Диссертация (Повышение абразивной стойкости лопаточного аппарата первых ступеней цилиндров высокого и среднего давления мощных паровых турбин), страница 6

В ЦКТИ разработан сепаратор [17],выполненный̆ в виде тройника с тупиковым отростком-накопителем,устанавливаемым вместо колена на участке с изменением направлениядвижения, например, с вертикального нисходящего в горизонтальный поток(за вертикально-опускным участком подводящего паропровода перед ЦВД иперед ЦСД (см. рисунок 1.29)).Данная конструкция практически полностью задерживает частицы,размерами больше 0,5 мм. Испытания также показали, что процентуловленных частиц составляет около 69÷90% в зависимости от размеровчастиц (в проведенных экспериментах их размеры составляли 0,04 ÷ 0,4 мм).Кнедостаткамданнойконструкцииследуетотнестиувеличениегидравлического сопротивления паропровода и удорожание турбоустановкиза счет разработки, изготовления и монтажа уловителей [17]. Авторами неуказана стоимость всех операций по внедрению данного устройства, ноотмечено, что затраты невелики и окупятся в течение нескольких месяцев.47Рисунок 1.29 – Сепаратор с тройниковым коленом паропровода ГПП:КСН – коллектор собственных нужд; D и d – наружный и внутреннийдиаметр трубы соответственно [17]На рисунке 1.30 показана схема конструкции сепаратора с карманомловушкой.

Данное устройство функционирует в составе сепарационнойсистемы с 2003 г. на энергоблоках ст. № 5, 6 Лукомльской ГРЭС с турбинамитипа К-300-240 ЛМЗ. Ловушка располагается в нижней зоне паропровода заколеном, где отмечается повышенное содержание твердых частиц.481 – ловушка; 2 – трубопровод диаметром 76/63; 3 – сепаратор-накопитель;4 – дренаж; 5 – трубопровод диаметром 50/45; 6 – сито отсечного клапана; 7 – узелврезки в сито; 8 – тройник Dу50; 9 – линия на обогрев фланцев и шпилек; 10 – корпусотсечного клапана; 11 – заглушка для очистки сепаратора; 12 – вентиль дренажной линииРисунок 1.30 – Эксплуатирующаяся на Лукомльской ГРЭС система дляудаления твердых частиц из паропроводов ГПП энергоблоков 300 МВт [39]Испытания, проведенные на Лукомльской ГРЭС, показали довольновысокую эффективность системы:- на блоке ст.

№ 5 за 10 часов работы из сепараторов линии «А» и «Б»было извлечено 2,15 и 3,2 кг твердых частиц соответственно;- на блоке ст. № 6 за 3003 часа работы было извлечено из сепараторовлинии «А» и «Б» 10 и 16 кг твердых частиц соответственно [39].К недостаткам данной конструкции можно отнести гидравлическиепотери на входе в ловушку, поскольку ее форма плохо обтекаемая и занимаетпочти четвертую часть проходного сечения паропровода. Еще однимнедостаткомявляетсянеоптимальная49формаконструкциивходногоустройства ловушки. Дело в том, что приведенная конструкция позволяетуловить только те частицы, которые движутся в нижней части паропровода.Разработчиками отмечена необходимая целесообразность в дальнейшемизменить форму ловушки, уменьшив ее высоту и увеличив охват периметратрубы, приблизив конструкцию к кольцевой.Для оптимизации работы сепарационной системы Лукомльской ГРЭСбыл создан сепаратор с соплом Вентури.

На рисунке 1.31 показана проточнаячасть промышленного сепаратора с соплом Вентури для установки навертикальном нисходящем – после горизонтального – участке паропровода.По мнению конструкторов, [39] данный сепаратор можно рассматривать какпредпочтительный для эксплуатации в паропроводах ГПП энергоблоков 300800 МВт.1 – паропровод; 2 – входной участок сопла Вентури;3 – цилиндрический участок сопла Вентури; 4 – диффузорный участок сопла Вентури;5 – кольцевая щель; 6 – внешний корпус; 7 – дефлектор;8 – закручивающий аппарат; 9 – накопитель; 10 – защитная решетка;11 – выходной конфузорный канал; 12 – выходной патрубокРисунок 1.31 – Проточная часть сепаратора с соплом Вентури дляпаропроводов ГПП мощных энергоблоков [39]50Тем не менее, в научно-технической литературе отсутствуют данныеопытно-промышленной эксплуатации данного устройства на энергоблоках,работающих в условиях повышенного износа проточной части, которыепозволили бы провести количественную оценку сравнения показателейизноса по отношению к другим устройствам, эксплуатирующимся ваналогичных условияхВнешний вид другого устройства для улавливания частиц приведен нарисунке1.32.Организацияпроцессаотделениячастицотпаранепосредственно в отсечном или регулирующем клапане показана нарисунке 1.33.Рисунок 1.32 – Внешний вид защитной пленки в отсечном клапанепаровой турбины Т-250/300-240511 – корпус, 2 – седло, 3 – паровое сито, 4 – крышка, 5 – направляющая втулка, 6 – тарелка,7 – шток, 8 – разгрузочный клапан, 9 – отверстия, 10 – ограничительная канавка,11 – сборная канавка, 12 – винтовые канавки, 13 – дренажные отверстияРисунок 1.33 – Схема сепарации частиц в отсечном клапанепаровой турбины Т-250/300-240 [36]Установка сепаратора данной конструкции позволяет задерживатьтвердые частицы крупных размеров (больше 2,5 мм).

