Электрические станции, 2002, ¹ 8

73

Лейзерович А. Ш., доктор техн. наук

Наиболее яркие публикации по паротурбинной те-

был посвящен оптимизации объема и содержания ре-

матике, привлекавшие к себе наибольшее внимание в

конструкции. Еще в недавнем прошлом фирмы-изгото-

последние годы, были связаны, в первую очередь, с но-

вители занимались реконструкцией, во-первых, в

выми подходами к формированию проточных частей.

основном турбин собственного производства и, во-вто-

Имеется в виду использование трехмерных программ

рых, главным образом, частей НД, где, с одной сторо-

расчета и применение наклонных, изогнутых и закру-

ны, реконструкция была необходима для борьбы с ин-

ченных лопаток в частях не только низкого, но и сред-

тенсивными коррозионными и эрозионными повреж-

него, и высокого давления (НД, СД и ВД), тенденция к

дениями, а, с другой стороны, позволяла получить наи-

отказу от использования чисто активных или чисто ре-

больший выигрыш в экономичности. В отличие от это-

активных ступеней ВД и СД и индивидуальный выбор

го в настоящее время реконструкция все в большей

оптимальной степени реактивности для каждой отде-

мере охватывает и цилиндры ВД и СД, для которых ис-

льной ступени, снижение профильных и концевых по-

пользование новых, прогрессивных методов проекти-

терь благодаря созданию и использованию новых, по-

рования проточной части также позволяет получить за-

рой, весьма нетрадиционных, профилей и специально-

метное повышение КПД. Изменяются и расход, пара-

го меридионального профилирования, повышенное

метры и отборы пара. В то же время при выборе опти-

внимание, уделяемое течению пара и уменьшению по-

мальных вариантов такой реконструкции необходимо

терь в выхлопных патрубках. Второе приоритетное на-

учитывать влияние изменений теплового процесса в

правление относится к созданию новых мощных со-

турбине на условия работы котла, т.е. оптимизация

временных энергоблоков ТЭС на высокие (сверхкрити-

должна проводиться комплексно, для всего энергобло-

ческие) и сверхвысокие параметры пара и подтвержде-

ка в целом. В результате закрытия или слияния ряда

нию их проектных показателей надежности, экономич-

крупных турбостроительных фирм и изменения струк-

ности и маневренности в эксплуатации на ТЭС Япо-

òóðû

рынка энергомашиностроения реконструкцией

нии, Дании, Германии, Южной Кореи, Китая. Именно

турбин все чаще занимаются не их изначальные произ-

эти темы доминировали на паротурбинных секциях

водители, а другие фирмы, имеющие зачастую иные

международных энергетических конференций послед-

традиции проектирования. Все это способствует тому,

них лет, включая и прошлогоднюю международную

что реконструкция не сводится к модернизации с заме-

энергетическую конференцию Американского обще-

ной отдельных компонентов аналогичными им по

ства инженеров-механиков (ASME) IJPGC-2000 (Ëåé-

принципу “подобное – подобным” (like for like), а от-

зерович А. Ш., Берлянд В. И. Турбинная тематика на

крывает более широкий спектр возможностей. В резу-

конференции “ASME International 2000 г.” – Электри-

льтате реконструкции не только продлевается срок

ческие станции, 2001 г., ¹ 1).

службы турбин и повышается их экономичность, но

Представляется характерным, что на конференции

также и увеличивается длительность межремонтной

IJPGC-2001 (Нью-Орлеан, 4 – 7 июня, 2001 г.) доклады

кампании.

