"Силовые машины" разработали модульную паровую турбину К-550
"Силовые машины" расширили линейку оборудования для ТЭС и спроектировали паровую турбину К-550 по модульному принципу. Турбина предназначена для замены эксплуатируемых машин серии К-500. За счет новых технических решений турбина позволит повысить мощность турбоустановки на 18 МВт и улучшить экономичность на 1,6%. При этом "Силовые машины" разработали проект замены оборудования с сохранением фундамента энергоблока, что исключает дополнительные капитальные затраты при модернизации.
Турбины серии К-500, изготовленные в советский период и близкие к выработке ресурса (в частности, турбины К-500-240), эксплуатируются сегодня на Рефтинской, Назаровской и Троицкой ГРЭС.
Проект "Силовых машин" предусматривает сохранение компоновочного решения при установке новой турбины на существующий фундамент энергоблока - фактически турбина К-550 "Силовых машин" встраивается в силовой остров. При этом важно учитывать, что для стыковки турбины должны сохраняться места присоединения выведенного из эксплуатации оборудования и подводящих трубопроводов, а также точки опоры.
Одним из новых подходов к проектированию паровых турбин является применение принципа модульности. Модуль - это группа деталей и узлов, определяющая конструктивный облик одного цилиндра паровой турбины и неизменная для всех турбин, в которых применяется данный цилиндр. Паровые турбины, спроектированные по такому принципу, формируются из модулей цилиндров, сочетающихся между собой конструктивно и по параметрам пара. Это позволяет повысить качество и ускорить разработку рабочего проекта. А за счет использования унифицированных заготовок длинноцикловых узлов и типовых технологических процессов сокращаются сроки изготовления турбины. Такой подход создает преимущества и для изготовителя оборудования, и для заказчика.
Турбина К-550 состоит из 3 модулей: ЦВД, ЦСД и ЦНД. Модули ЦВД и ЦСД выполнены на базе турбины К-315-23,5-Р, модуль ЦНД (2 шт.) - полностью унифицирован с ЦНД турбины К-315-23,5-Р.
Современные методы проектирования и расчета проточных частей турбины, переход на новые профили облопачивания, новое построение конструкций ступеней и уплотнений в ступенях позволили увеличить максимальную мощность новой турбины К-550 на 18 МВт, а также повысить экономичность на 1,6% по сравнению с К-500. Новые технические решения также улучшают эксплуатационную надёжность и продлевают ресурс оборудования.
В числе особенностей конструкции турбины:
1) ЦВД с реактивным облопачиванием. Экономичность турбины во многом обеспечивается ЦВД с реактивным облопачиванием, имеющим следующие конструктивные особенности:
- большее количество ступеней по сравнению с активным облопачиванием, что приводит к повышению КПД цилиндра за счет увеличения коэффициента возврата тепла;
- снижение скорости пара в проточной части в связи с уменьшением перепада энтальпий на ступень и, соответственно, снижение потерь в соплах и рабочих лопатках;
- уменьшение диаметров проточной части и увеличение высоты лопаток (особенно первых ступеней), что сокращает дополнительные потери в лопаточном аппарате;
- снижение количества протечек пара в ступенях турбины из-за применения развитых диафрагменных (роторных) и надбандажных уплотнений;
- ремонтопригодный ЦВД: имеется горизонтальный разъем, при необходимости возможно провести вскрытие и ремонт в условиях станции.
2) Эффективное облопачивание ЦСД и ЦНД. Для повышения экономичности ЦСД разработана проточная часть активного типа с применением рабочих лопаток с цельнофрезерованными бандажами. На периферии рабочих лопаток использовано гарантированно бесконтактное развитое уплотнение с чередующимися гребнями ротора и статора, с большим числом усиков. Такая конструкция радиальных уплотнений обеспечивает минимальные протечки и позволяет поддерживать их состояние в условиях длительной эксплуатации. Внедрены новые эффективные профили направляющих и рабочих лопаток, геометрия которых согласована с газодинамическими расчетами потока и одновременно удовлетворяет требованиям статической и динамической прочности деталей проточной части. В составе двухпоточных симметричных ЦНД - референтная стальная рабочая лопатка последней ступени длиной 960 мм. В проточной части ЦНД применены следующие решения:
- улучшены верхние и прикорневые обводы проточной части низкого давления таким образом, чтобы придать ей по возможности плавные переходы как у периферии, так и в прикорневой зоне;
- использованы диафрагмы сварной конструкции;
- применены рабочие лопатки с цельнофрезерованными бандажами, в том числе и в последних ступенях. Цельнофрезерованные бандажи позволяют ликвидировать раскрутку пера лопаток, существенно снизить отрицательное влияние протечки пара на основной поток и улучшить течение пара по всей высоте лопаток, особенно в периферийной зоне ступени;
- удалены демпфирующие связи из рабочей части облопачивания, они перенесены в тело бандажей;
- внедрена система влагоудаления для последних ступеней, снижающая эрозионную нагрузку рабочих лопаток; входные кромки рабочих лопаток последних ступеней упрочнены с помощью лазерной закалки.
Оптимизация проточной части ЦНД проведена на основе современных программ расчета трехмерного потока.
3) Цельнокованый РНД. В турбине используется цельнокованый ротор без центрального сверления. Конструкция ротора предусматривает цельнокованые полумуфты для соединения с ротором цилиндра среднего давления и ротором генератора. Конструкция хвостового соединения рабочих лопаток и ротора с первой по третью ступень - "Т"-образная. В ступенях 4 и 5 применено торцевое "елочное" хвостовое соединение. Оно улучшает ремонтопригодность и сборку при облопачивании.
4) Применение негорючей жидкости САР. В качестве рабочей жидкости системы регулирования в мощных паровых турбинах "Силовых машин" традиционно применяется огнестойкая синтетическая жидкость. Рабочее давление в системе регулирования составляет 50 кгс/см
. Использование огнестойкой жидкости в системе регулирования вместо конденсата имеет ряд преимуществ при сохранении пожарной безопасности системы:
- повышается надежность работы системы автоматического регулирования (САР) благодаря стабильной плотности рабочей жидкости в зонах с повышенной температурой. В системах, где жидкость работает под давлением, участвует в передаче усилия или должна стабильно работать в широком диапазоне температур, вода (конденсат) может вести себя непредсказуемо. Например, при перепадах температур она может расширяться/сжиматься иначе, чем нужно, или образовывать паровые пробки, что нарушит работу системы;
- отсутствует коррозия. В конденсате, особенно если он долго находится в системе или в нём есть примеси (кислород, соли, продукты коррозии), активно идут коррозионные процессы, которые влияют на внутренние поверхности: клапаны, золотники, каналы. Это приводит к засорению, заклиниванию механизмов и может иметь серьёзные последствия. Состав огнестойкой жидкости совместим с материалами системы и не провоцирует коррозию;
- снижается риск загрязнения. В процессе работы в любую рабочую жидкость попадают механические примеси, вода (в виде эмульсии), продукты окисления. Огнестойкая жидкость имеет в составе присадки, которые помогают бороться с этим. Конденсат же изначально может быть загрязнён (например, частицами ржавчины из труб), и со временем такая смесь становится абразивной, ускоряя износ деталей системы.
Сегодня "Силовые машины" - единственная компания в России, проектирующая и изготавливающая паровые турбины большой мощности для теплоэнергетики. Компания готова к выполнению сложных задач по обновлению энергетической инфраструктуры. Разработанный проект может стать моделью для программ модернизации генерирующих мощностей с сохранением существующей строительной части энергообъектов и применением нового эффективного оборудования.
Источник:
