ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Расчетно-экспериментальное исследование теплового и термонапряженного состояния ЦВД и ЦСД турбины из "Исследование мощных паровых турбин на электростанциях " Трудность непосредственного контроля теплового и термонапряженного состояния роторов в условиях эксплуатации паровых турбин делает исключительно важным звеном в процессе разработки режимов пуска и разгружения расчетные исследования их температурного и термонапряженного состояния. При этом прежде всего необходимо получить данные о тепловом состоянии элементов ЦВД и ЦСД в процессе остывания, так как начальное температурное состояние ротора наряду с температурным полем корпуса определяет выбор толчковых параметров пара и темпа нагружения турбины. Температурное состояние роторов имеет особенно важное значение. Если для статорных деталей приближенная оценка термонапряженного состояния может быть проведена на базе накопленного обширного экспериментального материала, в том числе и при режимах остывания, то для роторов такие данные практически отсутствуют. [c.147] С другой стороны, выполненные в последнее время на заводах и электростанциях мероприятия, направленные на повышение маневренности турбин (такие, как введение систем обогрева фланцев и шпилек, усовершенствование конструкции термоизоляции, экранирование корпусов и т.д.), существенно улучшили термонапряженное состояние корпусов и в настоящее время маневренные качества турбины в большей степени определяются соображениями работоспособности роторов. Кроме того, с ростом мощности уровень напряжений в роторах, определяемый вращением, увеличивается, так как растут их диаметры. В то же время характерные размеры корпусов (толщины стенок), определяемые давлением пара, остаются практически неизменными, так как уровень напряжений в корпусах изменяется незначительно. [c.147] СОСТОЯНИЯ основных узлов турбин мощностью 100-300 МВт. при этом большое внимание было уделено определению температурных полей роторов и корпусов турбин при их остывании, исследованию главных факторов, определяющих темп остывания, влиянию конструктивных особенностей, типа и мощности турбины и т.д. Выполненные исследования показали (рис. 5.19), что для турбин мощностью 200-300 МВт максимальный темп остывания роторов и корпусов примерно одинаковый - для корпусов, изолированных методом набрызга, величина т= 0,006- -0,1 1/ч, а для роторов т = = 0,008 - 0,11 1/ч. Низкие значения т относятся к-зонам с интенсивными осевыми перетечками теплоты от более горячих участков. [c.148] Приведенные данные показывают, что для каждой новой турбины соотношение темпа остывания ротора и корпуса разное, и поэтому выработанные в процессе наладки и эксплуатации практические навыки для одного типа турбин, вообще говоря, нельзя переносить на другие машины, отличные по конструкции или значительно большие по мощности. [c.149] Резко возрастает темп остывания корпусов и роторов в районе паровпуска в тех случаях, когда пар в цилиндр подводится не в средней части, а вблизи концевых уплотнений (см. ЦСД К-300-240, табл. 5.3). [c.149] Важно отметить еще один фактор, установленный нами при исследовании процессов остывания турбин. При продолжительных остановах (более 8 ч) области максимальной температуры в роторах и корпусах могут существенно смещаться вдоль оси [20]. Это относится главным образом к однопоточным цилиндрам. В частности, в ЦСД турбин К-300-240, как показали исследования, зона максимальной температуры на номинальном режиме расположена в районе между думмисом и первым диском и после 8 ч остывания смещается в район первого диска, после 24 ч - в район второго диска, а после 55 ч - в район четвертого диска. Отмеченное обстоятельство значительно усложняет режимы последующих пусков, и в частности выбор толчковых параметров, так как трудно обеспечивать по всей длине проточной части допустимую разность температур пар - металл . [c.149] Одной ИЗ серьезных проблем, связанных с обеспечением прочности роторов при пусках, является хладноломкость. Если суммарные напряжения превышают 0,7 о, при температуре металла ниже порога хладноломкости, может произойти практически мгновенное хрупкое разрушение [120]. [c.151] Эти мероприятия реализуются на всех турбинах мощностью 300 МВт и выше и включены в типовые инструкции по обслуживанию этих машин. Второе мероприятие, позволяющее существенно ускорить время пуска, в настоящее время реализуется на ЛМЗ. Некоторые данные, характеризующие температурное состояние РСД турбины К-300-240 при прогреве турбины на частичных оборотах и при подводе горячего пара в переднее уплотнение, приведены на рис. 5.20. Анализ этих данных показывает, что прогрев на частичных обортах должен продолжаться около 60-70 мин при температуре пара 300°С. При этом число оборотов не должно превышать 1400-1800 об/мин, гак как в противном случае с подачей пара в турбину могут возникнуть опасные термические напряжения в первых дисках ротора и думмисе. [c.152] Прогрев ротора ЦСД на валоповороте за счет подвода горячего пара в концевые уплотнения представляется более безопасным. Хотя необходимое время прогрева в этом случае больше (около 4 ч), этот прогрев при холодных пусках может проводиться с начала растопки котла и поэтому практически не вызовет увеличения времени пуска турбины. [c.152] Первое направление в настоящее время практически не развивается, так как прогресс в области создания