по этим двум направлениям практически отсутствова-

Характерным примером является опыт модерниза-

ли или, по крайней мере, отошли на второй план. Сле-

ции и реконструкции турбин, накопленный за послед-

дует, наверно, лишь отметить работу фирмы Hitachi по

ние 10 лет польским отделением концерна в Эльблонге

созданию, отработке и испытаниям новых профилей

(бывшее предприятие Zamech). Этот опыт охватывает

рабочих лопаток для частей ВД и СД. По данным рас-

установленные на ТЭС Польши и ряда других восточ-

четных и экспериментальных исследований, ступени с

но-европейских стран турбины 120 МВт конструкции

такими лопатками в расчетном режиме имеют КПД на

“Metro Vickers”, выпускавшиеся Zamech в

1962 –

0,3% выше по сравнению с “традиционными”. Они

1975 гг.; 200 – 215 МВт, изготовленные по документа-

также отличаются более широкими межлопаточными

ции ЛМЗ или на ее базе в различных модификациях,

каналами. Сокращение числа лопаток в ступени повы-

турбины; 360 МВт поставки ВВС и К-500-166-2 ЛМЗ.

шает внутренний КПД и снижает затраты на изготовле-

Наиболее распространенный

вариант

реконструкции

ние турбины. Однако основное внимание турбинистов –

по-прежнему включает в себя только ЦНД – с полной

участников конференции, было направлено на вопросы

заменой проточной части, отказом от использования

реконструкции, ремонтного обслуживания и эксплуа-

ступени Баумана (для турбин 120 и 200 МВт), заменой

тации.

цельнокованых или сборных роторов на сварные, су-

Комплекс докладов по реконструкции физически и

щественным увеличением проходного сечения выхлоп-

морально устаревших или устаревающих турбин был

íîãî

патрубка и площади

выхлопа

[äëÿ

турбин

представлен международным концерном “Alstom Po-

200 МВт – четыре варианта с лопатками последней

wer”. Программный доклад его английского отделения

ступени (ЛПС) длиной от 844 до 1077 мм в зависимо-

74

Электрические станции,

2002, ¹ 8

сти от условий охлаждения конденсатора], ужесточе-

режиме эксплуатации турбины и с соблюдением изве-

нием корпусов ЦНД и их соединений с корпусами под-

стных рекомендаций для уменьшения опасности хруп-

шипников. В 1999 г. была проведена реконструкция

кого разрушения (длительный прогрев на промежуточ-

ЦНД турбины 200 МВт на бывшей Эстонской ГРЭС с

ной частоте вращения при пусках из холодного состоя-

использованием сварного ротора и заменой проточной

ния, опробование автомата безопасности только после

части на современную, спроектированную в трехмер-

длительной работы на холостом ходу и др.).

ной постановке, с рабочими лопатками предпоследней

Для сборных роторов ЦНД продолжает оставаться

ступени с цельнофрезерованным бандажом, изогнуты-

актуальной проблема растрескивания дисков от корро-

ми в меридиональном (продольном) сечении направля-

зии под напряжением. Межкристаллитная коррозия

ющими лопатками последней ступени, специальным

выявлена на роторах НД с насадными дисками турбин

профилированием рабочих лопаток двух последних

1350 ÌÂò “General Electric” íà ÀÝÑ “Palo Verde” â

ступеней с учетом трансзвукового течения пара в при-

штате Аризона. На АЭС установлены три турбины

корневой зоне и совместной оптимизацией течения в

мощностью по 1350 МВт с частотой

вращения

ЛПС и выхлопном патрубке. (Основные подходы к

1800 об мин; турбина состоит из двухпоточного ЦВД

проектированию проточных частей НД, разработанные

и трех двухпоточных ЦНД с ЛПС длиной 1090 мм.

концерном АВВ, ныне входящим в состав “Alstom Po-

Первый блок АЭС был принят в коммерческую эксплу-

wer”, описаны в статьях Weiss A. P. Aerodynamic design

атацию 9 лет назад. В 2000 г. коэффициент использова-

of advanced LP steam turbines. – ABB Review, 1998, ¹ 5

ния мощности АЭС составил 92,7% (Palo Verde Nuclear

è Лейзерович А. Ш. Новые разработки ABB на паро-

Plant Keeps on Keeping on. – Power Engineering, 2001,

турбинных ТЭС Германии. – Электрические станции,

July). Коррозионные трещины, в частности, были вы-

1999, ¹ 12). Реконструкция ЦНД дает прирост мощно-

явлены на ободе диска предпредпоследней (L-2) ступе-

сти турбины 200 МВт в 7 – 14 МВт и снижение удель-

ни одного из роторов. Для его восстановления с мини-

ного расхода тепла (УРТ) на 300 – 600 кДж (кВт ч).

мальными затратами и без потери мощности турбины

Последующие стадии реконструкции турбин 200 МВт

была разработана технология ремонта с проточкой по-

охватывают ЦВД и ЦСД с заменой проточной части на

садочных поверхностей обода диска и заменой рабо-

реактивную и цельнокованых роторов на сварные, пе-

чих лопаток на заранее изготовленные новые с удли-

реходом на двухстенную конструкцию корпусов в зоне

ненным хвостовиком (longshank), и осенью 2000 г. в

паровпуска и первых ступеней. При этом также уста-

ходе очередной перегрузки реактора проведен ремонт

навливается современная электрогидравлическая сис-

ротора. Вся процедура ремонта заняла 15 сут., и таким

тема регулирования, заменяются перепускные трубы и

образом ротор был возвращен в эксплуатацию без на-

клапаны ВД, усовершенствуется система байпасов и

рушения графика работы блока.

дренажей. На четырех блоках ТЭС Turow в Польше и

Одной из наиболее популярных технических идей

одном на ТЭС Deva в Румынии турбины 200 МВт ре-

последних 10 – 15 лет в области эксплуатации и ремон-

конструированы в теплофикационные с регулируемы-

тного обслуживания является переход от системы пла-

ми отборами пара из выхлопов ЦВД и ЦСД. На турби-

ново-предупредительных, профилактических (preventi-

нах 360 МВт фирмы ВВС осуществляется только мо-

ve) ремонтов оборудования к его обслуживанию по

дернизация ЦНД с заменой облопачивания, что, тем не

фактическому состоянию – Condition Oriented Mainte-

менее, дает снижение УРТ на 3%, увеличение мощно-

nance (COM), Reliability Centered Maintenance (RCM) –

сти на 12 МВт и экономию топлива примерно 90 тыс. т

или ремонтов по предвидению (Predictive Maintenance –

угля в год. Работы на турбине К-500-166-2 ТЭС Kozie-

РdМ) на основании непрерывного диагностического

nice, помимо реконструкции ЦНД, включали в себя ре-

контроля за состоянием оборудования в процессе его

конструкцию ЦВД с заменой проточной части на реак-

работы или специальных испытаний при работе или во

тивную и цельнокованого ротора на сварной, а также

время простоя. Эта технология активно внедряется в

модернизацию ЦСД и системы регулирования турби-

различных отраслях техники, однако ее применение в

íû.

энергетике в силу специфики энергетических объектов

Швейцарское отделение концерна (бывшее АВВ,

и условий их работы связано с решением целого ряда

до того ВВС) представило доклад о типовых комплек-

сложных проблем. То, что оказывается достаточно реа-

тах современных электрогидравлических систем регу-

льно и эффективно для отдельных агрегатов или отно-

лирования и защиты турбин, устанавливаемых при ре-

сительно простых систем, вызывает серьезные трудно-

конструкции.

сти применительно к сложным объектам с преимуще-

Цилиндры НД и, в частности, роторы ЦНД остают-

ственно длительно-непрерывным режимом работы и

ся в центре внимания не только при реконструкции, но

большим числом разнородных факторов, определяю-

и при ремонтах. Любопытны рекомендации для турби-

щих работоспособность, надежность и экономичность

ны, на цельнокованом с центральным сверлением рото-

эксплуатации. Впрочем, эта тема заслуживает отдель-

ре НД которой при плановом обследовании были обна-

ного рассмотрения. В настоящее время, по-видимому,

ружены многочисленные дефекты металла на поверх-

можно говорить о начале применения обслуживания по

ности расточки. Турбина работает на одной из ТЭС

фактическому состоянию для энергетических ГТУ

штата Висконсин уже 45 лет, предыдущее обследова-

простого цикла. Для паротурбинных установок и, тем

ние проводилось в 1985 г. Первоначально ротор был за-

более, энергоблоков в целом эта задача пока по-преж-

бракован для дальнейшей эксплуатации, но в результа-

нему находится в стадии теоретических проработок.

