3 Анализ

Конструкция клапанов и их размещение относительно корпуса турбины сильно сказываются на ее маневренных возможностях.

В результате размещения корпусов регулирующих клапанов на корпусе турбины снижается маневренность турбины из-за недостаточной теплоизоляции корпуса клапана быстрое остывание по отношению к корпусу турбины и появляются трудностям при пуске из горячего состояния. Неравномерность температурного поля по окружности паровпуска при быстром разогреве корпуса клапана во время пуска приводит к короблению корпуса турбины. Поэтому при размещении регулирующих клапанов рядом с турбиной улучшается маневренность турбины. Но при этом между регулирующими клапанами и корпусом турбины появляются перепускные трубы, прогрев которых может ограничивать скорость пуска.

Для повышения маневренности необходимо тщательно выполнить теплоизоляцию турбины, регулирующих и стопорных клапанов, перепускных труб, паропроводов и арматуры на них. Это позволит избежать тепловых деформаций корпуса при остывании и большой разницы в скорости остывания перечисленных элементов, облегчит пуск из горячего состояния. 

Во многих случаях низкая маневренность турбоустановки является следствием не плохой конструкции, а несовершенства пусковой схемы. Примерами этого могут быть недостаточная пропускная способность РОУ и дренажей, не позволяющая быстро прогревать паропроводы, и большое количество запорной арматуры с ручным приводом, требующей много времени для переключений.

Для работы в режиме частых пусков и остановок турбина оснащается приборами для измерений параметров, характеризующих надежность работы при нестационарных режимах [18].

4 Применение новых опорных знаний

Пример №1 Оценим температурные напряжения в области тепловой канавки ротора одной из турбин, для которого δ = 8 мм; ρ = 1,5 мм. Примем, что при пуске максимальная разность температур в сечении вала ΔT = 60^оС, распределение температуры - квадратичное q = 2, а ротор выполнен из стали марки Р2М с характеристиками: E = 1,96 ∙ 10¹¹ Па; α_т= 13,7 ∙ 10^-6 1/К [18] .

Номинальное напряжение конструкции равно:

, (7.1)

где σ - температурные напряжения, возникающие в корне канавки;

σ_н - температурные напряжения на поверхности ротора при отсутствии канавки (номинальные напряжения);

δ - глубина канавки;

ρ - радиус скругления.

Если бы не было концентрации напряжений, то это напряжение не представляло бы опасности, так как оно в несколько раз меньше предела текучести стали Р2М, равного 600-620 МПа.

Из формулы (7.1) имеем   и, следовательно, напряжение в тепловой канавке σ = -647 МПа, что превышает предел текучести материала.

Концентрация температурных напряжений в преддисковых галтелях небольшая (отношение σ/σ_н = 2÷2,5), однако и она представляет значительную опасность. Поэтому радиус галтели выполняют максимально возможным [18].

5 Синтез

При оценке возможности увеличить скорость нагружения турбины оказалось, что в тепловых канавках ротора ЦВД возникают напряжения, приведенные в примере №1, в то время как по условиям надежной работы допускаются напряжения [σ] = -560 МПа. Каким путем можно улучшить маневренность до требуемого уровня?

Одним из возможных способов является увеличение радиуса тепловой канавки при капитальном ремонте турбины. Из формулы (1) следует, что должно быть:

, (7.2)

Решая это уравнение относительно ρ, получаем:

мм

Таким образом, требуемая маневренность может быть получена при увеличении радиуса тепловой канавки с 1,5 до 2,2 мм.

Повышение маневренности неблочных турбоустановок может быть достигнуто в результате изменения технологии пуска, в частности при пуске и нагружении турбины при полностью открытых регулирующих клапанах.

Для блоков хорошим способом увеличения маневренности является переход на регулирование нагрузки скользящим давлением [18].