Актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что в условиях современного рынка электроэнергии предъявляются повышенные требования к надежности и экономичности генерирующего оборудования ТЭС. К мощным теплофикационным турбинам предъявляются дополнительные требования, обусловленные необходимостью длительной работы турбин в течение отопительного периода без остановов.
Как показывает опыт эксплуатации, у каждого типоразмера турбин в ряде узлов имеются конструктивные недостатки, устранение которых могло бы значительно повысить их надежность. Кроме того, за время, прошедшее с момента ввода в эксплуатацию турбин, появились новые разработки, применение которых также могло бы значительно повысить надежность и экономичность уже эксплуатируемых агрегатов.
Для решения задачи повышения надежности и экономичности эксплуатируемых мощных теплофикационных турбин необходимо провести комплекс натурных исследований в условиях эксплуатации по возможности применения и эффективности реализации ряда разработанных мероприятий для каждого типоразмера турбин.
Турбины Т-175/210-130/15 и Т-185/220-130/15 (турбины типа Т-175-130) ЗАО «УТЗ» в ряду мощных теплофикационных турбин занимают одно из ведущих мест. К настоящему времени в эксплуатации находится 18 турбин типа Т-175-130, из них 16 в РФ, в т.ч. 3 на Омской ТЭЦ-5. Особенности работы энергосистемы Омской области обуславливают необходимость большого числа часов использования турбин Т-175-130 на Омской ТЭЦ-5 и их эксплуатацию в течение года с различной нагрузкой (от 50 до 170 МВт). За время эксплуатации турбин на Омской ТЭЦ-5 с 1982 по 2010 г. выполнен комплекс исследовательских работ по повышению их надежности и эффективности. Обобщение этих исследований и опыта эксплуатации турбин, особенно с учетом конкретных условий эксплуатации, представляет несомненный интерес как для эксплуатационного персонала ТЭЦ, так и для разработчиков турбин. Такая обобщенная информация позволит осознанно решать проблемы дальнейшего совершенствования этих (и других типоразмеров) турбин на всех этапах их жизненного цикла.
Целью работы является повышение надежности и экономичности теплофикационных паровых турбин на основе разработки, исследования и опытно-промышленной апробации комплекса эксплуатационных, ремонтных и реконструктивных мероприятий.
Научная новизна состоит в следующем:
- собраны и обобщены данные по надежности работы 16 турбин типа Т-175-130, эксплуатируемых на 11 ТЭЦ; выполнено комплексное исследование показателей надежности этих турбин, дефектов, вызвавших отказы турбин, и повреждений, выявленных в процессе их ремонтов; на основе результатов исследования определены узлы турбин, имеющие наименьшую надежность; собрана и обобщена информация для базы данных по дефектам, вызывающим отказы, а также по повреждениям, выявленным в процессе ремонта турбин;
- на основе статистического анализа показателей надежности с применением непараметрического критерия Уилкинсона обоснована возможность распространения данных, которые получены при исследовании надежности турбин, работающих на Омской ТЭЦ-5, на однотипные турбины с учетом конкретных условий эксплуатации;
- подтверждена возможность и оценена эффективность работы турбины Т-175-130 с полностью закрытыми уплотненными регулирующими диафрагмами ЦНД и новой кольцевой системой охлаждения выхлопного патрубка, которая обеспечивает поддержание нормального теплового состояния выхлопного патрубка турбины (максимальная температура выхлопного патрубка не превышает 60 °С) и предотвращает эрозионное повреждение выходных кромок лопаток;
- исследованы мероприятия по повышению надежности и эффективности проточной части турбин Т-175-130; подтверждено, что реконструкция ЦНД турбин Т-175-130 путем перехода с трехступенчатой проточной части на двухступенчатую с высотой лопатки последней ступени каждого потока 660 мм в условиях эксплуатации на Омской ТЭЦ-5 обеспечивает круглогодичный положительный эффект (увеличение мощности в зависимости от режимов работы турбины и времени года составляет от 0,7 до1,5 МВт);
- показано, что установка пластин из биметалла сталь-бронзографита обеспечила снижение сил трения на поверхностях скольжения корпусов подшипников и долговременный (более 5 лет) эффект улучшения процесса тепловых расширений турбины.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты уже используются при эксплуатации и ремонте турбин Т-175-130 в условиях Омской ТЭЦ-5, а также при реконструкции других турбин этого типоразмера на ЗАО «УТЗ» и ОАО «Теплоэнергосервис».
Результаты исследования системы тепловых расширений турбин и эффективности реализации мероприятий по их нормализации могут быть использованы на других паровых турбинах.
Исследование комплекса мероприятий по модернизации ЦНД позволяет распространить имеющийся опыт на все турбины Т-175-130 и на основе данных, полученных при анализе режимов работы модернизированного ЦНД, определять целесообразность такой модернизации с учетом режимов работы турбин в условиях конкретных ТЭС.
