бана; его деформационное старение при длительной эксплуатации; присутствие в котловой воде агрессивных примесей; маневренный режим работы котла; возникновение (особенно в переходных режимах) высоких термических напряжений по толщине стенки барабана.

4. Для барабанов, исчерпавших парковый ресурс, и барабанов, металл которых подвергся деформационному старению с ухудшением механи- ческих свойств и накоплением определенной поврежденности, необходимы разработка и регулярное обеспечение специальных (щадящих) режимов эксплуатации.

Список литературы

1.Трусов Л. П., Туляков Г. А., Плеханов В. А. О характеристиках работоспособности металла барабанов парогенераторов высокого давления. – Теплоэнергетика, 1975, ¹ 6.

2.Êàí Ä. Ý. Опыт применения неразрушающих методов контроля микроструктуры и механических свойств металла. – Энергетик, 1968, ¹ 7.

3.Сборник распорядительных документов по эксплуатации энергосистем. Теплотехническая часть, ч.1. М.: ОРГРЭС, 1991.

4.ÐÄ 10–262–98. Типовая инструкция по контролю и продлению срока службы металла оборудования тепловых электростанций. М.: ОРГРЭС, 1999.

5.ÐÄ 34.17.442–96. Инструкция по порядку продления срока службы барабанов котлов высокого давления. М.: НТЦ “ПОЛИФОРМ”, 1996.

6.О ресурсе барабанов котлов высокого давления Балашов Ю. В., Шрон Р. З., Надцына Л. В. и др. – Электриче- ские станции, 1991, ¹ 6.

7.О возможности сварки стали 16ГНМА в котельных бара-

банах высоконикелевыми электродами Готальский Ю. Н., Снисарь В. В., Марчак И. И. и др. – Электри- ческие станции, 1974, ¹ 1.

8.Розенфельд И. Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970.

9.Маттссон Э. Электрохимическая коррозия. М.: Металлургия, 1991.

10.Вайнман А. Б. Предупреждение коррозии барабанных котлов высокого давления. М.: Энергоатомиздат, 1985.

11.Вайнман А. Б., Мелехов Р. К., Смиян О. Д. Водородное охрупчивание элементов котлов высокого давления. Киев: Наукова думка, 1990.

12.Туляков Г. А., Плеханов В. А. Термическая усталость металлов котлостроения. М.: ОРГРЭС, 1972, вып.1 – 3.

13.Bielak O. Odhad vplivu regulace trekvence a vykony na zivotnost budnu z oceli CSN4 5223 bloku vykonu 330t h. – Energetik (CSSR), 31, ¹ 3.

В 1883 г. шведский инженер Густав Патрик Лаваль разработал и изготовил (сначала для привода молочного сепаратора) первую в мире паровую турбину: одноступенчатую, малой мощности, высокооборотную. Она была чисто активного типа: ее реактивность = 0.

Впоследствии турбины с такими ступенями стали использоваться в энергетике. Они выполнялись уже многоступенчатыми с большим перепадом энтальпий и тем самым с повышением КПД всего термодинамического цикла. Реактивность ступени у корня по технологическим и эксплуатационным причинам могла снижаться (ê < 0) и тогда в рабочих решетках течение становилось диффузорным, аэродинамически неблагоприятным, зачастую с отрывом. Поэтому сейчас ступени активного типа рассчитываются на ê > 0, обычноê 0,1, а в ЦНД в последних ступеняхê 0,3 0,4 [1, 2 è äð.].

Через год Чарльс Альгемон Парсонс (Англия) предложил и создал многоступенчатую турбину реактивного типа с ñð 0,5, предназначенную для военно-морского флота. Позже и до сих пор такие

агрегаты применялись и применяются в энергетике и для других целей.

Термодинамически и часто конструктивно ступени ЧНД как конденсационных, так и теплофикационных турбин активного и реактивного типов мало отличаются. Это объясняется их большой веерностью, характеризуемой отношением = dñð/l2, а в мощных агрегатах доходящим до = 2,5 3,0. При этом от корня к периферии реактивность повышается.

Выбор заводами России и Украины турбин активного типа объясняется тем, что ЛМЗ в 1907 г. начал производство их по лицензии английской фирмы “Метрополитен-Виккерс”, а в Харькове перед Великой Отечественной войной ХТГЗ (теперь “Турбоатом”) – по лицензии американского концерна “Дженерал Электрик” (GE). Кроме указанных, на заводах бывшего СССР, в том числе ТМЗ и КТЗ в РФ производят турбины с проточной частью активного типа. Реактивные же турбины изготавливаются у нас иногда для кораблей.

Все ступени (как активные, так и реактивные), как правило, проектируются на оптимальное отно-

шение скоростей u/cô, ãäå cô 2H 0ñò . Отношение (u/cô)îïò обратно пропорционально 1 – и, следовательно, при той же окружной скорости uê располагаемый теплоперепад H 0ñò в реактивной ступени

меньше, чем в активной.

Цилиндры ВД и СД и противодавленческие агрегаты со ступенями активного типа обычно выполняются диафрагменно-дисковой конструкции, а реактивного – с барабанными роторами (ðèñ. 1). Турбины (первые их цилиндры) со ступенями разных типов имеют специфические достоинства и недостатки.

