Котлоагрегаты

Другие объекты

Разное


Designed by:
Joomla Templates

Конструктивные особенности.

 

Освоение сверхкритического давления свежего пара и резкий рост единичной мощности блоков определили ряд конструктивных, схемных и режимно-эксплуатационных особенностей турбоустановок СКД и обусловили во многих случаях качественно новый подход к созданию некоторых узлов и элементов основного и вспомогательного оборудования турбоустановок К-500-240-2. Термодинамические свойства пара СКД существенно отличаются от свойств пара докритических параметров практически по всем основным показателям (плотность, теплоемкость и т. д.). Важнейшими особенностями СКД являются нулевая скрытая теплота парообразования и относительно малая разница плотностей рабочего тела ниже и выше точки максимальной теплоемкости, что предопределяет исключительно прямоточную конструкцию котлоагрегатов для блоков СКД. Значительное влияние на конструктивные и режимные характеристики узлов высокого давления оказывает повышенный спад температуры пара при его дросселировании. Высокие значения плотности пара (и критерия Рейнольдса) обусловливают большую интенсивность теплообмена в трубопроводах и узлах высокого давления, требуя качественной изоляции и реализации мероприятий по предотвращению значительных термических напряжений в металле этих элементов при нестационарных режимах.

Применение пара СКД и одновременный рост единичной мощности агрегатов привели к значительному увеличению толщин стенок и геометрических размеров корпусов и их фланцевых соединений, клапанов парораспределения и трубопроводов. Наряду с интенсификацией теплообмена эти факторы потребовали особого подхода к обеспечению надежности переходных и, в частности, пусковых режимов блоков. Термические деформации, вызванные значительными температурными разностями по толщине стенок и ширине фланцев, при освоении первых блоков СКД нередко приводили к повреждениям уплотнений, остаточным деформациям фланцев и расточек корпусов и снижению экономичности. В результате анализа этих повреждений выявилась целесообразность трехстенной конструкции паровпускной части ЦВД (сопловые коробки, внутренний и наружный корпуса), развитой системы обогрева фланцевых соединений н т. д.

Рост начального давления обусловил повышение силовых деформаций корпуса и элементов проточной части ЦВД. Это в первую очередь касается торцевых частей корпуса. Увеличение перепадов давления на ступенях определило существенный прогиб диафрагм и обойм ЦВД, что оказывает значительное влияние на выбор осевых зазоров в проточной части.

Значительная плотность пара СКД предъявила соответствующие требования к конструкции стопорных и регулирующих клапанов, корпусов и разъемных элементов проточной части Этот фактор вместе с повышенными перепадами давления в стационарных и в особенности в переходных режимах эксплуатации обусловил необходимость предотвращения размывов запорных органов и разъемных деталей. В связи с изложенным потребовалось внедрение специальной технологии упрочнения посадочных мест клапанов, значительных усилий затяжки разъемов корпусов и применение крепежа разъемов не только обойм, но и диафрагм ЦВД Необходимо иметь в виду, что вследствие повышенного перепада давлений на клапанах в режиме полного сброса нагрузки даже незначительная неплотность органов парораспределения может привести к неконтролируемому существенному пропуск пара через них и вызвать разгон турбины.

Резко возросли динамические усилия на клапанах ЦВД, особенно в переходных режимах. Из соображений надежности парораспределения на турбоагрегатах СКД завод отказался от регулирующих клапанов со специальными встроенными разгрузочными клапанами. Это повлекло за собой увеличение количества регулирующих клапанов, причем разгрузка каждого последующего (в порядке открытия) клапана осуществляется с помощью предыдущего клапана. Малое количество регулирующих клапанов в условиях отсутствия разгрузочных клапанов привело бы к необходимости резкого увеличения мощности и размеров сервомоторов, что отрицательно сказывается на быстродействии парораспределения.

Для повышения приемистости энергоблока в режимах наброса нагрузки применяется способ динамического «переоткрытия» клапанов ЦВД, благодаря которому инерционность системы промперегрева частично компенсируется динамической форсировкой проточной части высокого давления.