Комплекс экспериментальных исследований методики ультразвукового контроля обода диска в районе верхних концентраторов Т-образного паза без разлопачивания диска позволил отработать наиболее эффективные технологические приемы, которые включены в РД 34.17.450-98 «Методические указания по ультразвуковому контролю без разлопачивания обода диска в районе верхних концентраторов Т-образного паза».
Достоверность и обоснованность результатов, выводов и практических рекомендаций обеспечиваются: обобщением большого объема статистических данных; использованием опыта отраслевых институтов; высокой точностью применяемых при исследованиях систем измерения и хорошей воспроизводимостью экспериментальных результатов; хорошим согласованием полученных данных с тестовыми данными других авторов; соответствием полученных результатов современным физическим представлениям.
На защиту выносятся:
1) результаты комплексного исследования показателей надежности турбин Т-175-130;
2) результаты исследований эффективности применения мероприятий по нормализации тепловых расширений турбин Т-175-130;
3) результаты реализации комплекса мероприятий по модернизации ЦНД и результаты исследований по оценке целесообразности такой модернизации с учетом режимов работы турбины в условиях конкретной ТЭС.
Личный вклад автора состоит: в сборе, анализе и обобщении статистических материалов по надежности турбин Т-175-130; постановке задач исследования и непосредственном участии в проведении работ по нормализации тепловых расширений турбин и анализе их результатов; участии в экспериментальном исследовании и анализе результатов работ по реконструкции проточной части; участии в реализации мероприятий по мониторингу состояния турбин и обобщению опыта их эксплуатации; обобщении результатов исследования и формулировке рекомендаций для инженерной практики по совершенствованию турбин Т-175/210-130 (Т-185/220-130) ЗАО «УТЗ».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы об-суждены и доложены: на второй Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта» (Екатеринбург, 1999); III, IV, V, VI Международных научно-практических конференциях «Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта» (Екатеринбург, 2002, 2004, 2007, 2009).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах, в том числе в трех публикациях в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 156 наименований. Весь материал изложен на 177 страницах, содержит 42 рисунка, 19 таблиц.
1. Выполнен анализ показателей надежности 16 турбин Т-175/210-130 производства ЗАО «УТЗ», в том числе 3-х турбин, работающих на Омской ТЭЦ-5, и определены узлы турбин, имеющие наиболее низкую надежность: элементы проточной части и система тепловых расширений.
2. На основе применения непараметрического критерия Уилкинсона выполнен сравнительный статистический анализ показателей надежности работы турбин и обоснована возможность распространения этих данных на однотипные турбины с учетом конкретных условий эксплуатации.
3. На основе анализа и обобщения перечня дефектов, выявленных в процессе ремонтов и обследований турбин, сформирована база данных по типовым дефектам и ремонтным операциям, наиболее часто выполняемым в условиях эксплуатации.
4. Опыт длительной (более 10 лет) эксплуатации турбин подтвердил высокую эффективность и надежность разработанных и реализованных мероприятий по совершенствованию проточной части среднего и низкого давления турбин:
- реконструкции ротора среднего давления с заменой цельнокованых дисков 16 и 17 ступеней на насадные;
- модернизации лопаточного аппарата 18 ступени;
- реализации методики ультразвукового контроля обода диска в районе верхних концентраторов Т-образного паза без разлопачивания диска;
- модернизации ЦНД с переходом на 2-х ступенчатую проточную часть, уплотнением РД и применением кольцевой схемы охлаждения выхлопной части ЦНД.
5. На основе выполненого комплекса экспериментальных исследований отработана методика ультразвукового контроля обода диска в районе верхних концентраторов Т-образного паза без разлопачивания диска, что позволило выявить трещины в диске 18 ступени и предотвратить его разрушение.
6. Установлены основные причины нарушений процесса перемещений корпусов подшипников турбин Т-175-130; сформирован перечень мероприятий, которые позволили практически полностью нормализовать величину тепловых расширений корпусов цилиндров:
- установка поворотных поперечных шпонок;
- установка опорных пластин из биметалла сталь-бронзографита на поверхности скольжения корпусов подшипников.
7. На основе проведенного исследования показано, что установка поворотных поперечных шпонок взамен штатных обеспечила равномерное расширение лап цилиндров в поперечном направлении на длительный период; установка пластин из биметалла сталь-бронзографита обеспечила снижение сил трения на поверхностях скольжения корпусов подшипников и долговременный (более 5 лет) эффект улучшения процесса тепловых расширений турбины.
8. На основе обобщения комплекса исследований, промышленной апробации и реализации мероприятий по повышению надежности, экономичности эксплуатации и оценки фактического технического состояния обоснована и реализована возможность совершенствования системы организации ремонтов теплофикационных турбин Т-175-130 в условиях Омской ТЭЦ-5.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