У турбин активного типа при одинаковых частотах вращения n и теплоперепадах H0 меньшее

число ступеней и, следовательно, лопаток, чем у реактивного.

Сейчас широко применяются ступени с диафрагмами с небольшой межвенцовой корневой утечкой, которая вместе с потоком через диафрагменное уплотнение направляется в разгрузочные отверстия дисков. Это позволяет повысить КПД ступени до 1,5 – 2,0% [3]. Такую схему применяет ЛМЗ, “Турбоатом” и ряд зарубежных фирм [4].

Недостатки турбин активного типа: относительная сложность изготовления диа-

фрагм, обычно сварных, и обеспечения точного, причем одинакового значения, шага всех сопл;

роторы первых цилиндров турбин, практиче- ски всегда гибкие и особенно в турбинах сверхкритического давления (СКД), могут подвергаться низкочастотной вибрации (НЧВ), препятствующей

по условиям надежности достижению номинальной мощности Ný. Одним из способов предотвращения НЧВ является специальная конструкция периферийных уплотнений, рекомендованная МЭИ [5], при которой венцовые силы, стимулирующие НЧВ, практически не зависят от прогиба и осевого перемещения ротора;

âрабочих решетках происходит практически безградиентное течение с большим поворотом потока, при котором значительны потери энергии, особенно концевые;

âрезультате относительных перемещений деталей при переходных режимах, особенно при пусках турбины из холодного состояния, небольшие

# & :& $

радиальные зазоры в уплотнениях ступеней часто существенно возрастают. После капитального ремонта проходная площадь уплотнений увеличивается, по сравнению с новой машиной, в несколько раз. В турбинах СКД фирмы GE Ný = 500 ÌÂò, n = 60 ñ–1, зазоры в ступенях первых цилиндров возрастают в 2,5 – 3 раза (ðèñ. 2), что требует регулярного ремонта и восстановления исходных уплотнений. Увеличение зазоров ощутимо снижает КПД ступеней. По данным GE [6] за каждые 5 лет из-за этого КПД турбины уменьшается примерно на 3%. Фирмы GE, японские “Тошиба” и “Хитачи” применяют в ступенях специальные устройства для регулирования зазоров [3]. С их помощью при пуске турбины радиальные зазоры в уплотнениях ступеней первых цилиндров поддерживаются намного больше номинальных и задеваний в них не возникает. При синхронизации агрегата в эти устройства подается пар несколько повышенного давления и лабиринтовые обоймы прижимаются к валу и бандажу, а турбина начинает работать с минимальными зазорами;

поскольку диафрагмы имеют горизонтальный разъем, в нем практически не удается избежать отклонений проходного сечения (горла) от остальных сопл. Это снижает экономичность, и, главное, надежность из-за вибрационного воздействия на последующую рабочую решетку. Разъемы в турбинах насыщенного пара вызывают, кроме того, щелевую эрозию. Избежать ее можно, соединяя половинки диафрагм, но в турбинах ТЭС ограни- чиваются обычно лишь шпонкой, чтобы не усложнять конструкцию статора агрегата;

в отдельных, до сих пор выпускаемых турбинах, были случаи, когда половинки их диафрагм смещались по-разному, вплоть до задевания за последующее рабочее колесо.

Достоинства проточной части реактивного типа в первых цилиндрах турбин следующие:

увеличение числа ступеней вследствие меньшего в них теплоперепада дает больший коэффициент возврата тепла;

конфузорность каналов рабочих решеток и меньшие потери при их обтекании (как профильные, так особенно концевые);

существенно большие по диаметру роторы барабанной конструкции реактивных турбин обычно жесткие. Они мало чувствительны к НЧВ. Прогибы в таких роторах невелики, и даже при переходных режимах зазоры в уплотнениях почти неизменны.

Недостатки проточной части реактивного типа: диаметры и, следовательно, радиальные зазоры , обычно пропорциональные d, под сопловыми лопатками довольно велики. Для уплотнения зазоров, как показано в элементе проточной части (ðèñ. 3), используются бандажи сложной конст-

рукции с радиальными гребешками;

хотя диафрагмы отсутствуют, кольцевая сопловая решетка имеет горизонтальный разъем. Возможна применяемая в некоторых своих турбинах фирмой “Сименс” горшковая конструкция ЦВД, где этого разъема нет, но она весьма сложна при монтаже и ремонте;

при однопоточной конструкции цилиндров или несимметричном расположении реактивных ступеней в цилиндрах с разным направлением потоков для восприятия осевого усилия необходим думмис с заметными протечками и соответственно снижением КПД всей турбины;

при небольшом объемном пропуске пара Gv в первых ступенях могут быть столь малые высоты лопаток, что необходим был бы парциальный подвод, который из-за большого pñ недопустим. Интересно, что в некоторых своих даже достаточно мощных турбинах фирма “Сименс”, отказавшись от соплового парораспределения, выполняет первую ступень с нулевой реактивностью.