те дополнительных обследований и расчетов было со-

Реально ставится задача, скорее, о более обоснованном

чтено возможным оставить его в работе при базовом

планировании объема и сроков предупредительных ре-

Электрические станции, 2002, ¹ 8

75

монтов с учетом фактического текущего состояния

льными линиями прогрева клапанов ВД и СД и средст-

оборудования.

вами пускового регулирования температур свежего и

На конференции IJPGC-2001 были представлены

вторично перегретого пара. Турбина оснащается вы-

доклады по определению комплекса диагностических

числительным устройством оценки температурных на-

средств, позволяющих своевременно выявлять по-

пряжений (Turbine Stress Evaluator) в наиболее термо-

вреждения оборудования (в первую очередь, вращаю-

напряженных элементах конструкции ЦВД и ЦСД, в

щегося), повышению надежности исходных эксплуата-

первую очередь, роторов. График пуска считается оп-

ционных данных, характеризующих надежность рабо-

тимальным, если во все время пуска запасы до преде-

ты оборудования, и созданию усовершенствованных

льно допустимых значений вычисляемых разностей

вероятностных прогностических моделей для более

температур (пропорциональных температурным на-

обоснованного планирования ремонтного обслужива-

пряжениям в контролируемых элементах) поддержива-

ния паротурбинных установок с учетом текущего со-

ются на уровне, близком к нулю, но не становятся от-

стояния. В частности, были представлены две прогнос-

рицательными.

тические модели для паротурбинных агрегатов, разра-

Рекомендуемая технология пуска существенно от-

ботанные по программе, финансируемой Институтом

личается от практикуемой на ТЭС США с “обычными”

исследований в электроэнергетике (EPRI): примените-

паротурбинными энергоблоками, хотя во многом по-

льно к появлению усталостных трещин в рабочих ло-

вторяет основные положения организации пусков

патках ЦНД на основании чисто расчетных оценок и

энергоблоков, традиционные для ТЭС Европы и быв-

снижению экономичности ЦВД по данным текущего

шего СССР. Если обычно в США прогрев клапанов ВД

диагностического контроля за показателями состояния

осуществляется при развороте турбины (через специа-

проточной части.

льный байпас стопорных клапанов ВД), то согласно ре-

Вопросы контроля состояния турбин и экономиче-

комендуемой технологии клапаны ВД и СД прогрева-

ски обоснованного планирования их ремонтного об-

ются перед подачей пара в турбину со сбросом пара в

служивания тесно связаны с вопросами “тепловых ис-

конденсатор. Регламентируются (в зависимости от

пытаний” – оценки экономичности турбоустановки и

предпусковой температуры металла элементов турби-

ее отдельных компонентов на базе измерений на рабо-

ны) уровень температур свежего и вторично перегрето-

тающем оборудовании. Методология проведения таких

го пара перед подачей в турбину, а также уровень тем-

испытаний, в первую очередь, – приемочных и гаран-

пературы насыщения свежего пара и перегрев пара пе-

тийных, регламентируется стандартами ASME – Per-

ред паровпускными органами СД и НД.

