Badania współczynnika przewodzenia ciepła izolacji kadłuba turbiny oraz analiza jego wpływu na pola temperatury i naprężeń

• Autorzy: Wiśniewski T. , Łapka P. , Miścicki M. , Seredyński M. , Furmański P.

Warianty tytułu

EN

Investigation of thermal conductivity of steam turbine insulation and analysis of its influenec on temperature and stress fields in the turbine body

• Konferencja: 8 Konferencja. Problemy Badawcze Energetyki Cieplnej. PBEC/sympozjum (VIII ; 11-14.12.2007 ; Warszawa, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań współczynnika przewodzenia ciepła wełny mineralnej zastosowanej do izolacji kadłuba WP turbiny parowej. Przeprowadzono również obliczenia numeryczne pól temperatury kadłuba i izolacji oraz pola naprężeń i wartości wydłużeń kadłuba WP turbiny parowej o mocy 25 MW, badając wpływ zmiany współczynnika przewodzenia ciepła na te pola. Pomiary współczynnika przewodzenia ciepła prowadzono przy użyciu układu pomiarowego skonstruowanego w Zakładzie Termodynamiki Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej, będącym implementacją jednopłytowego aparatu Poensgena. Specjalna konstrukcja układu pozwala na pomiar przy zadanej zawartości wilgoci w próbce. Przeprowadzono badania współczynnika przewodzenia ciepła w funkcji objętościowej zawartości wilgoci w izolacji; od O do 10%. Współczynnik całkowicie suchej badanej izolacji (o średniej gęstości 216 kg/m3) wynosił lambda20 =0,072 W/(m-K). Obecność wilgoci - w postaci ciekłej - znacznie pogorszyła właściwości izolacyjne badanej wełny mineralnej (w temperaturze 20°C) - do ponad 0,11 W/(m-K) - przy udziale objętościowym wody 10%. Przeprowadzono analizę zmian współczynnika przewodzenia ciepła izolacji kadłuba turbiny podczas jej rozruchu. W średniej temperaturze pracy izolacji równej 230°C współczynnik przewodzenia ciepła wełny o gęstości 100 kg/m3 wynosi 0,071 W/(m-K), natomiast współczynnik przewodzenia ciepła wełny o gęstości 216 kg/m3 wynosi 0,121 W/(m-K). Obecność pary wodnej zamiast powietrza nieznacznie zmniejsza współczynnik przewodzenia ciepła badanej izolacji. Obecność fazy ciekłej wyraźnie zwiększa współczynnik przewodzenia ciepła izolacji, ale ma to mieć miejsce sporadycznie w stanach awaryjnych. Istotny wpływ na współczynnik przewodzenia ciepła izolacji ma jej gęstość. Stosowanie granulatu wełny mineralnej może powodować w praktyce znaczne zwiększenie jej gęstości w stosunku do wartości projektowanej i istotny wzrost współczynnika przewodzenia ciepła.

EN

The results of nwestigations of thermal conductivity of steam turbine insulation are presented. The conductivity of mineral wool samples (density 216 kg/m3), with volumetric water contents increased from 0 to 10%, was measured in special experimental stand. It was found, that the conductivity increased from lambda20 = 0,072 W/(m-K) to lambda20 = 0,11 W/(m-K). Thermal conductivity of the insulation at 230°C, i.e. average temperature of the insulation during operation of the turbine was calculated as lambda230= 0,07 W/(m-K) for density 100 kg/m3 and lambda230= 0,12 W/(m-K) for density 216 kg/m3. Presence of steam in the mineral wool - instead of air - slightly decreases thermal conductivity. Numerical analysis of the influence of thermal conductivity of insulation on temperature, stress and displacement fields in the 25 MW steam turbine body are presented. FLUENT and ANSYS codes were used for calculations. It was found that increase in thermal conductivity of insulation (from 0,07 to 0,12 W/(m-K)) does not affect displacement and stress field. Temperature of external surface of insulation increases by 8°C.

Słowa kluczowe

PL

turbiny parowe; izolacje cieplne; przewodzenie ciepła; współczynnik przewodzenia ciepła

EN

steam turbines; thermal conductivity; heat conduction coefficient

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Konferencje
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 2, z. 25
• Strony: 679--686
• Opis fizyczny: Bibliogr. 2 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wiśniewski T.

autor

Łapka P.

autor

Miścicki M.

autor

Seredyński M.

autor

Furmański P.

• Instytut Techniki Cieplnej, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej, 00-665 Warszawa, ul. Nowowiejska 21/25

Bibliografia

• 1. Seredyński M., Łapka P., Mościcki M., Wiśniewski T.S.: "Analiza numeryczna pól temperatury i naprężeń w kadłubie turbiny parowej". VIII Konferencja "Problemy Badawcze Energetyki Cieplnej". Warszawa, 2007.
• 2. Furmański P., Wiśniewski T.S., Banaszek J.: "Izolacje cieplne. Mechanizmy wymiany ciepła, właściwości cieplne i ich pomiary. ITC PW, Warszawa, 2006.