interaction between the cylinder, bearing pedestal and feather tongues based on the finite element method.Comparative calculations considering both models have proved that the values of friction forces at the feather tongues – bearing pedestal couple with the temperature stratification at flanges of the horizontal joint of the turbine high-pressure cylinder are almost the same for an actual operational range of temperature stratification. An analytical model provides with somewhat overestimated results. The modeling results may be used for evaluation of friction forces at feather tongues of a front bearing pedestal under conditions of temperature stratification across the flanges of the conjugated high-pressure cylinder of the steam turbine. With the models proposed, designers of multi-cylinder steam turbines can make justified decisions when specifying the gap values for the feather tongues – bearing pedestal couple