Ротор низкого давления паровой турбины

Всё ещё встречаю коллег, считающих, что главное в роторе НД — это балансировка. На деле же куда критичнее контроль термических деформаций в переходных режимах — тот самый случай, когда теория из учебников расходится с реальной эксплуатацией.

Конструкционные особенности, которые не всегда очевидны

Наша компания ООО ?Дунгуань Кэхуатун Электроника Технологии? при прецизионной обработке элементов ротора низкого давления сталкивалась с парадоксальной ситуацией: идеально рассчитанные профили лопаток последних ступеней на практике давали вибрацию при сбросах нагрузки. Оказалось, проблема в недостаточном учёте влажности пара на выходе — капли конденсата буквально выбивали материал с тыльной стороны лопаток.

Запомнился случай с турбиной К-300-240, где при капремонте обнаружили трещины в зоне перехода от дисков к валу. После анализа выяснили — виной не дефект металла, а остаточные напряжения после напрессовки дисков. Теперь всегда добавляем операцию дробеструйной обработки в этих зонах, хотя в исходной технологии этого не было.

Кстати, о материалах. Для паровой турбина среднего класса до 250 МВт до сих пор оправдано использование сталей 25Х1М1Ф и 15Х11МФ, но для более мощных агрегатов уже переходим на стали с ванадиевыми добавками. Хотя это и удорожает конструкцию, но даёт выигрыш в стойкости к ползучести.

Практические проблемы монтажа и центровки

При сборке ротора низкого давления часто недооценивают влияние теплового расширения статоров на итоговое положение оси. Была история на ТЭЦ-22, где после ремонта турбина вышла на вибрацию 120 мкм при номинале — пришлось останавливать и перецентрировать с учётом реальных температурных полей.

Особенно сложно с турбинами, где ротор низкого давления выполнен с консольным расположением последнего диска. Там вообще отдельная история с контролем осевых зазоров — если перетянуть, получим повышенное трение в уплотнениях, если недотянуть — падение КПД ступени.

На нашем производстве в Центре научно-технических инноваций Сунху Чжигу специально для таких задач разработали методику контроля геометрии посадочных мест под диски с помощью лазерного сканирования. Традиционные методы измерения здесь уже не давали нужной точности.

Эксплуатационные дефекты и методы их диагностики

Самый коварный дефект — это коррозионное растрескивание под напряжением в зоне концентраторов. Обычно проявляется после 100-120 тысяч часов наработки. Характерно, что визуально его можно и не заметить — требуется обязательная магнитопорошковая дефектоскопия при каждом капитальном ремонте.

Для компонентов паровая турбина мы внедрили систему мониторинга вибрации с анализом фазовых углов — это позволяет отслеживать развитие дефектов ещё до выхода параметров за пределы нормы. Особенно актуально для роторов НД, где балансировка может 'уплывать' постепенно из-за эрозии лопаток.

Интересный случай был с турбиной Т-250/300-240, где на ротор низкого давления установили систему подачи ингибитора коррозии непосредственно в проточную часть. Решение спорное — с одной стороны снизилась скорость коррозии, с другой — пришлось чаще чистить отложения с лопаток.

Взаимосвязь с другими системами турбины

Мало кто учитывает, как работа конденсатора влияет на ротор низкого давления. При ухудшении вакуума растёт температура отработавшего пара, что ведёт к увеличению теплового расширения и изменению зазоров. Однажды видел, как из-за этого ротор задевал за лабиринтовые уплотнения.

Система регулирования тоже вносит свой вклад — при резких сбросах нагрузки возможно возникновение помпажных явлений в последних ступенях. Для паровая турбина с частыми переменными режимами это критично — приходится усиливать конструкции дисков именно в зоне крепления лопаток.

Наше предприятие ООО ?Дунгуань Кэхуатун Электроника Технологии? при разработке компонентов для энергооборудования всегда проводит расчёты на совместную работу всех элементов — от ротора низкого давления до системы маслоснабжения. Только такой комплексный подход даёт устойчивый результат.

Перспективные направления модернизации

Сейчас активно тестируем лопатки с нанесённым плазменным покрытием — не столько для защиты от эрозии, сколько для снижения адгезии отложений. На экспериментальном ротор низкого давления для турбины 150 МВт уже получили снижение частоты промывок на 30%.

Интересное направление — использование композитных бандажных лент вместо традиционных. Правда, есть вопросы по долговечности при длительной эксплуатации — пока данные противоречивые.

Для паровая турбина нового поколения рассматриваем варианты с изменённой геометрией каналов влагоудаления в последних ступенях. Предварительные расчёты показывают возможное увеличение КПД на 0,8-1,2%, что для энергоблока 800 МВт даёт существенный экономический эффект.

Организационные аспекты ремонтов

При восстановлении ротора низкого давления часто экономят на мехобработке посадочных мест под диски — мол, и так сойдёт. Потом удивляются, почему через 10-15 тысяч часов появляется вибрация. Наш опыт показывает — лучше один раз качественно проточить все посадочные поверхности, чем потом останавливать турбину на внеплановый ремонт.

Особое внимание уделяем контролю твёрдости после наплавки — неравномерность по длине вала не должна превышать 15-20 HB. Иначе неизбежны проблемы с балансировкой после сборки.

В нашем Центре научно-технических инноваций для таких операций выделено специальное помещение с климат-контролем — температурные колебания не более ±2°C. Может показаться излишним, но для прецизионной обработки критичных деталей ротор низкого давления это необходимость.