Теплофикационные паровые турбины - Повышение эрозионной надежности лопаточного аппарата ЧНД

Глава 3. Повышение надежности теплофикационных турбин

1. Повышение эрозионной надежности лопаточного аппарата ЧНД

Практика эксплуатации теплофикационных турбин, особенно турбин, не имеющих промежуточного перегрева пара, показала, что входные кромки рабочих лопаток ступеней низкого давления подвергаются значительному эрозионному износу, который имеет место не только в последних, но и в первых ступенях ЧНД. Несмотря на то, что в ЧНД теплофикационных турбин используются более короткие лопатки, интенсивность их эрозии во многих случаях выше, чем в конденсационных.
Повышенный эрозионный износ лопаток теплофикационных турбин связан с рядом объективных причин. Выделим из них две.

1. Процесс расширения пара в ЧНД теплофикационных турбин, не имеющих промежуточного перегрева пара, в отличие от конденсационных, происходит в области более высокой влажности. При этом в конце процесса расширения за последней ступенью степень влажности пара составляет 12... 14%, тогда как в конденсационных турбинах она не превышает 8...9% (рис. 13.1).
2. На переменных режимах в конденсационных турбинах при уменьшении расхода пара пропорционально снижается давление в ступенях, процесс расширения сдвигается вправо, что, естественно, приводит к снижению влажности. В теплофикационных турбинах при наличии теплофикационного отбора давление пара перед ЧНД при неизменном расходе рабочего тела через турбину снижается (в пределе до 20 кПа), что приводит к увеличению степени влажности пара перед ЧНД, которая может достигать 10% и более (см. рис. 13.1).

Кроме того, предварительный анализ дает основание считать, что повышенный износ рабочих лопаток может быть связан с особенностями работы в переменных режимах первых ступеней ЧНД, имеющих регулирующую поворотную диафрагму. Как известно, в отопительный период необходимый для заданного подогрева сетевой воды расход пара в отопительные отборы обеспечивается соответствующим изменением расхода пара в ЧНД, что достигается изменением степени открытия РД.  Как было показано в п. 9, реальный процесс расширения пара в ЧНД в этих условиях существенно отличается от процесса, определяемого традиционным методом в предположении “чистого” дросселирования в щелях РД. В связи с этим, действительные величины степени влажности и количества влаги в ступенях ЧНД могут значительно превышать ожидаемые и существенно зависят от режима работы (давления в отборе, степени открытия диафрагмы).

Рис. 13.1. Процесс расширения пара в ступенях ЧНД

Отсутствие надежных данных о количестве влаги в ступенях ЧНД не позволяет обоснованно подойти к созданию эффективных систем влагоудаления в проточной части.
Таким образом, весьма актуальным является проведение исследований переменных режимов работы теплофикационных турбин и выявление влияния основных эксплуатационных факторов (расход пара в ЦНД, давление в камере нижнего теплофикационного отбора, расход и начальная температура сетевой воды, подогреваемой в сетевых подогревателях, степень открытия РД ЦНД и др.) на величины степени влажности пара и количество процессной влаги в ступенях ЦНД, которые определяют эрозионную надежность лопаточного аппарата ЦНД и эффективность существующих систем влагоудаления.
Указанные исследования были проведены с использованием рассмотренной выше методики расчета (см. п. 9) пространственного течения среды в проточной части низкого давления теплофикационных турбин. Кроме того, были использованы основанные на обобщенных экспериментальных данных математические модели теплофикационных турбоустановок, которые адекватно отражают эффективность их работы в переменных режимах.

Приведенные ниже результаты исследований относятся к турбине типа Т-185/220-130 ТМЗ, имеющей трехступенчатую ЧНД. Выявленные закономерности характерны и для других теплофикационных турбин без промежуточного перегрева пара.

Влияние основных режимных факторов на уровень степени влажности пара на входе в ЦНД.

Степень влажности пара перед ЦНД является одним из основных факторов, определяющих эрозионную надежность лопаточного аппарата последующих ступеней. Очевидно, что величина указанного параметра связана с параметрами свежего пара перед турбиной и действительным тепловым перепадом всех предотборных ступеней. 

Последний, в свою очередь, определяется расходом свежего пара и противодавлением (давлением рн перед ЦНД, т.е. в камере нижнего теплофикационного отбора). С другой стороны, расход свежего пара зависит от заданной тепловой нагрузки регулируемых отборов QT и расхода пара Gцнд в ЦНД. Таким образом, для анализа переменных режимов ЦНД теплофикационных турбин в качестве независимых режимных факторов целесообразно использовать           , совокупность которых в достаточно полной мере (при условии неизменности давления в конденсаторе рк) определяет условия работы ступеней низкого давления.
Характерной особенностью теплофикационных турбин (в отличие от конденсационных) является широкий спектр возможных режимов работы. При этом давление пара в камере нижнего теплофикационного отбора может изменяться в несколько раз (как правило, диапазон регулируемого давления составляет 0,03...0,20 МПа), а величины отпуска теплоты из отборов и расхода пара в ЦНД изменяются от номинального до нулевого значения. Соответственно и степень влажности пара ун перед ЦНД изменяется в очень широком диапазоне. Для иллюстрации сказанного на рис. 13.2 приведены расчетные зависимостии рн (здесь расход пара в ЦНД в номинальном конденсационном режиме и номинальная тепловая нагрузка).

В конденсационных режимах, как известно, тепловые перепады во всех промежуточных ступенях турбины и их относительный внутренний к.п.д. мало зависят от расхода пара. Поэтому уровень ун зависит в основном от условий работы первой (регулирующей) ступени турбины, которые определяются только относительным расходом свежего пара G0. 

Как уже указывалось, определенное влияние на уровень влажности пара на входе в ЦНД оказывают параметры свежего пара и прежде всего - его температура ί0. В этой связи следует отметить, что действующими инструкциями по эксплуатации паровых турбин допускается возможность отклонения ί0 от номинального значения (как правило на ± 10 °C ). 

Очевидно, что отклонение t0 от номинального значения будет приводить и к изменению степени влажности пара перед ЦНД. Как показывают детальные расчеты, изменение t0 достаточно ощутимо сказывается на ун. Так, в соответствии с представленными на рис. 13.4 данными, снижение t0 на 10 °C от номинального значения приводит к возрастанию степени влажности пара перед ЦНД в конденсационных режимах на 0,5...0,52%, а в режимах с включенными отборами пара - на 0,46...0,63% в зависимости от