Temperature and stress fields analysis in the P-20-9-2 steam turbine casing

Rafał Iwan

Abstract

The aim of this thesis is evaluating temperature, stress and deformation fields in the P-20-9-2 steam turbine body. The thesis was divided into two parts – the theoretical and numerical part. In the first sections heat transfer methods occurring in steam turbines have been described. Additionally, heat transfer calculation methods were examined. Second part of the thesis concerns theoretical explanations of various heat transfer methods e.g. conduction, convection and radiation. This paragraph also includes a description of thermal contact resistance and thermal stress. In the next chapter possibilities of estimating heat transfer in steam turbines on the basis of analytical and numerical methods has been shown. The three most popular numerical methods have been chosen:  Boundary Elements Method,  Finite Difference Method,  Finite Elements Method In the numerical part, the notion of steady-state heat conduction for four different cases has been considered. In the first case, temperature fields have been estimated, then the stress fields and displacement fields steaming from the temperature and pressure in accordance to the analytically derived heat transfer coefficients for appropriate faces. In the second case, a correction of the calculated heat transfer coefficients has been done for establishing more accurate results. The third case was based on evaluating the influence of the steel's thermal conductivity on the achieved results. The fourth case took into consideration the influence of decreasing heat transfer coefficients from the working fluid side on the results. The calculations have been done basing on two computer programs. UGS NX 7.5 was used to build a three-dimensional P-20-9-2 turbine body model, whereas ANSYS 14.5 was used to set up a model and run numerical calculations.
Diploma typeMaster of Science
Author Rafał Iwan WMEiL
Rafał Iwan,,
- Faculty of Power and Aeronautical Engineering
Title in PolishAnaliza pół naprężeń i temperatur w kadłubie turbiny parowej P-20-9-2
Supervisor Tomasz Wiśniewski ITC
Tomasz Wiśniewski,,
- The Institute of Heat Engineering
Certifying unitFaculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unitThe Institute of Heat Engineering (IHE)
Study subject / specializationEnergetyka (Power Engineering)
Languagepl polski
StatusFinished
Defense Date18-12-2013
Issue date (year)2013
Pages112
Internal identifierMEL-PD-002440
Reviewers Piotr Łapka ITC
Piotr Łapka,,
- The Institute of Heat Engineering
, Tomasz Wiśniewski ITC
Tomasz Wiśniewski,,
- The Institute of Heat Engineering
Keywords in PolishTurbiny parowe, wymiana ciepła, metoda elementów skończonych , pola temperatur, pola naprężeń
Keywords in Englishxxx
Abstract in PolishCelem niniejszej pracy jest wyznaczenie pól temperatur, naprężeń i odkształceń w kadłubie turbiny parowej P-20-9-2. Została ona podzielona na dwie części – część teoretyczną oraz część obliczeniową. W pierwszej części opisano procesy wymiany ciepła w turbinach parowych oraz metody obliczania wymiany ciepła. W rozdziale drugim zostały opisane od strony teoretycznej poszczególne rodzaje wymiany ciepła, tj. przewodzenie ciepła, konwekcja i promieniowanie. Rozdział ten zawiera również opis cieplnych oporów kontaktowych oraz naprężeń termicznych. W kolejnym rozdziale przedstawiono sposób obliczania wymiany ciepła w turbinach parowych z podziałem na metody analityczne i metody numeryczne. Spośród metod numerycznych zostały wybrane trzy najpopularniejsze:  Metoda Elementów Brzegowych,  Metoda Różnic Skończonych,  Metoda Elementów Skończonych. W części obliczeniowej rozpatrywano zagadnienie ustalonego przewodzenia ciepła dla czterech różnych przypadków. W pierwszym przypadku wyznaczono pola temperatur, a następnie naprężeń oraz przemieszczeń, pochodzących od temperatury i ciśnienia w oparciu o wyznaczone analitycznie współczynniki przejmowania ciepła dla poszczególnych powierzchni. W przypadku drugim dokonano korekty obliczonych współczynników przejmowania ciepła w celu uzyskania dokładniejszych wyników. Przypadek trzeci polegał na zbadaniu wpływu zmiany współczynnika przewodzenia ciepła dla staliwa i wełny mineralnej na uzyskiwane wyniki. W czwartym przypadku rozpatrzono wpływ zmniejszenia wartości współczynników przejmowania ciepła od strony czynnika roboczego na uzyskiwane wyniki. Obliczenia zostały wykonane w oparciu o dwa programy komputerowe. Program UGS NX 7.5 posłużył do zbudowania modelu trójwymiarowego kadłuba turbiny P-20-9-2, zaś w programie ANSYS 14.5 przygotowano model do obliczeń i wykonano obliczenia.
File
Praca Magisterska - Rafał Iwan.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Praca Magisterska - Rafał Iwan.pdf 5.49 MB


Back