Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 3 31

При этом важной особенностью этой схемы является то, что

порядок открытия клапанов путём профилирования обратной

связи сервомоторов обеспечивает реализацию полноценного

соплового регулирования [П6]. Конечно, при этом желательна

определённая последовательность в открытии клапанов.

Желательно, чтобы нижние клапаны открывались первыми, что

надо учитывать при выполнении сопловых коробок, хотя это и

не является обязательным.

Указанная модернизация не требует новой масло-

станции, не увеличивает габариты, т.е. требует наименьших

затрат.

При желании, в турбине К-200-130 имеющийся

сервомотор клапанов ЦВД-ЦСД может быть сохранён для

привода клапанов ЦСД с соответствующим уменьшением

объёма сервомотора. Опыт такой модернизации уже имеется

на турбинах 200 МВт и весьма положительный.

По такой схеме на ЛМЗ проектируются с начала 90-х

годов все новые турбины при расположении клапанов на

цилиндре (как ЦВД, так и ЦСД) и может быть выполнена также

модернизация всех ранее выпущенных турбин с клапанами на

цилиндре турбины и кулачково-распределительным меха-

низмом.

Один из вариантов парораспределения ЦВД турбин

30... 140 МВт с минимальными возможными габаритами

(пружины верхних клапанов, также как и нижних, расположены

в сервомоторе, сервомоторы без рамки) показан на рис. 3.2.

3.2. Блоки клапанов, схемы их включения

При переходе к более высоким параметрам или при

увеличении габаритов клапанов часто оказывается нежела-

32 Глава 3

Рис. 3.3. Блок клапанов турбины К-800-240-5

тельной или невозможной установка регулирующих клапанов

на цилиндре турбины, и применяют отдельно стоящие клапаны.

Так, в турбине К-300-240 были установлены 7 (затем 4) таких

регулирующих клапана и два отдельно расположенных

стопорных клапана свежего пара, соединённых системой

паропроводов.

Глава 3 33

Рис. 3.4. Блок клапанов турбины К-300-240

Опыт эксплуатации показал сложность этой схемы.

Требуется выполнение большого числа дренажей для прогрева

трубопроводов при пуске и для поддержания в прогретом

состоянии паропроводов от закрытых в данный момент

регулирующих клапанов до ЦВД, а это - дополнительные

значительные потери пара в эти дренажи. Кроме того, такая

схема требует много места в машзале, имеет повышенные

потери давления в паропроводах.

34 Глава 3

Более выигрышной во всех отношениях является схема

с блоками клапанов, состоящих каждый из двух регулирующих

и одного стопорного клапанов, перемещающихся в вертикальной

плоскости, которая первоначально была спроектирована для

турбин 800 МВт [К1] и показана на рис. 3.3. Последняя

конструкция одного из таких блоков с улучшенной по сравнению

с исходной аэродинамикой поворота от стопорного к регу-

лирующему клапану показана на рис. 3.4. Трудности, которые

возникали в процессе реализации этой схемы, были связаны с

желанием иметь минимальный объём пара в перепускных

трубопроводах до турбины, что приводило к необходимости

выполнения "плавающих" блоков. Но для уменьшения силового

воздействия во время пуска и изменения режима на цилиндр

турбины от этих паропроводов и паропроводов от котла до

турбины требовалось закрепление блоков, что приводило к

некоторому увеличению вредного для динамики регулирования

объёма пара в перепускных трубах. После накопления опыта

эксплуатации компромисс был найден всё-таки в закреплении

блоков и некотором увеличении скорости пара в трубопроводах

от блоков к цилиндру. Однако, в целом потери давления свежего

пара в такой схеме паровпуска существенно меньше и составили

около 2%. Экономический эффект такого снижения потерь

давления составляет примерно 0,2% удельного расхода тепла

для турбины К-300-240 при различных вариантах его

использования (новое проектирование, модернизация, одновре-

менное некоторое увеличения расхода пара), как это следует

из подробного анализа, проведенного в [К 10]. Дополнительно

для уменьшения потерь пара на прогрев паропроводов

трубопроводы от клапанов №3 и №4 к цилиндру соединены с

трубоповодами от клапанов №1 и №2, которые открываются

Глава 3 ___________________________________ 35

Рис. 3.5. Блок клапанов турбины Т-150-70

первыми, линиями с дросселями, площади которых достаточны

только для поддержания этих труб в прогретом состоянии при

работе на частичной нагрузке. Для ускорения же прогрева

перепускных труб при пуске эти дроссели имеют байпасы [П7]

большей площади, закрывающиеся после пуска.

Дальнейшее уменьшение потерь давления в паровпуске

может быть достигнуто при переходе к блокам, клапаны

которых перемещаются в перпендикулярных плоскостях. В

качестве примера на рис. 3.5 приведена конструкция одного из

двух блоков турбины Т-150-70. Для реализации такого блока

были разработаны клапаны и сервомоторы, перемещающиеся

горизонтально, чего ранее в конструкциях ЛМЗ не прак-

тиковалось.