К сожалению,установка сепарационных устройств не может полностью задержать всеколичество абразивных частиц, поступающих из паропроводов и исключитьих попадание в проточную часть турбин. Более того, в процессеэксплуатации отверстия в ситах (диаметрами 2,5 мм), которые призванызадерживать особо крупные частицы, могут увеличиваться и пропускатькрупные конгломераты, а также могут забиваться (см. рисунок 1.34), причемнеравномерно, что может привести к снижению пропуска пара в ЦВД иухудшению экономических показателей цилиндра и всей турбоустановки вцелом.52Рисунок 1.34 – Внешний вид парового сита отсечного клапанаТ-250/300-240 с «забитыми» пропускными отверстиями53Одним из методов снижения абразивной эрозии первых ступенейявляется увеличение осевых зазоров а между лопаточными венцами,снижающее вероятность ударов по направляющим лопаткам частиц, которыеотражаются от рабочих лопаток.

Также немаловажное значение имеетналичие осевых зазоров в надбандажных уплотнениях и перед ними. Черезэтизазорыабразивныечастицы,имеющиебольшуюокружнуюсоставляющую скорости от разгона в направляющих лопатках и от ударов орабочее колесо, могли быть отсепарированы уже в первой ступени. С учетомэтих конструктивных решений, а также за счет введения отсоса окалины изпаровой коробки ЦКТИ совместно с заводами была выполнена модернизацияпервых ступеней ЦСД (см. рисунок 1.35) на ряде турбин [17].

Необходимоотметить предложение компании General Electric по изменению геометриипрофиля сопел для «экранирования» их тонких выходных кромок.Рисунок 1.35 – Реконструкция первой ступени с целью сниженияабразивного износа: а – исходная конструкция, б- модернизация сиспользованием предложений General Electric, ЦКТИ, ЛМЗ и ТМЗ [17]54Преимущества увеличения межвенечного зазора:1.Числоотраженныхотрабочихлопатокидостигающихнаправляющих лопаток частиц, а также область их соударения снаправляющими лопатками существенно уменьшаются.2. Увеличение пути отраженных от рабочих лопаток частиц окалины всторону направляющего аппарата.3. Снижение скорости отраженных частиц4. Снижение, а иногда полное предотвращение удара по выходнымкромкам направляющих лопаток.5.

Более быстрое перемещение отраженных от рабочих лопаток частицв периферийную область зазора, откуда они вместе с продувкой могут бытьвыведены из проточной части в сепаратор.К недостаткам данной конструкции следует отнести нарушениеаэродинамики потока. При увеличении межвенечного зазора и изменениипрофилей лопаток соплового аппарата не будет обеспечиваться вход потокапара с расчетными скоростями и под оптимальным углом в рабочуюрешетку, что приведет к увеличению потерь в ступени и снижению КПД.МодернизацияпервойступениЦСД,включающаяувеличениемежвенечного зазора и установку в периферийном уплотнении системыцентробежныхпериферийныхсепараторов(СЦПС)савтономнымвнутренним отводом абразивного продукта показана на рисунке 1.36. Пооценкам специалистов экономический эффект от экономии топлива приработе одного такого устройства составляет порядка 350 тыс.

дол. в год.55Рисунок 1.36 – Модернизация первой ступени ЦСД с увеличениеммежвенечного зазора установкой уплотнительной обечайки СЦПС ивстроенного накопителя [37]Еще одним из методов борьбы с абразивным износом в зарубежнойпрактике является байпасирование ЦВД и ЦСД при пусках энергоблока, когдаиз-за резких теплосмен окалина в трубках пароперегревателей котла и впаропроводах отслаивается и наблюдается её максимальный вынос. Однако вотечественных энергоблоках ЦВД байпасируется при очень малых расходах56пара, когда его скорости ещё недостаточны для выноса окалины из первичногопароперегревателя. Это объясняется стремлением к экономии тепла при пускахи к минимизации сбросов пара в конденсатор после разворота ротора изопасения каплеударной эрозии лопаток последних ступеней.Байпасирование же особенно подверженного абразивному износу ЦСДпосле вторичного пароперегревателя в большинстве наших энергоблоковс однобайпасной пусковой схемой вообще не предусмотрено.