Modelling of the Baumann turbine stage operation Part II. Free and kinetic vibrations

• Autorzy: Jesionek K. , Kron J. , Zakrzewski W. , Sławiński D. , Kornet S. , Ziółkowski P. , Badur J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie pracy turbinowego stopnia Baumanna, część II – drgania swobodne i wymuszone kinetycznie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper has been presented a methodology of validation a novel mathematical model dedicated to evaluation and prediction of material degradation and damage of steam turbine elements such as blades, valves, and pipes due to three mechanisms: stress-corrosion, high-temperature creep and low-cyclic fatigue. The validation concept is based on an experimental setup manufactured in the Laboratory of Faculty of Mechanical and Power Engineering, Wrocław UT. The concept of validation by comparison of measured and numerically predicted eigen-frequencies and eigen-modes of different turbine elements within laboratory conditions are presented, and mathematical models of three damage mechanisms have been described. Using the mentioned method of experimental validation based on comparisons of eigen-frequencies, we could calibrate yet unknown coefficients in the turbine damage model. A practical aim is an implementation of a novel life-time module for the BOTT (block of thermal stresses restriction) system. In particular the stress-corrosion factor will be added for the advanced numerical control system, creating in such way a universal, flexible and a complete tool for monitoring degrees of degradation, corrosion and damage of critical points in a steam turbine.

PL

Niniejszy artykuł jest kolejnym z cyklu, którego celem jest opracowanie numerycznego narzędzia badawczego opartego na CSD (Computational Solid Dynamics). Zadaniem jego byłaby weryfikacja stanu wytrzymałościowego i dynamicznego trudnodostępnych dla pomiarów urządzeń w turbinie takich jak: rurociągi pary świeżej, zawory, wirniki czy łopatki. Narzędzie obserwowałoby rozwijające się mechanizmy: korozji, pełzania wysokotemperaturowego i niskocyklicznego zmęczenia. Ostateczną walidacje modeli numerycznych z eksperymentem zaplanowano wykonać w Laboratorium Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej. W tej części cyklu artykułów pokazano m.in. walidację modelu numerycznego z pomiarami drgań, jakie wykonano na stanowisku badawczym oraz w skrócie opisano poszczególne moduły narzędzia. Po implementacji wszystkich modeli do systemu nadzorującego pracę turbozespołu o nazwie BOTT (Blok Ograniczeń Termicznych), powstanie zupełnie nowy, elastyczny i kompletny system monitorujący stopień degradowania się elementów turbozespołu o nazwie ANCS (Advance Numerical Control Systems) działający w sposób on-line.

Słowa kluczowe

EN

condensing turbine; Baumann's stage; CSD; random vibrations; forced vibration

PL

turbina kondensacyjna; stopień Baumanna; CSD; drgania swobodne; drgania wymuszone

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN ; Komitet Problemów Energetyki Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Archiwum Energetyki
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 43, nr 1/2
• Strony: 61--–74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Jesionek K.

• Wrocław University of Technology Faculty of Mechanical and Power Engineering

autor

Kron J.

• Wrocław University of Technology Faculty of Mechanical and Power Engineering

autor

Zakrzewski W.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk

autor

Sławiński D.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk

autor

Kornet S.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk
• Gdańsk University of Technology Conjoint Doctoral School at the Faculty of Mechanical Engineering

autor

Ziółkowski P.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk
• Gdańsk University of Technology Conjoint Doctoral School at the Faculty of Mechanical Engineering

autor

Badur J.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk

Bibliografia

• [1] Bielecki M., Karcz M., Radulski W., Badur J.: Thermo-mechanical coupling between the flow of steam and deformation of the valve during start-up of the 200 MW turbine. TASK Quarterly 5(2001), 125–140.
• [2] Kucharski R., Badur J.: On thermodynamically consistent stress corrosion damage model, partially based on a set of reaction-diffusion equations: Theory, numerical im-plementation, calibration on the experimental data and applications. In: Proc. 35th Solid Mechanics Conf., Cracow, 4-8 Sep., 2006, 217–219.
• [3] Badur J., Karcz M., Kucharski R., Lemański M.: Numerical modeling of degradation effects in a gas turbine silo-combustion chamber. In: Technical Economic and Environmental Aspects Combined Cycle Power Plants (Z. Domachowski Ed.). Gdańsk UT Press, Gdańsk 2005, 135–143.
• [4] Badur J., Sołodov V., Karcz M., Kucharski R.: Numerical simulation CFD/CSD interaction by steam-stage turbine by the including steam outlet in the last stage. In: Modeling and diagnostic mechanical, aerodynamic and magnetic interaction ( J. Kiciński, Ed.). Wyd. IMP PAN, Gdańsk 2005, 472–497.
• [5] Dudda W., Badur J.: Numerical simulation of degradation alloy steel in cyclic changes phase. In: Proc. Symp. of Mechanical Damage and Construction, Augustow, 23-26 May, 2001, 39–46.
• [6] Dudda W., Badur J.: Numerical simulation of elasto-plastic adaptation (shakedown) in the high temperature environment. Sci. Papers Białystok UT, 24(2001), 145–152.
• [7] Kucharski R., Badur J., Banaszkiewicz M., Ostrowski P.: Stress corrosion modeling in steam turbine blades. In: Technical Economic and Environmental Aspects Combined Cycle Power Plants (Z. Domachowski, Ed.). Gdańsk UT Press 2005, 145–153.
• [8] Kucharski R.: Modeling ductile damage of steel in aggressive environment. Task Quart. 4(2006), 417–425.
• [9] Zakrzewski W., Nastalek L., Badur J., Jesionek K., Straś K., Masłyk M.: Modeling of the Bau-mann turbine stage operation. Part 1-Flow. Archiwum Energetyki 42(2012), 175–183.
• [10] Zienkiewicz O.C.: Finite Element Method. J. Willey, London 1969.
• [11] Olszak W., Perzyna P., Sawczuk A.: Theory of Plasticity. PWN, Warsaw 1965 (in Polish).
• [12] Jesionek K.: Forecasting of flow separation for conical diffusers (of turbomachinery and flow installations). Ed. J. Badur, et. al. Wyd. IMP PAN, Gdańsk 1997, 141–146.
• [13] Kietliński K., Czerwiński P.: Retrofit of 18K370 steam turbine on the units 7-12 at Belchatów Power Plant. Archiwum Energetyki 41(2011), 77–96.