Техника модернизации паротурбин и применения на практике

A. Модернизация паротурбины с использованием новейшей техники

При проектировании и модернизации паровых турбин наша Корпорация применила ныне самую передовую технику как нижжеследующую:

(1) Эффективные направляющие лопатки с задней нагрузкой Нового поколения

Сотрудники Корпорации разработали эффективные направляющие лопатки с задней нагрузкой Нового поколения, максимальная аэродинамическая нагрузка которых размещается в конце сопловых каналов(решётки), что в таком случае уменьшение разницы давления между плоскостью давления и разрежением лопаток в начале сопловых каналов(решётки) значительно ослабило интенсивность вторичного течения в канале, что и общая вторичная потеря решётки на много снизилась. С другой стороны, более тонкая кромка лопаток на выходе также уменишает кромочную потерю.

Круглая кромка лопаток на выходе имеет более маленький радиус и более благоприятную обтекаемую форму. Профильная потеря при колебании угла атаки в пределах ±30˚ в принципе не изменяется и потеря, вызванная изменением угла атаки в большом диапазоне рабочего режима также более низкая. Поэтому такой профиль лопаток имеет более высокий КПД и на 1.5% выше, чем КПД исходного профиля. В то время в связи с увеличением найбольшей толщины профили, жёсткость лопатки также повышается.

(2) Полнотрёхмерное проектирование.

При проектировании ступеней давления паротурбины применился метод полнотрёхмерного проектирования на основе вычислительной гидрогазодинамики (CFD). С помощью полнотрёхмерного профилирования получены саблевидные лопатки и усовершествованы размещения рабочих и направляющих лопаток всех ступенях, что значительно уменьшились вторичная потеря лопаток и ударная потеря между всеми венецами лопаток.

Рис.1	Рис.2

Рис.3 Распределение числа Маха лопаток НД

На Рис.1 показаны саблевидные лопатки, пригодные к ЧВД и ЧНД турбины. Расчёт и эксперимент доказали, что применение такой техники может уменьшить коэффициент общей потери решётки на 25% (см. Рис.2) и повысить КПД ступени на 1.5 - 2%. Такие лопатки уже широко употребляются в проточной части как паровых турбин мощностью 600МВт, 300МВт, 200МВт, 100МВт, так и паровых турбин других серий Харбинского турбинного завода (ХТЗ).

(3) Разделительная решётка направляющих лопаток в диафрагмах ВД

В первых 3 ступениях диафрагмы ЧВД исходной паровой турбины обычно применяется диафрагма с узкими направляющими лопатками с ребром, недостатком которой является большой вихрь, возникающий на месте соединения ребёр с торцами лопаток, что в результате этого КПД ступени снижается. При модернизации мы их заменили разделительными решётками направляющих лопаток. Теоретический анализ и эксперимент, выполненные ХТЗ в 80ые годы 20-века, доказали, что применение такой техники может существенно уменьшить профильную потерю и концевую потерю сопловых каналов(решётки),что в результате этого общая потеря решёток уменьшается на 1.64% по сравнению с исходными узкими лопатками с рёбрами.

Диафрагма ВД до модернизации	Диафрагма ВД после модернизации

(4) Рабочие лопатки с цельнофрезерованным бандажом

В последних 3 ступениях ЧНД обычно применяются рабочие лопатки с цельнофрезерованным бандажом, имеющим плоскую поверхность наружу и косую поверхность внутри, что увеличивается количество гребеней уплотнениий, что и в результате этого уменьшается утечка пара на 20%. В то время уменьшается потеря в проточной части из-за её плавного очертания.

Такие рабочие лопатки имеют очень низкое напряжение вибрации и могут избежать концентрации напряжения, возникшей из-за клёпки, обеспечивать безопасность и надёжность при эксплуатации, а также облегчать ремонт и замену.

Легко настроить частоту рабочих лопаток с цельнофрезерованным бандажом. Настройка частоты лопаток может быть осуществлена путём изменения толщины или ширины бандажа взамен длинных лопаток с проволочной связью, что в результате этого уменьшились потери обтекания и вихри и повысился КПД ступени

(5) Гладкое меридиональное очертание проточной части

Рабочие лопатки с цельнофрезерованным бандажом, имеющие плоскую поверхность наружу , косую поверхность внутри и меридиональная плоскость с косым очертанием на вершине диафрагмы , что всё этоподвело к формированиею гладкого меридионального канала, снижению межступенчатой потери и повышению КПД цилиндра порядком на1%.

(6) Рабочие лопатки 710мм последней ступени Нового поколения

Для того,чтобы увеличить мощность при конденсационном режиме, применяется лопатка 710мм последней ступени Нового поколения, что кольцевая выходная площадь которых увеличивается на 9.2% по сравнению с исходной лопаток, что повысилась как пропускная способность, так и КПД ЧНД.

Рабочая лопатка 710мм представляет собой лопатку последней ступени нового поколения, разработанную и проектированную собственно ХТЗ на основании самой передовой техники. Поле течения проектировано с использованием новейшей техники трёумерного течения при применении саблевидных направляющих лопаткок и рабочих лопаток с обратной закруткой по её высоте. В результате этого существенно уменьшают радиальную, поперечную и концевую вторичную потерю, рационально распределяют скорость на профили, избегают срыв потока и волновой потери, повышают КПД ступени порядком на 5% и КПД ЦНД - на 1.8 %, и очевидно повышают степень реактивности на корневом сечении последней ступени. Всё это подвело к повышению способности и безопасности эксплуатации при низкой нагрузке, и улучшению характеристики покрытия пиковой нагрузки.

Применение транзвукового профиля лопаток улучшает характеристику при переменном режиме и уменьшает профильную потерю.

Кольцевое соединение лопаток с цельнофрезерованным бандажом подвело к возникновению раскрутки лопаток при работе и повысило их вибрационную прочность. Испытание на поле течения и динамическую прочность, выполненное нашей Корпорацией, показало, что напряжение лопаток последней ступени оказалось меньше, а максимальная величина напряжения – 13.6МПа . Многолетняя эксплуатация демонстрирует, что эти длиннче лопатки последней ступени обладают отличным свойством.