КОМПЛЕКСНЕ ОЦІНЮВАННЯ ЗАЛИШКОВОГО РЕСУРСУ РОТОРІВ ПАРОВИХ ТУРБІН ВЕЛИКОЇ ПОТУЖНОСТІ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована мета і основні завдання роботи, вказана наукова новизна роботи та її практичне значення, приведені дані про публікації і ступінь апробації роботи.

У першому розділі проведений аналіз стану енергетичного обладнання енергоблоків України та інших країн.

При створенні та освоєнні обладнання з високими параметрами пари довговічність турбін в умовах повзучості та при циклічних навантаженнях металу оцінювалась в 10⁵ годин. Впродовж такого терміну експлуатації забезпечувалась безпечна робота обладнання з проектними показниками надійності.

По мірі наближення до розрахункового терміну служби потрібно було замінити конденсаційні енергоблоки, які відпрацювали свій ресурс і експлуатувались при високих та надкритичних параметрах пари, новим обладнанням, але проведені на електростанціях дослідження обладнання показали, що властивості металу при наробітку більше 10⁵ годин суттєво не погіршились. Тому після досягнення паркового ресурсу проводилось поглиблене діагностування конкретних вузлів енергоустановок.

Парковий ресурс не являється граничним терміном служби, якщо необхідність заміни обладнання не продиктована умовами економічності. Із збільшенням наробітку зростає актуальність визначення можливості, тривалості і умов експлуатації обладнання ТЕС зверх паркового ресурсу.

Кожен із нижче наведених авторів вніс свій вагомий вклад в дослідження подовження терміну експлуатації парових турбін.

В.М. Голощапов, В.А. Барсуков, Н.Я. Єсипенко, В.М. Капінос, Л.А. Гура, Ю.М. Мацевитий, Л.П. Сафонов та інші розглядали питання визначення ГУ в елементах парових турбін, поверхні яких обтікає перегріта та волога пара. Наведено критеріальні залежності для оціночного розрахунку коефіцієнтів теплообміну на поверхнях високотемпературних елементів парових турбін.

Б.Д. Дитяшев, А.А. Дубов, Є.К. Перевалова, А.Б. Попов та інші автори індивідуальний ресурс обладнання визначають шляхом оцінки реальних умов експлуатації за весь період використання обладнання, проведення повторного міцнісного розрахунку на базі уточнених експлуатаційних даних, застосування дефектоскопії та складання прогнозу подальшої експлуатації.

Проаналізовано роботи М.Г. Шульженка, А.Д. Трухнія, В.І. Берлянда, А.Ш Лейзеровича та інших, пов’язані з міцнісними розрахунками елементів турбін. Аналіз результатів розрахунків малоциклової утоми і живучості дозволяє зазначити, що ротори ЦВТ і ЦСТ парових турбін в зоні паровпусків працюють в умовах високотемпературного навантаження.

В НТУУ «КПІ» проводився комплекс науково-дослідних робіт, що присвячені розробці методики розрахункової оцінки малоциклової утоми металу високотемпературних корпусів та роторів парової турбіни К-200-130-3 з застосуванням програмних комплексів ANSYS і COSMOS, на базі яких можуть бути побудовані системи діагностики напружено-деформованого стану (НДС) парових турбін. Високотемпературні елементи розроблені в тривимірній постановці.

Аналіз причин вичерпання ресурсу парової турбіни, проведений в роботах В.П. Сухініна, Г.І. Канюка, Т.Н. Пугачової, Т.А. Лавриненко, показує, що основними факторами вичерпання ресурсу енергетичного обладнання являються високотемпературна повзучість металу і малоциклова утома, пов’язана з циклічними напруженнями при пусках і зупинках.

Починаючи з 90-х років багато авторів РФ присвятили свої роботи подовженню терміну експлуатації елементів парових турбін. В.Ф. Резинских займався дослідженням факторів, які визивають вичерпання ресурсу металу цільнокованих роторів і зниження їх експлуатаційної надійності, пов’язаних з об’єктивними фізичними процесами, що протікають в металі, а не з порушенням вимог до експлуатації турбін, їх ремонту та контролю. А.В. Кістойчев аналізував причини виникнення, запобігання та усунення дефектів валопроводів турбомашин.

В межах індивідуального ресурсу витрати на подовження терміну експлуатації обладнання збільшуються порівняно мало. Необхідні тільки витрати на діагностику обладнання, яке відпрацювало парковий ресурс, і заміну деталей, що не забезпечують в достатній мірі вимоги експлуатаційної надійності. Прогнозується, що ці витрати не перевищать 10–20 % вартості нового обладнання.

Ротор турбіни є найбільш відповідальним елементом турбіни. В умовах експлуатації ротор піддається дії відцентрових сил, крутного і згинаючого моментів, розтяжних осьових сил і навантаження від власної ваги. За даними випробувань методом неруйнівного контролю визначають дефекти, що відповідають початку утворення тріщин в зразках роторів. Метою проведення візуального контролю турбіни є: виявлення дефектів на поверхні елементів турбіни; оцінка геометричних розмірів дефектів і параметрів; оцінка необхідності ремонтно-відновлювальних робіт; визначення ділянок проведення контролю металу неруйнівними методами.

Удосконалення комплексної системи заходів подовження терміну експлуатації роторів парової турбіни К-200-130 дозволить збільшити термін експлуатації енергетичного обладнання. Виходячи з вищенаведеного, сформульовано мету і завдання дослідження.

Другий розділ присвячено оцінці малоциклової утоми роторів парової турбіни К-200-130 Старобешівської ТЕС на змінних режимах роботи внаслідок температурних навантажень.

З метою оцінки стану металу роторів високого (РВТ) і середнього тиску (РСТ) проведено вивчення і систематизацію експлуатаційної і ремонтної документації по результатах контролю металу роторів парових турбін за весь період експлуатації енергоблока 200 МВт ст. №10 Старобешівської ТЕС.

У процесі проведення неруйнівного контролю високотемпературних елементів парових турбін було зафіксовано різні види пошкоджень (тріщини, розтріскування, промивання) і відтворено у геометричній моделі ротора. Такий підхід дозволив наблизити розрахункову модель до реального стану елемента парової турбіни після тривалої експлуатації.

Розрахункові дослідження теплового, напружено-деформованого стану роторів турбоустановки К-200-130 проведені для запропонованих Замовником найбільш характерних в практиці експлуатації ТЕС режимів роботи, а саме пуску із холодного (ХС) і неостиглого (НС-2) станів з використанням програмного продукту ANSYS і COSMOSWorks у 3-D постановці. Це дозволило оцінити залишковий ресурс роторів парової турбіни К-200-130.

Результати технічного аудиту, отримані від «Донбасенергоналадка», ДП «ДонОРГЕС» та інших організацій, показали, що найбільш навантаженим елементом енергоблока № 10 є ротор середнього тиску.

Характерні перерізи, в яких виникають максимальні