Однако динамическое «переоткрытие» клапанов ЦВД не решает полностью проблему мгновенной форсировки блока, в особенности с прямоточным котлом, потому, что, во-первых, резкое открытие клапанов приводит к быстрому падению давления свежего пара, иногда вплоть до срабатывания защиты котла, во-вторых, такой котел не обеспечивает соответствующее быстрое восстановление начального давления. В связи с изложенным изучаются также другие способы динамической форсировки блока, в том числе временное полное или частичное отключение ПВД.

Увеличение числа клапанов сделало конструктивно невозможным размещение их непосредственно на корпусе ЦВД. При этом выявилась целесообразность организации блоков стопорно-регулирующих клапанов (блоков парораспределения), расположенных отдельно и связанных с паровпускной частью перепускными трубами. Длина этих труб определяется как компоновочными соображениями, так и требованиями самокомпенсации. Выполнение отдельно стоящих блоков парораспределения ЦВД решило вопросы компоновки этих узлов, облегчило условия размещения командных и исполнительных механизмов системы регулирования и парораспределения, упростило трассировку трубопроводов, однако ухудшило динамические характеристики турбоагрегата из-за появления дополнительных вредных паровых объемов перепускных трубопроводов. Компенсация этого недостатка обеспечивается повышенным быстродействием системы парораспределения на закрытие в случае сброса нагрузки.

Для турбоустановок СКД проблема уменьшения вредных паровых объемов значительно острее, чем для турбин докритических параметров, не только в связи с трудностями размещения защитных запорных органов (регулирующие и стопорные клапаны, обратные клапаны отборов) в непосредственной близости к проточной части, ко и вследствие высокого потенциала рабочего тела. Кроме того, при возрастании начальных параметров пара и единичной мощности суммарный маховой момент системы роторов турбины и генератора растет медленнее, чем работоспособность пара, заключенного во вредных паровых объемах.

При сохранении низкого давления в конденсаторе укрупнение единичной мощности турбины приводит к возрастанию объемного расхода пара и требует соответствующего увеличения суммарной площади выхлопа. Это достигается применением ступеней с большой торцевой площадью, а также увеличением количества выхлопов. Последняя ступень является одним из наиболее сложных и ответственных узлов турбины, во многом определяющих надежность и экономичность энергоблока. Поэтому отработке ее статической и динамической прочности, а также вопросам аэродинамики в широком диапазоне эксплуатационных режимов (см. гл. 16) уделяется особое внимание. Турбина К-500-240-2 при длине рабочей лопатки последней ступени 1030 мм имеет общую площадь выхлопа ЦНД около 33 м2.

Тепловой перепад, срабатываемый в проточной части ЦВД отечественных турбоагрегатов СКД, составляет более 430 кДж/кг (102 ккал/кг), что на 20% больше, чем в турбинах на начальное давление около 9 МПа (90 кгс/см2). Средний диаметр ступеней ротора ЦВД ограничивается по соображениям экономичности проточной части (так как с ростом диаметра снижаются высоты лопаток и увеличиваются концевые потери) и прочности корпусов, толщина стенки которых при заданном перепаде давлений пропорциональна диаметру. Поэтому срабатывание повышенного теплоперепада в проточной части обеспечивается соответствующим увеличением количества ступеней, что позволяет сохранить высокие КПД ступеней. В то же время в зоне повышенных давлений оптимальному тепловому перепаду на ступени соответствует значительно больший перепад давлений. Повышение перепадов давлений в проточной части обусловило существенное утолщение диафрагм ЦВД. Увеличение массы тела диафрагм потребовало рассмотрения условий их прогрева при пусках турбины и термических деформаций, возникающих при стационарных и пусковых режимах.

В особо сложных условиях работает на переменных режимах регулирующая ступень ЦВД. Повышенные перепады давлений на ступенях ЦВД определяют тенденцию к увеличению абсолютных величин протечек пара через осевые и радиальные зазоры в проточной части, что ухудшило бы экономичность турбины. Ограничение этих протечек достигается путем развития лабиринтовых уплотнений и уменьшением зазоров между неподвижными и вращающимися частями, что в принципе может снизить надежность и маневренность турбины.

