Тепловий і напружено-деформований стан литих корпусів регулюючих клапанів енергоблоків потужністю 200 МВт

Автори

О. Ю. Черноусенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: chernousenko20a@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1427-8068

Д. В. Риндюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: rel_dv@ukr.net, ORCID: 0000-0001-7770-7547

В. А. Пешко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ, пр. Перемоги, 37), e-mail: vapeshko@gmail.com, ORCID: 0000-0003-0610-1403

Анотація

Парові турбіни потужністю 200 МВт енергоблоків ДТЕК «Луганська ТЕС» відпрацювали близько 305–330 тисяч годин за загального числа пусків від 1438 до 1704 станом на кінець 2019 року. Термін продовження експлуатації високотемпературного енергетичного обладнання між планово-попереджувальними ремонтами закінчився. Продовжуючи експлуатацію корпусів циліндрів і роторів, слід приділити увагу й органам паророзподілу. Особливістю повторного продовження експлуатації енергоблоку потужністю 200 МВт є понадпаркове напрацювання енергетичного обладнання більше 250 тисяч годин і робота обладнання в маневрених режимах (понад 1700 пусків з різних теплових станів) під час покриття піків електричного навантаження з перевищенням кількості пусків для окремих типів обладнання в два-три рази. Таке значне число змінних режимів роботи негативно впливає на довговічність роботи обладнання і вимагає вивчення впливу основних механізмів пошкоджуваності на метал литих деталей. В роботі наведено розрахункове дослідження теплового і напружено-деформованого стану регулюючих клапанів циліндрів високого (ЦВТ) і середнього тиску (ЦСТ) турбіни К-200-130. Розрахунки проведені з використанням тривимірних геометричних моделей, а також з урахуванням реальних умов експлуатації. Геометрична модель корпусів регулюючих клапанів ЦВТ побудована з урахуванням складної геометрії під час переходу від підвідних патрубків до парового об’єму клапана з подальшим звуженням перерізу відвідного патрубка до регулюючого ступеня ЦВТ. Аналогічно геометрична модель корпусів регулюючих клапанів ЦСТ побудована з урахуванням складної просторової геометрії згідно з кресленнями, наданими експлуатуючою організацією. Чисельне дослідження теплового і напружено-деформованого стану проведено для типових режимів експлуатації з використанням методу скінченних елементів. Пускові режими досліджувалися в нестаціонарній постановці, постійні режими – в стаціонарній. Тепловий стан регулюючих клапанів ЦВТ і ЦСТ розраховувався для трьох варіантів пускових режимів: пуск з холодного стану за початкової температури металу 100 °С, з неостиглого стану за початкової температури металу 250 °С і з гарячого стану за початкової температури металу 410 °С. Граничні умови для розрахунку теплового стану визначалися з використанням реальних і найбільш характерних пускових графіків, наданих електростанцією. За розрахунків теплового стану для різних пускових режимів розглянуто динаміку зміни градієнтів температур. В ході дослідження напружено-деформованого стану встановлено основні зони концентрації напружень в регулюючих клапанах парової турбіни К-200-130.

Ключові слова: регулюючий клапан, парова турбіна, К-200-130, тепловий стан, градієнти температур, напружено-деформований стан.

Література

1. Сухинин В. П., Канюк Г. И., Пугачева Т. Н. и др. Анализ причин исчерпания ресурса паровой турбины Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2011. № 5. С. 71–75.
2. НД МПЕ України. Контроль металу і продовження терміну експлуатації основних елементів котлів, турбін і трубопроводів теплових електростанцій: СОУ-Н МПЕ 40.17.401:2004. Офіц. вид. К.: ГРІФРЕ: М-во палива та енергетики України, 2005. 76 с.
3. СОУ-Н МЕВ 40.1-21677681-52:2011 Визначення розрахункового ресурсу та оцінки живучості роторів та корпусних деталей турбіни: методичні вказівки / М. Г. Шульженко. Офіц. вид. Міненерговугілля України. К., 2011. 24 с.
4. Георгиевская Е. В., Гаврилов С. Н. Особенности продления срока службы паровых турбин при наработках, значительно превышающих парковый ресурс. Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2013. № 12 (986). С. 107–113.
5. Stoppato A., Mirandola A., Meneghetti G., Lo Casto E. On the operation strategy of steam power plants working at variable load: Technical and economic issues. Energy. 2012. Vol. 37. Iss. 1. P. 228–236. https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.11.042.
6. Mirandola A., Stoppato A., Lo Casto E. Evaluation of the effects of the operation strategy of a steam power plant on the residual life of its devices. Energy. 2010. Vol. 35. Iss. 2. Р. 1024–1032. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.06.024.
7. Колядюк А. С., Шульженко Н. Г. Оценка ползучести корпуса регулирующего клапана паровой турбины К-325. Вісн. НТУ «ХПІ». Сер. Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2014. № 11 (1054). С. 125–131.
8. Chernousenko O., Rindyuk D., Peshko V. Research on residual service life of automatic locking valve of turbine K-200-130. Eastern–Europ. J. Enterprise Technologies. 2017. Vol. 5. No. 8 (89). P. 39–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112284.
9. Chernousenko O., Rindyuk D., Peshko V. Re-extension of 200 MW turbine cast casing service. J. Mech. Eng. 2019. Vol. 22. No. 2. P. 14–20. https://doi.org/10.15407/pmach2019.02.014.
10. Chernousenko O., Peshko V. Computation investigation of the thermal and stress-strain behavior of the rotor of high pressure turbine Т-100/120-130; block No. 1 operated by the PJSC Kharkiv CHPP-5. Bulletin NTU “KhPI”. Ser. Power and heat engineering processes and equipment. 2017. No. 9 (1231). P. 34–40. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2017.09.059.

Надійшла до редакції 21 лютого 2020 р.