Modeliranje toplinskih naprezanja u rotoru industrijske parne turbine

magistarski rad

• Naslov (engleski): Modeling of thermal stresses in industrial steam turbine rotor
• Autor: Krešimir Kovačić; VIAF: 305540480
• Mentor: Zvonimir Guzović (mentor)
• Član povjerenstva: Branimir Matijašević (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Zvonimir Guzović (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Damir Jelaska (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2011-12-21, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 621 - Strojarstvo. Nuklearna tehnika. Strojevi

Sažetak

U ovom je magistarskom radu analiziran rad industrijske parne turbine u promjenjivim režimima rada kroz nekoliko karakterističnih radnih točaka. U okviru rada dane su osnove provođenja topline koje su bile nužne za razumijevanje toplinskih pojava u rotoru. Također su opisane i danas najčešće metode analize. Karakteristične radne točke obuhvatile su bitne promjene protoka pare i snage turbine. Analiza toplinski-napregnutog stanja provedena je na računalu pomoću korisničkog programa baziranog na metodi konačnih elemenata (FEM, eng. finite elements methods). Da bi se mogla provesti analiza potrebno je definirati prije svega toplinske i mehaničke rubne uvjete o čijoj točnosti zavise i rezultati proračuna. Fizikalni model promatranog rotora je osnosimetrični uz tehnički opravdana pojednostavljenja samog modela, a sama analiza je provedena pomoću namjenskog programa za metodu konačnih elementa. Toplinski rubni uvjeti su određeni korištenjem korelacija za proračun prijelaza topline na pojedinim dijelovima analiziranog rotora parne turbine. Za njihov proračun je prethodno bilo potrebno izraditi termo i aerodinamički proračun nominalnog režima rada turbine kao i promjenjivih režima. Promjenjivi režimi rada popraćeni su značajnim prostornim i vremenskim promjenama. Proračun nominalnog režima rada, vanprojektnih režima i koeficijenata prijelaza topline dani su u radu. Mehanički rubni uvjeti definirani su iz dostupne dokumentacije i podataka eksploatacije parne turbine krajnjeg korisnika. Analizom dobivenih rezultata temperaturnih polja i naprezanja u rotoru procjenjena je prihvatljivost postojeće konstrukcije rotora parne turbine. Dobiveni rezultati analize o toplinsko-napregnutom stanju rotora turbine tijekom promjenjivog režima rada daju: dobru podlogu za razmatranja o načinu eksploatacije turbine s obzirom da su u pojedinim dijelovi rotora izloženi povećanim toplinskim i mehaničkim naprezanjima; informacije o mjestima pojave pukotina i ukazuju na dijelove rotora koji trebaju biti podvrgnuti prikladnim metodama kontrole bez razaranja tijekom aktivnosti povezanih s održavanjem rotora.

Sažetak (engleski)

This Master Thesis analyze transient operating conditions of industrial steam turbine in few characteristic operating points. Within this work are given basics of heat transfer which were necessary for understanding heat transfer phenomena in steam turbine rotor. Today most used methods are given and described. Characteristic operating points covers all major changes of the steam flow as well as power output of steam turbine. Analysis of heat-stress load was done using FEM, finite elements method software. Precondition for this analysis was definition of thermal and mechanical boundary conditions upon which accuracy depends final results of analysis. Physical model of subject rotor is two-dimensionally organized axisymmetric one including technically approved simplifications and using specific finite element method software for analysis. Heat transfer boundary conditions are determined by means of correlations for heat transfer on particular parts of subject steam turbine rotor. For heat transfer calculation was required to develop thermodynamic and aerodynamic calculus for design output steam turbine operating condition as well as for transient operating conditions. Transient operating conditions are followed by significant space and time dependent fluctuations. Design output steam turbine calculation together with off design transient condition is given in this Master Thesis. Mechanical boundary conditions are determined by means of end user available documentation and from real machine operating data. Analysis of obtained results of temperature field and stress in the subject rotor as a result provided validation and verification of rotor design. Heat-stress load analysis results about steam turbine rotor during transient operating condition gives: satisfactorily support for further discussion about way of operating of the steam turbine considering parts of the rotor that are exposed to increased thermal and mechanical stress; information about susceptible rotor positions for crack initiation and development that may be qualified for further non destructive testing checks during regular maintenance activities in outages.

• Ključne riječi: akcijska parna turbina; rotor; toplinska naprezanja; promjenjivi režimi rada; analiza naprezanja
• Ključne riječi (engleski): industrial steam turbine; rotor; thermal stresses; transient operating condition
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:868275
• Studijski program: Naziv: sveučilišni poslijediplomski znanstveni studij strojarstva; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski znanstveni (magistarski); Akademski / stručni naziv: magistar znanosti (mr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2021-02-08 13:36:55