energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2023-16-1-34-40energsecurity-859Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSМетод объектно-ориентированного моделирования паротурбинных установок, учитывающий изменение КПД турбин при переменных режимах работыMethod of object-oriented modeling of steam turbine plants taking into account variations in turbine efficiency under variable operating modesГубаревА. Ю.GubarevA. Y.

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244, Главный корпус

443100 Molodogvardeyskaya str., 244, Samara

gubarev_a_y@mail.ruФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»РоссияSamara State Technical UniversityRussian Federation2023240520231613440Copyright © Губарев А.Ю., 20232023Губарев А.Ю.Gubarev A.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/859

Предложен объектно-ориентированный метод моделирования паротурбинных установок. Новизна метода в применении модели паровой турбины, учитывающей изменение внутреннего КПД при переменных режимах работы. Приведены результаты теоретического обоснования нелинейной зависимости мощности отсеков турбины от расхода протекающего через них пара, основанные на изменении внутреннего КПД ступеней при переменных режимах, описанных уравнением Стодола-Флюгеля. Предложена эмпирическая зависимость экономичности работы ступени от относительного расхода пара. Даны рекомендации по использованию эмпирической формулы при разработке моделей отсеков паровых турбин. Представлены эмпирические зависимости относительного внутреннего КПД отсеков турбины, полученные по результатам тепловых испытаний действующей турбоустановки.В качестве практической значимости исследований разработана модель паротурбинной установки (ПТУ) типа  ПТ-60-130/13 с применением объектно-ориентированного языка программирования. Даны рекомендации по описанию классов объектов в составе ПТУ. Разработанная модель ПТУ позволяет моделировать любые режимы работы в зависимости от электрической и тепловой нагрузок, а также учитывать влияние отклонения внешних факторов от номинальных значений при разработке системы поправок или оценки увеличения затрат топлива, связанных с этими отклонениями.

The article proposes an object-oriented method for modeling steam turbine plants. The novelty of the method is in the application of a steam turbine model that takes into account variations in internal efficiency under variable operating modes.The article presents the results of theoretical substantiation of nonlinear dependence of the power of the turbine compartments on the steam flow passing through them, based on the change in the internal efficiency of the stages under variable modes described by the Stodola-Flugel equation. An empirical dependence of the efficiency of the stage operation on the relative steam consumption is proposed. Recommendations on the use of empirical form in the development of models of steam turbine compartments are given. The empirical dependences of the relative internal efficiency of turbine compartments obtained from the results of thermal tests of an operating turbine unit are presented.As a factor of practical significance of the research, a model of PT-60-130/13 type steam turbine plant has been developed involving the use of an object-oriented programming language. Recommendations on the description of classes of objects within the steam turbine plant. The developed STP model enables to simulate any operating modes depending on electrical and thermal loads, as well as to take into account the influence of deviations of external factors from nominal values when developing a system of corrections or estimating an increase in fuel consumption associated with these deviations.

модель паровой турбиныпаротурбинная установкаэнергетические характеристикипеременный режим работыобъектно-ориентированное моделированиеsteam turbine modelsteam turbine plantenergy characteristicsvariable operating modeobjectoriented modelingReferencesFlexibility assessment of a modified double-reheat Rankine cycle integrating a regenerative turbine during recuperative heater shutdown processes. S. Zhang, M. Liu, Y. Ma, J. Liu & J. Yan Energy 2021: 121068. 10.1016/j.energy.2021.121068.Flexibility assessment of a modified double-reheat Rankine cycle integrating a regenerative turbine during recuperative heater shutdown processes. S. Zhang, M. Liu, Y. Ma, J. Liu & J.Yan Energy 2021:Методические указания по тепловым испытаниям паровых турбин. МУ 34-70-093-84.10.1016/j.energy.2021.121068.Flexibility enhancement versus thermal efficiency of coal-fired power units during the condensate throttling processes. K. Zhang, Y. Zhao, M. Liu, L. Gao, Y. Fu, & J. Yan Energy 2021, 218: 119534. doi.org/10.1016/j.energy.2020.119534.Guidelines for thermal testing of steam turbines. MU 34-70-09384 (In Russ.).Матричное представление модели тепловой схемы электрической станции. А. Е. Барочкин, В. П. Жуков, Е. В. Барочкин, Г. В. Ледуховский. Вестник Ивановского государственного энергетического университета 2018, 6.Flexibility enhancement versus thermal efficiency of coal-fired power units during the condensate throttling processes. K. Zhang, Y. Zhao, M. Liu, L. Gao, Y. Fu, & J. Yan Energy 2021, 218: 119534. doi.org/10.1016/j.energy.2020.119534.Методика расчета энергетических характеристик теплофикационной турбины с учетом экономичности части низкого давления. К. Н. Бубнов, А. Е. Барочкин, В. П. Жуков, Г. В. Ледуховский. Вестник Ивановского государственного энергетического университета 2020, 2.Matrix representation of the thermal circuit model of an electric power station. A. E. Barochkin, V. P. Zhukov, E. V. Barochkin, G. V. Ledukhovsky. Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University 2018, 6. (In Russ.)Татаринова Н. В., Сущих В. М. Исследование расходных и мощностных характеристик последних отсеков теплофикационных паровых турбин. Проблемы региональной энергетики 2019, 3 (44).Method of calculating the energy characteristics of a heating turbine taking into account the economy of the low pressure part. K. N. Bubnov, A. E. Barochkin, V. P. Zhukov, G. V. Ledukhovsky. Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University 2020, 2. (In Russ.)Учет эффективности отсеков проточной части турбоустановок при расчетном анализе их энергетических характеристик. К. Н. Бубнов, А. Е. Барочкин, В. П. Жуков, Г. В. Ледуховский. Вестник Ивановского государственного энергетического университета 2019, 3.Tatarinova N. V., Sushchikh V. M. Investigation of consumable and power characteristics of the last compartments of thermal steam turbines. Problems of regional energy 2019, 3 (44). (In Russ.)Gubarev A. Y., Kudinov A. A., Eremin A. V., & Ziganshina S. K. (2020, December). Application of a small deviation method in the study of the influence of external factors on gas turbine unit operation. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1683, No. 4, p. 042006). IOP Publishing. DOI 10.1088/1742-6596/1683/4/042006.Accounting for the efficiency of the flow sections of turbine units in the computational analysis of their energy characteristics. K. N. Bubnov, A. E. Barochkin, V. P. Zhukov, G. V. Ledukhovsky. Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University 2019, 3. (In Russ.) 8. Gubarev, A. Y., Kudinov, A. A., Eremin, A. V., & Ziganshina, S. K. (2020, December). Application of a small deviation method in the study of the influence of external factors on gas turbine unit operation. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1683, No. 4, p. 042006). IOP Publishing. DOI 10.1088/1742-6596/1683/4/042006.Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для вузов А. Г. Костюк, В. В. Фролов, А. Е. Булкин, А. Д. Трухний; под ред. А. Г. Костюка. М.: Издательский дом МЭИ 2016.Steam and gas turbines for power plants: textbook for universities A. G. Kostyuk, V. V. Frolov, A. E. Bulkin, A. D. Trukhny; edited by A. G. Kostyuk. M.: Publishing House of MEI 2016. (In Russ.)Трухний А. Д. Парогазовые установки электростанций: учебное пособие для вузов М.: Издательский дом МЭИ 2013: 648.Combined-cycle gas installations of power plants: a textbook for universities A. D. Trukhny. M.: Publishing House of MEI 2013: 648. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.