36 Глава 3

Рис. 3.6. Стопорный клапан турбины К-1000-60/3000

Следует отметить, что на средние параметры пара

была освоена ещё одна оригинальная конструкция блока,

имеющая весьма малое сопотивление. На рис. 3.6 показан

стопорный клапан из блока паровпуска свежего пара турбины

К-1000-60. Стопорный клапан выполнен в виде поворотной

захлопки с разгрузочным клапаном. При начале движения на

открытие пар подаётся через разгрузочный клапан и при

закрытом регулирующем клапане захлопка может быть

открыта. В открытом положении захлопка выводится из потока

и прижимается к упорам, чтобы исключить возможную

вибрацию её в потоке. Упрощение конструкции может быть

достигнуто далее выполнением разгрузочного клапана в виде

отдельно стоящего байпасного клапана со своим сервомотором.

3.3. Последовательность открытия регулирующих

клапанов ЦВД турбины

Последовательность открытия регулирующих клапанов

ЦВД зависит от ряда факторов, связанных с экономичностью,

прочностью лопаточного аппарата первых ступеней и виб-

рационной устойчивостью ротора ЦВД. При этом, как правило,

в турбинах ЛМЗ применяется парораспределение ЦВД с 4-мя

Глава 3 37

сопловыми коробками. Большее количество сопловых коробок

менее удобно чисто по конструктивным соображениям.

С точки зрения экономичности соплового регулирования

желательно начинать подвод пара к каждой последующей

группе сопел после достижения почти полного расхода через

предыдущую группу сопел. При этом на лопатках соплового

аппарата возникают изгибные напряжения, пропорциональные

разнице давления пара до этой группы сопел, с ростом загрузки

приближающегося к номинальному, и давления пара за соплами,

которое при активном облапачивании равно давлению в камере

регулирующей ступени. С ростом номинального давления пара

и мощности турбины эти напряжения растут.

Поэтому, если в турбинах К-200-130 и меньшей мощности

можно было работать при малой нагрузке на одной сопловой

коробке, то в турбине К-3 00-240 работа на одной сопловой

коробке уже не допускается, тем более не допускается это в

турбине К-800-240. С точки зрения экономичности и прочности

желательно также, чтобы открывающиеся вновь сопловые

коробки примыкали к уже открывшимся, что уменьшает потери

на "выталкивание" пара в регулирующей ступени и уменьшает

число импульсов на лопатки, "след" от которых ощущается и

на последующих ступенях ЦВД.

В турбинах меньшей мощности это менее актуально и

поэтому, например, в турбине К-200-130 (и меньшей мощности)

первая и вторая сопловые коробки часто расположены крест-

накрест. Такое расположение наиболее благоприятно и для

температурного режима ЦВД. Однако, в турбинах большей

мощности такого расположения сопловых коробок уже

приходится избегать.

38 Глава 3

Последовательность открытия регулирующих клапанов

ЦВД также тесно связана с возможностью возникновения

низкочастотной вибрации ротора ЦВД при больших нагрузках

(так называется вибрация с частотой равной, примерно, поло-

вине от номинальной частоты вращения ротора). Опасность

этой вибрации в том, что при её возникновении амплитуда её

мгновенно скачкообразно повышается, и быстро разбиваются

все зазоры в проточной части ЦВД, что резко снижает эконо-

мичность последующей работы. Причины низкочастотной

вибрации связаны с конструкцией и компоновкой самой турбины,

но последовательность подачи пара в сопловые коробки ЦВД

может влиять на порог возникновения этой вибрации, понизить

его или повысить до максимально достижимой нагрузки и выше.

Усилие, действующее на ротор от пара, проходящего

через сопловую коробку, условно можно представить в виде

вектора, касательного к окружности лопаток по направлению

вращения, по величине зависящего от расхода пара через

коробку. Геометрически сложив эти усилия и силу от веса

ротора, можно получить вектор (величину и направление)

результирующего усилия, действующего на ротор при конкрет-

ной загрузке сопловых коробок. При этом требуемое для

предотвращения низкочастотной вибрации при больших

нагрузках направление результирующего усилия зависит от типа

подшипников ЦВД.

При втулочных подшипниках необходимо, чтобы это

усилие прижимало ротор вниз к подшипнику, а не отрывало от

масляного клина, причём желательно, чтобы открытие

последней сопловой коробки действовало в направлении

повышения устойчивости ротора. При сегментных подшип-

никах, наоборот, желательно, чтобы с ростом нагрузки паровое

Глава 3 39

усилие максимально "центрировало" ротор. Если конструкция

турбины такова, что низкочастотная вибрация не возникает до

максимально возможных нагрузок, придерживаться этого

правила не обязательно.

На порядок открытия клапанов накладываются ещё

другие побочные обстоятельства, например, повышенное

осевое усилие на упорный подшипник из-за недостаточно

правильной центровки ротора ЦВД, отклонение от расчётных

величины и направления усилия от паропроводов, подходящих

к ЦВД и т.п. Поэтому желательно, чтобы в системе регули-

рования была предусмотрена возможность изменения порядка

открытия клапанов, которое может потребоваться на какое-то

время в эксплуатации.

40 Глава 4

Глава 4. Регулирующие клапаны на впуске в

ЦНД, отсечные клапаны

Для установки перед ЦНД клапанов с малым сопро-

тивлением в турбине К-1000-60 были разработаны блоки

поворотных заслонок, содержащие каждый регулирующую и

стопорную заслонки. Такой блок показан на рис. 4.1. Для

относительно низких температур пара возможно было при-

менение подшипников скольжения, расположенных внутри

паровой среды, но требуется применение мощных сервомоторов

Рис. 4.1. Блок поворотных заслонок ЦНД турбины К-1000-60/3000