В умовах діючих теплових турбоустановок встановлено факт утворення електричних зарядів у потоці з вологою парою. Проаналізовано вплив електростатичних явищ на ефективність та надійність роботи парової турбіни. Запропоновано спосіб інтенсифікації тепломасообмінних процесів, підвищення потужності та ККД паротурбоагрегатів.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.234.120.62 + З363.2-082

Рубрики:

Парові турбіни

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено комплексний підхід до продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання електростанцій. Досліджено залишковий ресурс високотемпературних елементів парових турбін потужністю 200 МВт. На підставі запропонованих математичних моделей теплового, напружено-деформованого стану та малоциклової втомленості елементів корпусів циліндрів високого та середнього тиску (ЦВТ і ЦСТ) парових турбін потужністю 200 МВт з урахуванням ремонтно-поновлюваних змін впродовж всього терміну експлуатації, а також експериментально визначених коефіцієнтів запасу міцності металу роторів і корпусів турбіни К-200-130-1,3 ЛМЗ одержано дані щодо продовження терміну експлуатації. Розроблено концепцію автоматизованої системи технічного діагностування й інформативної підтримки експлуатації та керування ресурсом енергоблоків для продовження залишкового ресурсу енергетичного обладнання, що вичерпало парковий ресурс. Встановлено реальну можливість продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання за результатами проведення числових і експриментальних досліджень. Розраховано припустиму кількість пусків, сумарну пошкодженість і залишковий термін експлуатації роторів, корпусів і клапанів ЦВТ і ЦСТ парових турбін К-200-130-1, 3 ст. N3 - 9 Кураховська ТЕС та ст. N 13 - 15 Луганська ТЕС.

Рассмотрена проблема учета индивидуальных особенностей двигателей при мониторинге выработки ресурса газотурбинных приводов наземного оборудования. Одним из параметров, определяющих температурное состояние деталей турбины, является значение коэффициента теплоотдачи в текущих условиях на входе в рабочее колесо. Его значение зависит от скоростей газа (в относительном и абсолютном движении). Для определения значения скоростей по известным значениям измеряемых параметров предложено восемь моделей, основанных на уравнениях рабочего процесса двигателя. Присутствующие в этих уравнениях значения неизмеряемых параметров предложено связать с параметрами, определяющими режим работы, регрессионными соотношениями. Для получения этих соотношений, выбора наилучшей из рассмотренных моделей и ее верификации использована поузловая термогазодинамическая модель рабочего процесса. Дополнительные исследования выполнены для обеспечения устойчивости модели скоростей к изменению технического состояния проточной части и условий работы двигателя. Рассмотрено десять возможных дефектов. В результате обоснован выбор наилучшей модели для определения скоростей.

Рассмотрены вопросы обеспечения надежной и безопасной эксплуатации оборудования теплоэлектростанций. Приведен перечень потенциальных неисправностей паровых турбин и генераторов. Определена интенсивность основных виброакустических источников турбогенератора К200-130, при различных режимах его работы и состояниях. Предложены рекомендации по совершенствованию системы оценки состояния паровой турбины.

На основе математического моделирования нестационарных колебаний одномассового ротора вследствие внезапной разбалансировки с задеванием ротора о статор рассмотрено развитие явления обката. Изменение основных параметров обката ротора по статору показано во времени. Дана характеристика позиционных сил (в форме коэффициентов жесткости обката), ответственных за возбуждение и поддержание асинхронного обката, развитие которого способно привести к опасным последствиям, вплоть до разрушения турбоагрегата.

Рассмотрено обоснование технологических условий получения с помощью метода атомно-ионного распыления материала (АИР) тонкого хромового вакуумного покрытия для защиты от эрозии входных кромок рабочих лопаток последних ступеней энергетических турбин. Теоретически определены основные характеристики предложенного противоэрозионного покрытия, которые были апробированы экспериментально на кавитационном стенде. Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод об обоснованности выбора параметров хромового вакуумного противоэрозионного покрытия, нанесенного с помощью метода АИР, как эффективного способа пассивной защиты рабочих лопаток от эрозии.