новых высокопрочных и жаростойких сталей, которые было бы экономически целесообразно применять в паротурбостроении, крайне незначителен. Второе направление более реально, однако оно связано с определенным удорожанием производства турбин. Поэтому основным направлением в настоящее время и в ближайшем будущем нам представляется введение систем охлаждения роторов на наиболее напряженных участках. [c.152] Одним из первых рассмотренных вариантов был проект введения в центральное отверстие РВД и РСД специального устройства, обеспечивающего охлаждение (или обогрев) внутренней поверхности ротора на наиболее нагруженных участках [121]. [c.153] Устройство, показанное на рис. 5.21, состоит из концентрически расположенных оболочек (труб) с центрирующими, фиксирующими осевое положение и уплотняющими (подвижными и неподвижными) элементами и системой отверстий для образования направленных токов, а также дренажа. Оно вставляется в центральное отверстие ротора, в котором в зоне уплотнений (или проточной части) и наименьших крутящих моментов предусмотрены каналы для подвода и отвода охлаждающей среды к охлаждаемым поверхностям. При этом система находится псд сравнительно малым избыточным давлением, ее работа может контролироваться и угфавляцйя по показаниям приборов (давление, температура, расход и т.п.) на подводе и отводе охлаждающей среды. [c.154] Как видно из приведенных данных, охлаждение расточки ротора до 435-470° приводит к существенному повышению прочности ротора, в частности запаса по длительной прочности, так что определяющие критерии прочности находятся в пределах нормы даже при температуре промперегрева = 565°С. При этом, как показывают расчеты, экономичность установки в целом повышается на 0,5-1%. Если же темпера-туру оставить на уровне 540°С, то можно увеличить срок службы ротора до 200 тыс. ч и выше, что также дает большой эффект. [c.155] Наряду с описанной выше системой охлаждения были рассмотрены и другие, основанные на использовании известных конструктивных решений и изобретений. В частности, весьма подробно вопросы введения систем охлаждения были проанализированы при расчетном анализе теплового состояния ротора ЦСД турбины К-300-240 Л М3 [20, 122]. При этом был рассмотрен ряд конструктивных вариантов, обеспечивающих интенсивное охлаждение наиболее нагретых участков РСД - района думмиса, а также дисков первых ступеней, и вариантов, основанных на использовании литературных и патентных источников. [c.155] Принципиальные схемы рассмотренных вариантов системы охлаждения РСД приведены на рис. 5.22. Во всех случаях охлаждающий пар подводится в полость А между думмисом и первым диском либо через отверстия 1 в стенке цилиндра, либо через камеру первого отсоса, которая в этом случае отключается от системы регенерации. [c.155] Охлаждение дисков первых ступеней может производиться либо за счет протечек охлаждающего пара через разгрузочные отверстия дисков и диафрагменные уплотнения, либо за счет дополнительного подвода охлаждающего пара к дискам через направляющие лопатки и отверстия в диафрагмах или с помощью устройства, смонтированного в центральной расточке ротора, и радиального сверления. [c.156] Как показали расчеты термонапряженного состояния, температуру охлаждающего пара целесообразно иметь на уровне 400-450 С, что может быть обеспечено или путем отбора пара из междуцилиндрового пространства, камеры отбора за 9-й ступенью ЦВД, или смешением потоков пара из холодной и горячей ниток промперегрева. Преимуществом такой системы является равномерное охлаждение всего объема ротора в центральной зоне паровпуска до температур, при которых ползучесть материала ротора практически не наблюдается. Соответственно резко снижается и вероятность тепловых прогибов роторов [20,122]. [c.156] В настоящее время проводится опытная эксплуатация таких систем на ряде турбин К-300-240 ЛМЗ. [c.156] В процессе комплексных испытаний головного образца турбины К-800-240-3 проводились расчетно-экспериментальные исследования, направленные на уточнение фактического температурного состояния ее основных элементов с целью изучения возможностей повышения маневренных характеристик, показателей надежности и долговечности. [c.157] Ввиду трудности подробного экспериментального исследования температур и напряжений в роторах для их определения был принят экспериментально-расчетный метод. В соответствии с этим методом экспериментальная часть работы включала в себя измерение с помо1цью специальных устройств температуры пара, омывающего ротор, на отдельных его участках при различных режимах работы турбины, а также измерения температуры металла ротора на внутренней расточке при вращении его на валоповороте в период остывания с целью уточнения исходных условий для режимов пуска. Отказ от измерения температур поверхностей роторов позволил применить упрощенную схему токосъема, не требующую переделки в системе регулирования. Для оценки как температуры пара, омывающего ротор, так и температуры ротора использовались термопары, установленные на датчиках радиальных зазоров в непосредственной близости от ротора перед 7-й ступенью ЦВД и в зоне паровпуска ЦСД. Кроме того, в качестве измерительных устройств для контроля температур пара в проточной части и в районе диафрагменных уплотнений использовались специальные гребенки термопар и термопары, установленные в различных полостях турбины. [c.157] Вернуться к основной статье