formance Test Codes (PTC). В докладе представителя

Разворот и нагружение турбины осуществляются

компании “Siemens Westinghouse”, входящего в состав

регулирующими клапанами ВД и СД; при этом клапа-

специального комитета ASME по PTC, рассматривают-

ны байпасов ВД и СД реализуют заданные программы

ся вопросы сертификации и аккредитации организа-

повышения давления свежего пара и пара промперег-

ций, проводящих такие испытания. Следует отметить,

рева, дополнительно контролируется температура пара

что существенным фактором, который может значите-

на выхлопе ЦВД (не выше 500°С). Пар НД подается в

льно изменить саму организацию испытаний, повы-

турбину при нагрузке порядка 20% номинальной. В

сить их точность и представительность, является испо-

процессе нагружения полностью открываются регули-

льзование оптических зондов, позволяющих измерять

рующие клапаны СД, затем закрываются клапаны на

степень влажности пара и, тем самым, определять его

байпасах ВД и СД, в конце нагружения турбина пере-

теплосодержание, более точно контролировать тепло-

ходит на работу со скользящим давлением при полно-

вой процесс в ЦНД, диагностировать состояние его

стью открытых регулирующих клапанах ВД. В процес-

проточной части. В 1997 – 1998 гг. такой зонд, разрабо-

се нагружения регламентируется скорость повышения

танный EPRI, прошел стендовые и промышленные ис-

температур свежего и вторично перегретого пара, а на-

пытания; в 2000 г. на него был получен патент США; в

гружение турбины ведется исходя из наличия запаса по

настоящее время рассматриваются возможности его

контролируемым разностям температур в наиболее

использования при проведении испытаний и в повсед-

термонапряженных элементах ВД и СД.

невной практике эксплуатации (EPRI Seeks Additional

Применительно к приведенному реальному графи-

Participants in Development of Probe. – Power Enginee-

ку пуска из холодного состояния специально отмечает-

ring, 2001, March). Доклад о разработке своего вариан-

ся, что управление пуском не автоматизировано, запа-

та комбинированного зонда для измерения влажности

сы по контролируемым разностям температур в рото-

и скорости пара был представлен университетом горо-

рах ВД и СД далеки от нулевых значений, т.е. пуск не

да Штутгарт (Германия).

оптимален. Наряду с этим, следует отметить, что и

Компания “Siemens Westinghouse Power Corp.”

сама рекомендуемая технология пуска оставляет воз-

представила также свои рекомендации по организации

можности для дальнейшей оптимизации – в части,

пусковой схемы и технологии пусков паротурбинной

прежде всего, более глубокого регулирования темпера-

части современных парогазовых установок (ПГУ),

тур свежего и вторично перегретого пара и более ран-

включая и те, что создаются на действующих, реконст-

него закрытия байпасов турбины. Кроме того, поддер-

руируемых ТЭС путем надстройки паровой турбины

жание запаса по контролируемым разностям темпера-

газотурбинными установками (ГТУ) с котлами-утили-

тур металла более эффективно изменением скорости

заторами вместо демонтируемого котла. Для ПГУ трех

не нагружения, а повышения температур пара.

давлений с промперегревом рекомендуется “трехбай-

Помимо упомянутого доклада по технологии пус-

пасная” пусковая схема со специальными дополните-

ков паровых турбин и ряда докладов по котлам-утили-

80

Электрические станции, 2002, ¹ 8

Электрические станции, 2002, ¹ 8

81

УВАЖАЕМЫЕ ЧИТАТЕЛИ!

Редакция журнала «Электрические станции» приступила

к выпуску годовых сборников журнала на CD!

На экране Вашего компьютера Вы увидите электронную

версию журнала, в точности соответствующего своему

печатному оригиналу. Удобная система закладок, тема-

тический указатель и рубрикатор позволят Вам быстро

находить нужную информацию.

Заплатив 1650 руб. (в том числе НДС), вы уже сейчас

можете приобрести CD «Электрические станции. 2001».

Для заказа CD годового сборника журнала «Электри-

ческие станции» за 2001 г. необходимо прислать в

редакцию (по почте, факсу или E-mail) гарантийное

письмо-заявку с указанием платежных реквизитов и

точного почтового адреса. Вам будет выставлен счет,

после оплаты которого мы вышлем в Ваш адрес CD.

Адрес редакции:

115280, Москва, ул. Ленинская слобода, 23

Òåë/ôàêñ:

ISSN 0201-4564

(095) 234-74-17

E-mail:

Å Æ Å Ì Å Ñ ß× Í Û É

ПРОИЗВОДСТВЕННО-

Ò Å Õ Í È × Å Ñ Ê È É

Æ Ó Ð Í À Ë 2001

tis@mail.magelan.ru

ТРЕБОВАНИЯ К ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

IBM-совместимый компьютер

на базе процессора Pentium.

Microsoft Windows 95 è âûøå.

16 Мб RAM (рекомендуется 32 Мб)

20 Мб свободного места на жестком диске

© Энергопрогресс 2001