Приведено научное обоснование и разработка комплексного подхода к продлению срока эксплуатации энергетического оборудования с использованием малозатратных технологий модернизации и управления остаточным ресурсом. Впервые на основе экспериментальных исследований образцов металла высокотемпературных элементов паровых турбин, изменения геометрии их в ремонтных кампаниях, а также технического аудита оборудования сформулирован комплексный подход к решению проблемы продления срока эксплуатации роторов, корпусов и клапанов цилиндр высокого и среднего давления паровых турбин мощностью 200 и 800 МВт. Определены граничные условия в корпусных элементах паровых турбин мощностью 200 и 800 МВт [10 - 21]. Проведена оценка и прогнозирование остаточного ресурса высокотемпературных элементов паровых турбин мощностью 200 и 800 МВт с экспериментально полученными коэффициентами запаса прочности металла и остаточного ресурса литых деталей паровых турбин К-200-130 с трещинами с учетом реальных условий эксплуатации согласно станционных данных поврежденное [27 - 30]. Разработаны рекомендации по оценке остаточного ресурса паровых турбин мощностью 200 МВт, исчерпавших свой парковый ресурс. Впервые на реальном объекте рассчитан срок прогнозированного продления эксплуатации высокотемпературных роторов и корпусных деталей паровых турбин мощностью 200 и 800 МВт при внедрении конструктивных изменений и схемных усовершенствований. Обоснованы рекомендации по продлению срока эксплуатации высокотемпературного энергетического оборудования паровых турбин мощностью 200 и 800 МВт. Определено влияние режимных параметров и конструктивных изменений на работу высокотемпературных элементов паровых турбин мощностью 200 МВт.

Зазначено, що значна частина тепломеханічного обладнання вже виробила нормативний і продовжений ресурси. Економічний стан на теперішній час не передбачає можливості встановлення нового обладнання. Виникла необхідність розробок заходів до збільшення ресурсу парової турбіни (ПТ). Розглянуто питання визначення заходів для забезпечення безпечної експлуатації ротора ПТ.

Вирішено питання управління ресурсом високотемпературних елементів парових турбін великої потужності за допомогою технологічних, конструктивних, схемних та режимних методів. Виконано розрахункову оцінку залишкового ресурсу парових турбін потужністю 100, 200, 300, 800 МВт, що складають основний парк обладнання ТЕС України. Вперше виконано оцінку ресурсу корпусу ЦВТ турбіни на надкритичні параметри пари з врахуванням зусиль затягу шпильок, запропоновано та обгрунтовано ефективність методу управління ресурсом зміною зусиль затяжки. Досліджено ефективність зміни схеми подачі ущільнюючої пари та реконструкції термокомпенсаційних канавок парових турбін. Визначено вплив роботи блоків 200-300 МВт в режимі частих пусків на аварійність, ресурс та техніко-економічні показники, а також запропоновано метод управління ресурсом зміною режиму маневреної експлуатації енергоблоків.

Досліджено фізичну сутність негативного впливу електризованої пари на робочі лопатки волого-парових турбін, розроблено методи захисту. Увагу приділено підвищенню ресурсу робочих лопаток вологопарових турбін в умовах виникнення у проточній частині електризації крапельної вологи й електрофізичних явищ. Експериментально встановлено, що при контакті лопаткових сталей із потоком вологої пари відбувається збільшення концентрації водню, причому для випадку зарядженої пари концентрація сорбованого водню найбільша. З'ясовано, що найбільш негативний вплив на міцнісні властивості поверхневого шару лопаток чинить позитивно електризований паровий потік. Вплив потоку з негативним зарядом і потоку зі штучною іонізацією незначний. Установлено, що мікротвердість поверхневого шару лопаткового матеріалу змінюється при впливі електричного поля. Залежно від величини та знака електричного потенціалу на поверхні металу мікротвердість може збільшуватися або зменшуватися до 12 %. Встановлено, що вплив змінного електричного поля приводить до зміни мікротвердості поверхневого шару лопаткового матеріалу, а величина ефекту залежить від частоти. Максимальне зменшення мікротвердості в поверхневому шарі товщиною до 2 мкм може досягати 35 % в діапазоні частот 2,5 - 20 кГц. Розроблено спосіб запобігання утворенню крупнодисперсної вологи, що враховує електризацію парового потоку, а також рекомендації, які дозволяють виключити або істотно знизити інтенсивність електрофізичних явищ у вихлопній частині турбіни та збільшити ресурс робочих лопаток.

