Разработка методики расчета паровой турбины средней мощности для АЭС с использованием CFD-кода в программном комплексе NUMECA

Современные атомные электростанции играют ключевую роль в обеспечении энергетической безопасности. Для повышения их эффективности необходимы инновационные подходы к проектированию и эксплуатации таких основных компонентов, как паровые турбины. Предложена усовершенствованная методика расчета паровой турбины средней мощности для атомной электростанции, основанная на применении инструментов численного моделирования потоков жидкости и газа. С помощью программного комплекса NUMECA и специализированных модулей FINE/Turbo, Autogrid 5 и Autoblade построена геометрическая модель проточной части паровой турбины средней мощности. По уточненной методике расчета паровой турбины проведены контрольные вычисления проточной части паровой турбины средней мощности ТК-35/38-3,4 производства Калужского турбинного завода для атомных теплоэлектроцентралей в конденсационном и теплофикационном режимах работы при оптимальном выборе модели турбулентности. Разработанную методику расчета можно применять на этапах проектирования и модернизации проточной части паровых турбин малой и средней мощности, используемых на атомных теплоэлектроцентралях. Предложенные технические решения значительно упрощают трудозатраты специалистов в области турбостроения по сравнению с таковыми при традиционных методах проектирования.
EDN: FBTSNI, https://elibrary/fbtsni

Литература

[1] Юрин В.Е., Шекера В.В. Сравнительное исследование эффективности многофункционального использования пускорезервной котельной на АЭС. Энергобезопасность и энергосбережение, 2023, № 5, с. 10–17.

[2] Li J. Performance characteristics of 1000 MW nuclear power steam turbine excitation system. In: Design and application of modern synchronous generator excitation systems. China Electric Power Press, 2019, pp. 601–637, doi: https://doi.org/10.1002/9781118841006.ch18

[3] Аракелян Э.К., Мезин С.В., Андрюшин А.В. и др. Оптимизация работы тепловых электрических станций на базе применения моторного режима. Вестник МЭИ, 2024, № 4, с. 169–187, doi: https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-4-169-187

[4] Москаленко А.В., Тюхтяев А.М., Ивановский А.А. и др. Результаты расчетно-экспериментального исследования течения влажного пара через надбандажное уплотнение ступени большой веерности. Теплоэнергетика, 2024, № 11, с. 27–37, doi: https://doi.org/10.56304/S0040363624700401

[5] Peng W., Karimi Sadaghiani O. Thermodynamic modeling and multi-objective optimization of a new system presented for reutilization of the lost heat in combined-cycle power plants. Energy Technol., 2023, vol. 11, no. 8, pp. 23–29, doi: https://doi.org/10.1002/ente.202300255

[6] G?len S. Can. Gas and steam turbine power plants. Cambridge University Press, 2023. 540 р.

[7] Andrej V. Comprehensive throughflow method for steam turbine development. University of Cambridge, 2021. 176 р.

[8] Аминов Р.З. Применение многофункциональных систем с тепловыми аккумуляторами фазового перехода как путь повышения безопасности и эффективности АЭС. Теплоэнергетика, 2022, № 8, c. 5–13, doi: https://doi.org/10.56304/S004036362208001X

[9] Попов В.В. Результаты расчетно-экспериментального исследования влияния сепарации на характеристики жидкой фазы за сопловой турбинной решеткой. Автореф. … дисс. канд. тех. наук. Москва, МЭИ, 2017. 20 с.

[10] Трохин Д.А. Разработка методики расчета проточной части цилиндра низкого давления теплофикационной турбины с использованием СFD кода в программном комплексе Numeca. Научные перспективы XXI века. Мат. Межд. (заочной) науч.-практ. конф. Нефтекамск, Мир науки, 2022, с. 34–44.

[11] Жинов А.А., Шевелев Д.В. Определение протечек пара через неисправные лабиринтные уплотнения паровой турбины. Известия МГТУ МАМИ, 2022, т. 16, № 1, с. 21–28, doi: https://doi.org/10.17816/2074-0530-104581

[12] Асеев А.А., Афанасьев А.А., Боровков Д.В. и др. Подходы к определению энергетических характеристик парциальных турбин турбонасосных агрегатов ЖРД. Насосы. Турбины. Системы, 2023, № 1, с. 34–42.

[13] Поташев А.В., Поташева Е.В. Применение квазитрехмерной модели течения в турбомашинах для расчета интегральных характеристик. Компрессорная техника и пневматика, 2023, № 2, с. 41–43.

[14] Lin J., Lu S., Zhao Z. et al. Analysis of the operational characteristics and performance comparison of steam screw pressure matcher based on twin-screw expander. Energy Sci. Eng., 2025, vol. 13, no. 2, pp. 626–642, doi: https://doi.org/10.1002/ese3.2019

[15] Лескин С.Т., Слободчук В.И., Шелегов А.С. и др. Предварительная оценка характеристик оборудования цикла Брайтона на сверхкритических параметрах СО2. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2023, № 1, c. 19–32, doi: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.02

[16] Проскурин А.Ю. Применение технологий компьютерного моделирования при решении аэродинамических задач. Международный научно-исследовательский журнал, 2022, № 6–1, c. 131–136, doi: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.120.6.019

[17] Остапюк Я.А., Новикова Ю.Д., Ткаченко А.Ю. и др. Термодинамический расчет рабочего процесса газодинамически развязанных компрессора и турбины. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2024, № 77, c. 37–46.

[18] Li J., Ying Y., Wu Z. Gas turbine gas-path fault diagnosis in power plant under transient operating condition with variable geometry compressor. Energy Sci. Eng., 2022, vol. 10, no. 9, pp. 3423–3442, doi: https://doi.org/10.1002/ese3.1229

[19] Liu Y., Jia Q., Zhou X. et al. Experimental study on the aerodynamic characteristics of blades at the last stage of a steam turbine at off-design conditions. Int. J. Aerosp. Eng., 2022, vol. 2022, art. 8785963, doi: https://doi.org/10.1155/2022/8785963