Зміни теплового та напружено-деформованого стану ротора ЦВТ потужної турбіни АЕС після пошкодження лопаток

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2023.03.015
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 26, № 3, 2023 (вересень)
Сторінки 15–27

 

Автори

О. Ю. Черноусенко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ-56, пр. Перемоги, 37), e-mail: chernousenko20a@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1427-8068

В. А. Пешко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» (03056, Україна, м. Київ-56, пр. Перемоги, 37), e-mail: vapeshko@gmail.com, ORCID: 0000-0003-0610-1403

О. П. Усатий, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), e-mail: alpaus@ukr.net, ORCID: 0000-0002-8568-5007

 

Анотація

На практиці при експлуатації парових турбін мають місце аварійні пошкодження робочих лопаток роторів і направляючих апаратів потужних парових турбін. Головними причинами аварійних зупинок парових турбіни були вібраційна втома матеріалу лопаток, ерозійне пошкодження тіла лопаток і резонансні проблеми при роботі енергообладнання. Виходячи з цього дослідження, по’вязані з оцінкою змін теплового й напружено-деформованого стану елементів енергетичного обладнання, які на АЕС значно впливають на продовження експлуатації турбіни після її пошкодження, є досить актуальними. Розглянуто й проаналізовано зміни теплового й напружено-деформованого стану, які можуть виникнути після пошкодження ротора циліндра високого тиску (ЦВТ) турбіни К-1000-60/3000 енергоблоку ЛМЗ в умовах станції і забезпечать можливість оцінки індивідуального ресурсу й продовження роботи енергоблоку. При розрахунковій оцінці змін теплового та напружено-деформованого стану ротора ЦВТ, беручи до уваги дані технічного аудиту щодо пошкоджень, створена геометрична модель ротора. Проведені дослідження для трьох варіантів конструкцій: вихідний варіант (п’ять ступенів ротора ЦВТ), варіант без робочих лопаток останнього ступеня і варіант без п’ятого ступеня (з чотирма першими ступенями). Для проєктної конструкції при роботі на номінальних параметрах пари найбільш напруженими областями є розвантажувальні отвори 5-го ступеня (σi=202,8 МПа), осьовий отвір ротора в області 5-го ступеня (σi=195,2 МПа), а також галтель 5-го ступеня з боку кінцевих ущільнень (σi=200,3 МПа) і розвантажувальні отвори 4-го і 3-го ступенів з інтенсивністю напружень близько 170–185 МПа. Високі значення інтенсивності напружень в області 5-го ступеня можна пояснити суттєвим зосередженням маси як самого ступеня, так і його робочих лопаток, що провокують значні відцентрові зусилля при роботі на номінальній частоті обертання. Для ротора ЦВТ без робочих лопаток 5-го ступеня спостерігається зміщення максимумів інтенсивності напружень в область розвантажувальних отворів 4-го і 3-го ступенів, а також осьового отвору валу під цими ж ступенями. Максимальне значення напружень складає σi max=184,8 МПа. У той же час інтенсивність напружень в області розвантажувальних отворів 5-го ступеня зменшилася майже вдвічі, до рівня в 124 МПа.

 

Ключові слова: атомна електростанція, парова турбіна К-1000-60/3000, ротор циліндра високого тиску, потужність, тиск, температура, втрата, парковий ресурс, нестаціонарна теплопровідність, тепловий стан, напружено-деформований стан, малоциклова втома, довготривала міцність, залишковий ресурс, допустиме число пусків.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Черноусенко О. Ю., Риндюк Д. В., Пешко В. А. Оцінка залишкового ресурсу та подовження експлуатації парових турбін великої потужності (частина 3): монографія для науковців та докторів філософії за спеціальністю 144 «Теплоенергетика». Київ: НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», 2020. 297 с.
  2. Mazur Z., Herna’ndez-Rossette A., Garcí’a-Illesoas R. L-0 blades failure investigation of a 110 MW geothermal turbine. ASME 2006 Power Conference proceedings, USA, Atlanta, May 2–4, 2006. No. POWER2006-88024. P. 281–289. https://doi.org/10.1115/POWER2006-88024.
  3. Suzuki T., Matsuura T., Sakuma A., Kodama H., Takagi K., Curtis A. Recent upgrading and life extension technologies for existing steam turbines. ASME 2005 Power Conference, USA, Chicago, April 5–7, 2005. No. PWR2005-50342. P. 577–582. https://doi.org/10.1115/PWR2005-50342.
  4. Sanders W. P. Turbine steam path engineering for operations and maintenance staff. Canada, Toronto: Turbo-Technic Services Inc., 1988.
  5. Peshko V., Chernousenko O., Nikulenkova T., Nikulenkov А. Comprehensive rotor service life study for high & intermediate pressure cylinders of high power steam turbines. Propulsion and Power Research. 2016. Vol. 5. Iss. 4. Р. 302–309. https://doi.org/10.1016/j.jppr.2016.11.008.
  6. Chernousenko O., Butovsky L., Rindyuk D., Granovska O., Moroz O. Аnalysis of residual operational resource of high-temperature elements in power and industrial equipment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies – Еnergy-saving technologies and equipment. 2017. Vol. 1. No. 8 (85). P. 20–26. http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2017.92459.
  7. СОУ-Н МПЕ 40.17.401:2021. Контроль металу і продовження терміну експлуатації основних елементів котлів, турбін і трубопроводів теплових електростанцій. Типова інструкція. Офіц. вид. Київ: ГРІФРЕ: Міністерство палива та енергетики України, 2021. 214 с.
  8. Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки: СОУ- Н МЕВ 40.1–21677681– 52:2011 / М. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровський, Ю. І. Матюхін, І. І. Мележик, О. В. Пожидаєв. Київ: ОЕП «ГРІФРЕ»: М-во енергетики та вугільної пром-сті України, 2011. 42 с.
  9. Черноусенко О. Ю., Риндюк Д. В., Пешко В. А. Напружено-деформований стан ротора турбіни К-1000-60/3000 при типових режимах експлуатації. Вісник НТУ «ХПІ». Сер.: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. 2019. № 3 (1328). С. 4–10. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2019.03.01.
  10. Chernousenko O. Yu., Peshko V. A. Assessment of resource parameters of the extended operation high-pressure rotor of the K-1000-60/3000 turbine. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2019. Vol. 22. No. 4. P. 41–47. https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.041.14.

 

Надійшла до редакції 08.08.2023