Запропоновано метод формування фрактографічного зображення зламу сталевого зразка, випробуваного на ударну в'язкість, та візуалізації елемента його поверхні за серією зображень малої глибини різкості, отриманих за допомогою оптичного мікроскопа. Серію зображень нерухомого об'єкта отримано послідовною зміною відстані до фокальної площини з певним фіксованим кроком. Мала глибина різкості унеможливлює отримання різкого зображення неплоского тривимірного об'єкта. Агреговане зображення побудоване на основі вибору оптичного зрізу (чіткої частини) кожного зображення серії з урахуванням критерію максимуму характеристик локальних околів, що описують чіткість, а саме степеневого контрасту. Вибір степеневого контрасту зумовлений його адаптивністю. Сформовано карту рівнів з номерів зображення зі серії, що для кожного піксела вказує найвірогіднішу відстань до відповідної точки об'єкта. Для побудови просторової моделі об'єкта координати на площині обчислено за роздільною здатністю зображень та за збільшення оптичного мікроскопа, а висоту оцінено відповідно до фокусної відстані зображення послідовності відповідного номера карти рівнів. Під час оцінки висоти для візуалізації тривимірного зображення поверхні застосовано чебишовські наближення, що дало змогу краще відтворити поверхню зламу. Площу поверхні зламу оцінено на основі триангуляції альфа-форми. Наведено приклад застосування запропонованого методу для побудови агрегованого зображення, формування карти рівнів та візуалізації поверхні зламу сталі лопатки парової турбіни за серією зображень, отриманих за допомогою оптичного мікроскопа NEOPHOT-21 зі збільшенням 500 та кроком 1 мкм. Проаналізовано проблеми зростання часу опрацювання даних та збільшення їх об'єму, які виникають під час відтворення 3D поверхонь зламів великих розмірів.

В нормативних документах Міністерства енергетики та вугільної промисловості України парковий ресурс високотемпературного енергетичного обладнання енергоблоків 200 МВт обмежений напрацюванням 220 тис. год. та числом пусків 800. На сьогодні високотемпературні литі корпуси регулюючих клапанів циліндрів високого та середнього тиску парових турбін потужністю 200 МВт енергоблоків ДТЕК Луганська ТЕС відпрацювали близько 305 - 330 тис. год. за загальної кількості пусків від 1438 до 1704, що перевищує паркові значення. Тому необхідно провести оцінку залишкового ресурсу корпусів регулюючих клапанів циліндрів високого і середнього тиску парової турбіни К-200-130, щоб визначати можливість її подальшої експлуатації. Дані розрахунки виконано на базі дослідження теплового і напружено-деформованого станів литого устаткування турбіни, що виконано авторами раніше. В роботі встановлено значення приведених до симетричного циклу навантаження амплітуд інтенсивності деформацій для найбільш типових змінних режимів роботи. Використовуючи експериментальні криві малоциклової втоми сталі 15X1М1ФЛ, було встановлено значення допустимого числа пусків і накопичено в основному металі циклічну пошкоджуваність. Значення накопиченої в ході стаціонарних режимів роботи статичної пошкоджуваності визначалась згідно з одержаними авторами раніше експериментальними даними щодо довготривалої міцності сталі 15Х1М1ФЛ. Проведені розрахунки показали, що сумарна пошкоджуваність корпусів регулюючих клапанів парової турбіни К-200-130 блока N 15 ДТЕК Луганська ТЕС складає 97 і 98 %. Залишковий ресурс металу регулюючих клапанів циліндрів високого тиску практично вичерпано і становить 10 тис. год. Залишкове напрацювання регулюючих клапанів циліндрів середнього тиску складає 7 тис. год., тобто також майже вичерпано, за коефіцієнтів запасу міцності за числом циклів і за деформаціями на рівні 5 і 1,5, відповідно, а також допустимого часу роботи металу 370 тис. год. За збільшення допустимого часу роботи металу до 470 тис. год. відповідно до експериментальних досліджень КПІ ім. Ігоря Сікорського сумарна пошкоджуваність металу корпусів клапанів зменшується до 80 %, а залишковий ресурс збільшується до 79 і 75 тис. год. для клапанів циліндрів високого і середнього тиску відповідно.