В настоящее время осталось немного фирм, выпускающих энергетические турбины реактивной конструкции. До недавнего времени одной из них была фирма “Сименс”. В последние годы большинство фирм стало использовать новые методы аэродинамического совершенствования проточных частей различных типов. Фирма “Сименс” также посвятила им серию статей и докладов в 1995 – 1998 гг. [7 и др.]. При этом часто использовались идеи и разработки МЭИ [3].

Наиболее характерной является статья [8] с нетрадиционным названием “Активный? Реактивный? С переменной активностью!”. Суть отказа от повсеместного (кроме ЦНД) значения ñð = 0,5 заключается в применении и в сопловых и в рабочих решетках сначала “саблевидных” лопаток, а сей- час, так называемого, “контролируемого трехмерного облопачивания”, сочетаемого с “саблевидностью”. Пример одной из таких лопаток показан на ðèñ. 4. С помощью таких сопловых и рабочих лопаток в аэродинамически неблагоприятных зонах снижен удельный расход пара, меньше по высоте ступени абсолютные значения градиента dp/dr в межвенцовом зазоре, а следовательно, ниже и пе-

# & 6& / + 9 9

B , C

риферийная реактивность ïåð. В среднем же по высоте характеристики лопаток и всей ступени практически неизменны (ðèñ. 5). Фирмой “Сименс” недавно выпущен агрегат мощностью Ný = 660 МВт, где такое совершенствование повысило КПД некоторых ступеней на 2%.

Классические турбины реактивного типа для энергетики изготавливают фирмы “Мицубиси”, “Броун-Бовери” (теперь “Альстом”) и для АЭС – американская фирма “Вестингауз”.

При использовании примерно одного уровня аэродинамического совершенства проточной части, одинаковой системы регенерации, парораспределения, частоты вращения и параметров пара энергетические ПТУ разных фирм и заводов независимо от типа проточной части имеют приблизительно одинаковые экономичность, уровень надежности, стоимость и экологические показатели.

Большинство работающих и строящихся мощных турбин АЭС в Европе, США и Японии – тихоходные с четырехполюсными электрогенератора-

ми. Исключение – турбины завода “Турбоатом” для АЭС с реакторами РБМК, турбины ЛМЗ для АЭС с реакторами ВВЭР-1000, ряд турбин фирмы “Парсонс” при n = 50 ñ–1.

В [11] руководство КБ ЛМЗ, анализируя конструкции своих турбин, полагает целесообразным использовать вместо активной проточную часть реактивного типа в ЦВД турбин с электрической мощностью 200 и 300 МВт (ðèñ. 6).

Ступени активного типа в течение длительного времени отрабатывались и оптимизировались в лаборатории ЛМЗ. Для уверенного применения реактивного облопачивания необходимы аналогичные теоретические и особенно опытные исследования с обязательным учетом протечек.

Вывод

В настоящее время при создании новых паровых турбин разного назначения проточные части с активным и реактивным облопачиванием имеют примерно одинаковые интегральные показатели. Вместе с тем число фирм, выпускающих турбины реактивного типа, и номенклатура таких агрегатов сокращаются, особенно в Европе. Турбинные заводы в России и на Украине в последние годы в определенной мере отстали по экспериментальным исследованиям и оптимизации проточных ча- стей. Предложения о переходе к новому облопачи- ванию реактивного типа, сделанные в [11], требу-

ют в этих условиях более глубокого анализа и обоснования.

Список литературы

1.Щегляев А. В. Паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1993.

2.Трухний А. Д. Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1990.

3.Огурцов А. П., Трояновский Б. М. Влияние эффективности проточной части паровой турбины на КПД турбоустановки. – Тяжелое машиностроение, 1996, ¹ 9.

4.Perfomance Improvement Technology for Marine Propulsen Steam Turbine / Suguro Y., Masuzawa C., Takomaba H., Tsutsuma M. – Mitsubishi Heavi Int. Techn. Rev., 1993, ¹ 1.

5.Экспериментальное исследование аэродинамических венцовых сил в турбинной ступени / Костюк А. Г., Серков С. А., Наумов В. В., Петрунин Б. Н. – Теплоэнергетика, 1992, ¹ 3.

6.Cofer J., Reiniker J., Summer W. Advances in Steam Pach Technology / – GE Power Generation, 1992.

7.Oeynhausen H., Drosdziok A., Deckers M. Dampfturbinen fur die neue Kraftwerksgeneration. – VGB Kraftwerkstechnik, 1996, ¹ 12.

8.Gleichdruck? Uberdruck? Variablerdruck!/ Simon V., Oeynhausen H., Barkner R., Erich K. – VGB Kraftwerkstechnik, 1997, ¹ 9.

9.Äåé÷ Ì. Å. Газодинамика решеток турбомашин. М.: Энергоатомиздат, 1996.

10.Bald A., Heisinger K. Energieerzeugung mit fortschriftlichen Dampfkraftwerken entlastet die Umwelt. – Siemens Power Journal, 1996, ¹ 1.

11.Лисянский А. С., Назаров В. В. Паротурбостроение ЛМЗ в современных условиях. – Электрические станции, 2000, ¹ 12.