1.3 Пути повышения эффективности и корозионной устойчивости лопаток последних ступеней цсд и цнд

1.3.2.2. Использование саблевидных лопаток

Одним из путей повышения эффективности ЦНД конденсационных и теплофикационных паровых тур­бин как на номинальном, так и на переменных режимах является выполнение сопловых лопаток последней сту­пени саблевидными. Данное техническое решение, предложенное МЭИ более 30 лет назад [8], в настоящее время широко применяется в турбинах некоторых зару­бежных фирм (Сименс, Мицубиси) и положительно влияет на экономичность их работы. Повышение эф­фективности последней ступени обеспечивается при этом в первую очередь путем увеличения реактивности в нижней половине ступени и снижения градиента ее изменения по высоте, а также выравнивания по радиусу поля выходных скоростей, что, кроме уменьшения по­терь с выходной скоростью, значительно улучшает ус­ловия работы выхлопного патрубка. Кроме того, в кана­лах, образованных саблевидными лопатками, снижает­ся поперечный градиент давления, что способствует уменьшению концевых потерь.

В настоящее время разработана методика квазипространственного расчета, позволяющая производить вы­бор оптимальной конструкции соплового аппарата и ступени в целом [9]. На базе расчетных исследований с использованием данной методики сотрудники ОАО ЛМЗ разрабатывают ступени с саблевидными лопатка­ми для мощных конденсационных турбин. Проведен­ный анализ показал, что применение данного техниче­ского решения в ступени с лопаткой последней ступени высотой 960 мм повышает ее экономичность на номи­нальном режиме на 2…3 %, а в режимах с уменьшен­ным объемным расходом пара в ЦНД — более чем на 5…6 % (рисунок 1.5). Такие режимы, как известно, реализу­ются в теплофикационных турбоустановках практиче­ски в течение всего отопительного периода и в значительной степени в летние месяцы. Создание соплового аппарата последней ступени с саблевидными лопатками для этих турбин является перспективной задачей.

Рисунок 1.5 - Влияние саблевидности сопловых лопаток на экономичность последней ступени с высотой лопаток L=960 мм (относительный объемный расход пара)

1.3.2.4 Снижение интенсивности коррозионных и эрози­онных повреждений элементов проточной части

Практика эксплуатации теплофикационных турбин, не имеющих промежуточного перегрева пара, выявила повышенный эрозионный износ входных кромок рабо­чих лопаток ЦНД и коррозионные повреждения лопаточного аппарата и дисков ЦСД, работающих в зоне фазового перехода. Кардинальное решение указанных проблем связано с разработкой и реализацией меро­приятий по совершенствованию конструкции проточной части. Представляет интерес исследование возможности облегчения условий эксплуатации с помощью режимных мероприятий. Одним их таких мероприятий является реализация режимов работы турбины со скользящим давлением свежего пара при сохранении и даже увеличении его температуры. Такая организация работы энергоблока в условиях частичных паровых нагрузок приводит к повышению начальной энтальпии пара во всех промежуточных ступенях. В результате точка фазового перехода (р_ф, t_ф) сдвигается в область меньших температур, что должно благоприятно сказаться на условиях работы лопаточного аппарата, подверженного коррозионному воздействию. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные показывают прямую зависимость интенсивности коррозионного процесса от температуры (повышение в 2-3 раза при ростеt_ф на каждые 10⁰). При эксплуатации теплофикационной турбины в режимах скользящего давления не только снижается уровень температуры в течке фазового перехода, но и уменьшается продолжительность работы отдельных ступеней в этой зоне, так как в зависимости от нагрузки турбины она располагается в разных ступенях [10].

Одним из основных факторов, влияющих на интенсивность эрозии входных рабочих лопаток ступеней низкого давления, является высокий уровень сте­пени влажности пара, поступающего в ЧНД. Переход турбины на работу со скользящим давлением свежего пара позволяет ее уменьшить практически на всех возможных режимах.

Повышенный эрозионных износ рабочих лопаток связан также с особенностями течения рабочей среды в первой ступени ЦНД, имеющей регулирующую поворотную диафрагму. Как показали расчеты, учитываю­щие реальную картину течения в сопловом аппарате этой ступени, действительные потери энергии в РД существенно ниже, а степень влажности соответственно выше, чем определяемые по традиционной методике при условии «чистого» дросселирования [10, 11]. В со­ответствии с результатами расчетных исследований для реальных условий работы теплофикационных турбин, не имеющих промежуточного перегрева пара, степень влажности уже и первой ступени низкого давления в диапазоне режимов при = 0,1...0,2 может превышать 6...11 % (в зависимости от давления в нижнем отборе), причем в большинстве случаев она оказывалась выше, чем в номинальном конденсационном режиме. Следует отметить, что для современных конденсационных тур­бин допускаемый уровень конечной (за последней сту­пенью) степени влажности составляет не более 8...9%.

В связи с этим представляются целесообразными организация глубокой сепарации влаги пара перед его поступлением в ЧНД, а также усовершенствование сис­темы влагоудаления из ступеней низкого давления на основе уточненных данных по массовому количест­ву влаги, структуре течения и параметрам пара в про­точной части на переменных режимах.