تاثير زبري سطح پره روي عملكرد يك مرحله فشار پايين از توربين بخار

Effect of Blade Surface Roughness on Performance of a Low-Pressure Steam Turbine Stage

ميزان زبري سطح پره هاي توربين هاي بخار به مرور زمان افزايش يافته و اين نكته بر عملكرد آن ها تاثير منفي مي گذارد. در اين مقاله اثرات زبري سطح روي عملكرد يك مرحله از توربين بخار با جريان دوفازي به ازاي فشارهاي خروجي مختلف بررسي شده است. بدين منظور يك كد عددي براي شبيه سازي جريان دوفازي غير تعادلي در هندسه دو بعدي توربين بخار توسعه داده شده است. از روش تركيبي اي يو اس ام- ون لير براي محاسبه شارهاي غير لزج، از مدل آشفتگي اس اس تي براي محاسبه لزجت آشفته و از مدل زبري ويلكاكس براي اعمال زبري روي سطح پره توربين استفاده شده است. از نتايج آزمايشگاهي براي اعتبارسنجي اين كد عددي استفاده شده است. بر طبق نتايج بدست آمده در اين مقاله تاثير زبري سطح در كاهش بازده مراحل مادون صوت توربين بخار نسبت به مراحل مافوق صوت بيشتر است. به عنوان مثال در جريان مادون صوت به ازاي فشار خروجي 24.25 كيلو پاسكال با افزايش ميزان زبري سطح از 5 ميكرون به 800 ميكرون مقدار بازده مرحله به اندازه 15 درصد كاهش مي يابد. در حاليكه در جريان مافوق صوت به ازاي فشار خروجي 14.55 كيلو پاسكال، با اين اندازه افزايش زبري سطح، مقدار بازده مرحله به اندازه 10 درصد كاهش مي يابد.

Surface roughness of steam turbine blades is increased during operation. This point has a harmful effect on the performance of steam turbines. In this paper effects of surface roughness on performance of a steam turbine stage in two-phase flow conditions are investigated for different outlet pressures. To do so a numerical code has been developed to simulate two-phase non-equilibrium flow in 2D steam turbine geometry. An AUSM-van Leer hybrid scheme is used to calculate inviscid fluxes, the SST turbulence model for turbulence viscosity and Wilcox roughness model for implementation of roughness on the surface of turbine blade. To validate the present in-house code the experimental results of Bakhtar have been used. According to the results of the paper, effect of surface roughness variation on the performance loss in subsonic stages is more than that in supersonic outflows. For example, in subsonic outflow case (Pb= 24.25 kPa) when the roughness height increases from 5μm to 800 μm, the value of efficiency decreases by 15%. However, for supersonic outflow case (Pb= 14.55 kPa) the value of efficiency decreases by 10% for this roughness increase.