Переход к сверхкритическим параметрам, таким образом, усилил противоречие между экономичностью проточной части и надежностью эксплуатации, особенно в нестационарных режимах. Оптимальное соотношение этих основных эксплуатационных показателей турбин СКД обеспечивается тщательным анализом переходных режимов с точки зрения возможных относительных перемещений корпусов с неподвижными элементами проточной части и роторов, в результате чего определяются экстремальные режимы, при которых изменения тех или иных зазоров достигают наибольших значений.

При конструировании турбоагрегата стремятся максимально уменьшить нежелательные изменения зазоров путем наиболее рационального расположения фикс-пунктов турбины, упорного подшипника, применения системы обогрева фланцевых соединений, а при эксплуатации - строгим регламентированием технологии переходных режимов. Эти мероприятия позволяют назначить минимальные осевые и радиальные зазоры в проточной части ЦВД, обеспечивающие высокий КПД турбины, без ущерба для ее надежности и маневренности. В то же время даже при уменьшенных зазорах между неподвижными и вращающимися элементами проточной части турбоагрегатов СКД абсолютные величины протечек пара через эти зазоры достигают значительных величин, что при неблагоприятных обстоятельствах может привести к самовозбуждающимся колебаниям валопровода, или так называемой низкочастотной вибрации (НЧВ) роторов Проблема НЧБ особенно остро проявилась в начальный период освоения головных блоков мощностью 500 МВт и выше.

Предотвращение НЧВ валопровода предопределило ряд конструктивных особенностей турбин СКД, среди которых необходимо отметить повышение жесткости ротора ЦВД, применение специальных типов уплотнений проточной части и выбор оптимального соотношения между осевыми и радиальными зазорами, а также разработку и внедрение сегментных опорных подшипников, обладающих повышенной виброустойчнвостью.

Одной из важных особенностей турбин СКД является повышение требований к статическим и динамическим характеристикам фундаментов. Стремление к максимальному использованию потенциала рабочего пара, отражающееся в повышении начального и снижении конечного давления, введение промежуточного перегрева пара обусловили многоцилиндровую конструкцию турбоагрегатов СКД. При этом для обеспечения надежной работы турбины потребовалась тщательная оценка динамических характеристик каждого ротора в отдельности и валопровода в целом с учетом податливости опор, силовых и частотных характеристик фундамента с целью предотвращения опасных расцентровок роторов и резонансных колебаний.

Турбины СКД отличаются повышенными абсолютными и удельными массовыми нагрузками на поперечные балки фундамента под опорами подшипников ЦВД и ЦСД, что связано с увеличением геометрических размеров и толщин стенок узлов высокого и среднего давления. На турбинах К-300-240, К-500-240 и др. отмечались возрастание коэффициента трения между подошвой опоры и фундаментной плитой из-за повышения удельных нагрузок на опорные поверхности.

В связи с относительно малыми осевыми и радиальными зазорами в проточной части, применением жестких соединений муфт роторов, наличием попарно близко расположенных опорных подшипников турбоагрегаты СКД предъявляют более жесткие требования к качеству центровки валопровода и эксплуатационным изменениям положений опор подшипников Приходится учитывать такие факторы, как всплытие роторов на масляной пленке, перемещения встроенных опор подшипников ЦНД и генератора под действием вакуума в конденсаторе и давления водорода в корпусе генератора, подъем опор подшипников ЦВД и ЦСД в результате нагрева колонн фундамента, расположенных в зоне трассировки горячих паропроводов, и т д К числу факторов, оказывающих существенное влияние на центровку, относится стабильность верхней плиты фундамента в процессе длительной эксплуатации, усадочные деформации и жесткость нижней его плиты

Исследования, проведенные на опытно-промышленной турбоустановке К-500-240, позволили выработать обоснованные требования к фундаментам и внедрить соответствующие мероприятия на первом серийном блоке мощностью 500 МВт. Надежность турбины в значительной мере зависит от разгрузки роторов от повышенных осевых усилий и увеличения несущей способности упорного подшипника . Для однопоточных цилиндров высокого и среднего давления турбин с промперегревом полная разгрузка роторов от осевых усилий на любых режимах эксплуатации практически невозможна. Это связано в первую очередь с широким диапазоном стационарных и переходных режимов, отличающихся перепадами давлений на ступенях проточной части и думмисах.