Характеристики естественного остывания высокотемпературных цилиндров паровых турбин в зоне низких температур

Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Тип турбины, цилиндр
			К- 300 -240 ХТЗ		К-300-240 ЛМЗ			К-500-240-2			К-800-240
			ЦВД	ЦСД		ЦВД	ЦСД	ЦВД	ЦСД	ЦВД		ЦСД
Темп остывания	m	1/час	0,007 -0,0075	0,0155		0,0074-0,0083	0,0150-0,0170	0,0070- 0,0075	0,00875	0,0075		0,0085
Скорость остывания при 250º С при 200º С при 150º С	ν1 ν1 ν1	град/час град/час град/час	1,5-1,65 1,2-1,35 0,91-,97	3,41 2,8 2,0		1,63-1,83 1,33-1,49 0,96-1,1	3,30-3,74 2,7-3,1 1,95-2,21	1,54-1,65 1,25-1,30 0,88-0,94	1,925 1,53 1,1	1,65 1,3 0,94		1,87 1,5 1,06
Время остывания на 10ºС при 250º С при 200º С при 150º С	τ10 τ10 τ10	час час час	6,1-6,5 7,4-7,9 10,-11,0	2,9 3,6 5,0		5,5-6,1 6,7-7,5 9,3-10,4	2,7-3,0 3,2-3,7 4,5-5,1	6,1-6,5 7,6-8,2 10,7-11,3	5,2 6,5 9,1	6,1 7,6 10,6		5,3 6,7 9,4

5.Факторы, влияющие на надёжность турбины при отключении системы смазки

Основным фактором, препятствующим раннему отключению системы смазки ( СС ), является опасность недопустимого разогрева подшипников. При работе СС шейка ротора в зоне подшипника омывается маслом, обеспечивающим её охлаждение до температур, близких к температуре масла. При отключении СС интенсивность теплоотвода от ротора в этой зоне падает, а за счёт передачи теплоты по телу ротора от более нагретой паровпускной зоны к холодной шейке температуры последней и баббита подшипников начинает расти. Вначале – после отключения системы смазки – этот рост происходит быстро, так как отвод теплоты от шейки ротора маслом прекращается, а тепловой поток оси ротора сохраняется на высоком уровне из-за значительной разности между температурой металла ротора в зоне паровпуска и температурой металла ротора в районе подшипника. Однако по мере возрастания температуры ротора в зоне подшипника происходят изменения в характере теплообмена: возрастание разности температуры шейки ротора в зоне подшипника и окружающей среды увеличивают количество теплоты, передаваемой этой среде ротором; с другой стороны, падает разность температур вдоль оси ротора и уменьшается осевой поток теплоты, передаваемый в зону подшипника теплопроводностью. Поэтому по мере роста температуры ротора в зоне подшипника, скорость этого роста падает и, наконец, при определённой температуре тепловое состояние ротора в зоне подшипника стабилизируется, а рост температуры в этой зоне прекращается. Проблема заключается в том, при каком уровне температуры ротора произойдёт стабилизация его теплового состояния : будет ли эта температура "умеренной", т.е. не вызывающей повреждение баббита подшипника, или она окажется недопустимой с точки зрения повреждения баббита.

Очевидно, что чем выше температура ротора в наиболее нагретой зоне, тем выше может быть его температура в зоне подшипника при стабилизации теплового состояния после отключения СС. Однако на связь этих двух факторов влияет целый ряд других обстоятельств. Температура ротора в наиболее горячей зоне непосредственно не замеряется, поэтому о её величине судят косвенно: чаще всего предполагается, что замеряемая температура металла (в зоне паровпуска наружного корпуса) и температура ротора в наиболее горячей зоне совпадают или достаточно близки друг к другу. Такое предположение не всегда справедливо даже в случае естественного остывания цилиндров однокорпусной конструкции. Существенно более сложной является связь измеряемых температур корпуса и температуры ротора в случае двухкорпусных конструкций цилиндра. Кроме того, даже поверхностный анализ позволяет утверждать, что и динамика процесса изменения температуры в зоне подшипника после отключения СС, и максимальная температура, которая при этом достигается, существенно зависят от других конструктивных особенностей конкретной турбины: расстояния от зоны наибольших температур ротора до зоны подшипника; конструкции опорных и упорного подшипников, количества опорных подшипников между ЦВД и ЦСД (один или два), конструкции цилиндров высокого и среднего давления (наличие или отсутствие внутреннего корпуса): схемы подвода пара и его движения в цилиндре – петлевой или прямоточной, числа потоков цилиндра; протяженности зоны концевых уплотнений и др. Учёт всех этих факторов возможен лишь при конкретном анализе для турбины определённого типа. Некоторые параметры (например, изменение температуры ротора в зависимости от замеряемой температуры корпуса ) могут быть определены только расчетным путём – путём математического моделирования.

С другой стороны, очевидно, что процесс изменения теплового состояния ротора в зоне подшипников после отключения СС, зависит не только от его наибольшей температуры (в наиболее горячей зоне), но и от характера (эпюры) распределения температур по длине ротора и корпуса. В свою очередь, эпюра распределения температуры существенно зависит от режима остановки: эпюра распределения температуры по длине корпуса при естественном остывании отличается от той же эпюры при принудительно расхолаживании. В последнем случае существенное влияние оказывает способ расхолаживания; при расхолаживании под нагрузкой температура пара по ходу проточной части заметно снижается; при расхолаживании низкопотенциальным паром температура его по проточной части меняется слабо; то же относится и к форсированному охлаждению турбины воздухом .

Важную роль играет температура агента, омывающего ротор в зоне концевых уплотнений (КУ) в период, предшествующий отключению системы смазки. В процессе принудительного расхолаживания часто используется подача горячего пара на КУ цилиндров для снижения лимитирующего влияния относительного близкого к соответствующему подшипнику – после отключения подачи масла на подшипник в этом случае возникают большие перетоки теплоты от разогретого участка в зоне подшипника, вызывая значительное повышение температуры последнего.

Для предварительного анализа ситуаций, возникающих при реализации тех или иных вариантов технологии останова на турбине с данными конструктивными особенностями перспективен путь моделирования процессов остывания. Он позволяет, не подвергая риску оборудование, создать (на модели) самые маловероятные ситуации и детально проанализировать влияние всевозможных факторов на состояние критических элементов турбины. Кроме того, этот путь позволяет значительно сократить число экспериментов, проводимых непосредственно на турбинах определённого типа , т.к. с помощью моделей режимы останова могут быть оптимизированы .

Однако чисто расчётный путь для решения вопроса о выборе предельной температуры, при которой возможно отключение СС, невозможен. Получаемые с помощью моделей результаты зависят от точности задания граничных условий теплообмена, а также от точности самих моделей . Сложность конструкции турбины, сложность условий теплообмена между металлом остывающей турбины и окружающей средой не позволяют определить граничные условия аналитически. В настоящее время они могут быть определены только для конкретной турбины экспериментальным путём. Эксперимент необходим также и для проверки рекомендаций , полученных на моделях. Таким образом, оптимальный путь решения поставленной задачи – расчетно – экспериментальный: эксперимент используется для идентификации модели и проверки полученных с её помощью рекомендаций; расчетное исследование режимов останова на модели обеспечивают предварительную оптимизацию режима.