Разработка и применение усовершенствованных конструкций сотовых уплотнений в проточных частях паровых турбин большой мощности

• Автор: Ушинин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ УПЛОТНЕНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

В ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЯХ ПАРОВЫХ ТУРБИН БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ.

ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.
1.1. АНАЛИЗ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЯХ ПАРОВЫХ ТУРБИН ЛАБИРИНТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

1.2. АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ЛАБИРИНТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

1.2.1. КОНСТРУКЦИЯ НАДБАНДАЖНЫХ РАДИАЛЬНЫХ УПЛОТНЕНИЙ.

1.2.2.КОНСТРУКЦИЯ НАДБА1ЩАЖНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ УПЛОТНЕНИЙ.

1.2.3. КОНСТРУКЦИЯ ОСЕРАДИАЛЬНЫХ УПЛОТНЕНИЙ

1.2.4.КОНСТРУКЦИЯ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ И БАНДАЖЕЙ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛОПАТОК СТУПЕНЕЙ С РЕАКТИВНЫМ
ОБЛОПАЧИВАНИЕМ
1.2.5.КОНСТРУКЦИЯ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ
1.2.6. КОНСТРУКЦИЯ ДИАФРАГМЕННЫХ УПЛОТНЕНИЙ
1.2.7. КОНСТРУКЦИЯ КОНЦЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ
1.3. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.3.1. НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.3.2. ВАРИАНТЫ МОДЕРНИЗАЦИЙ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ ПАРОВЫХ ТУРБИН СОТОВЫМИ УПЛОТНЕНИЯМИ.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСХОДНЫХ И СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ. РАЗРАБОТКА, ОБОСНОВАНИЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОТОЧНЫХ
ЧАСТЯХ ПАРОВЫХ ТУРБИН БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
ВВЕДЕНИЕ
2.1. ОПИСАНИЕ СТЕНДА ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПЛОТНЕНИЙ.
2.2. МЕТОДИКА РЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ И РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В УПЛОТНЕНИЯХ.
2.2.1. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ В УПЛОТНЕНИЯХ. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ.
2.2.2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАСХОДА ЧЕРЕЗ УПЛОТНЕНИЯ. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ.
2.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ТИПОВ УПЛОТНЕНИЙ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ.
2.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ УПЛОТНЕНИЙ. ПРОВЕДЕНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА
2.4.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСХОД
НЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПЛОТНЕНИИ С ОДНИМ ГРЕБНЕМ.
2.4.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХ И ТРХГРЕБЕНЧАТЫХ УПЛО ТНЕНИЙ
2.4.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЕРАДИАЛЬНОГО И СОТОВОГО УПЛОТНЕНИЙ С ПЕРЕКРЫШЕЙ
2.5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ УПЛОТНЕНИЙ. ПРОВЕДЕНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА
2.5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОГО ТЕЧЕНИЯ В НАДБАНДАЖНОЙ КАМЕРЕ С ПОМОЩЬЮ ЗОНДА
2.5.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИЛО ВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХ И ТРХГРЕБЕНЧАТЫХ УПЛОТНЕНИЙ
2.5.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЕРАДИАЛЬНОГО И СОТОВОГО УПЛОТНЕНИЙ С ПЕРЕКРЫШЕЙ
2.5.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСХОДНЫХ И СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЯМОТОЧНОГО И СОТОВОГО УПЛОТНЕНИЙ С ПЕРЕКРЫШЕЙ.,.
2.6. ОБОБЩЕННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНЫХ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ В СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЯХ


2.7. РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ И КОНЦЕВЫХ УПЛОТНЕНИЙ.
2.7.1. СОТОВОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ, РАЗМЕЩАЕМОЕ НА ДИАФРАГМЕ.
2.7.2. СОТОВОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ, РАЗМЕЩАЕМОЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО В КОРПУСЕ ВНУТРЕННЕГО ЦИЛИНДРА ИЛИ ОБОЙМЕ ДИАФРАГМ
2.7.3. СОТОВОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ, РАЗРАБОТАННОЕ ВЗАМЕН. ОСЕРАДИАЛЬНОГО УПЛОТНЕНИЯ
2.7.4. СОТОВОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ СТУПЕНИ С РЕАКТИВНЫМ ОБ Л 1А Ч И В АНИ ЕМ.
2.7.5. СОТОВОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ
2.7.6. СОТОВОЕ УНИФИЦИРОВАННОЕ НАДБАНДАЖНОЕ УПЛОТНЕНИЕ
2.7.7. СОТОВОЕ ДИАФРАГМЕННОЕ И КОНЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННАЯ НА ОСНОВАНИИ ПРОВЕДЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ К
ВВЕДЕНИЕ.
3.1. ПРОГРАММА ЭКСПРЕСС ИСПЫТАНИЙ, ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
3.1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ОТНОСИТЕЛЬНОГО КПД
цилиндров. п
3.1.2. УСЛОВИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ И ИХ СОПОСТАВИМОСТЬ
3.2. ТЕПЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА К СТ.
каширской грэс огк1
3.2.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОАГРЕГАТА К.
3.2.2. ПРОГРАММА ИСПЫТАНИЙ, СХЕМА ИЗМЕРЕНИЙ, СОСТОЯНИЕ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦВД ТУРБОАГРЕГАТА К .
3.2.3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
ТУРБОАГРЕГАТА К
3.2.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ТУРБОАГРЕГАТА К
3.3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ВИБРАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ТУРБОАГРЕГАТОВ НА СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КЛАССА К
3.3.1. РЕЗУЛЬТАТЫ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТУРБИНЫ К СТ. 4 КАШИРСКОЙ ГРЭС, ПРОВЕДЕННЫХ ПОСЛЕ УСТАНОВКИ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
3.3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТУРБИНЫ К СТ. 6 ИРИКЛИНСКОЙ ГРЭС, ПРОВЕДЕННЫХ ПОСЛЕ УСТАНОВКИ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ В ЦВД
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.
ГЛАВА 4. ОСВОЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ В ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЯХ
ПАРОВЫХ ТУРБИН БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
ВВЕДЕНИЕ
4.1. ОСВОЕНИЕ СЕРИЙНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРОВЕДЕНИЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ТУРБОАГРЕГАТОВ В УСЛОВИЯХ ЭНЕРГОРЕМОНТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ИЛИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
4.1.1. ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
4.1.2. ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ Г УСТАНОВКЕ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЭНЕРГОРЕМОИТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ИЛИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ.
4.1.3. ОСВОЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ УНИФИЦИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
4.1.4. ОСВОЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ УНИФИЦИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
4.2. ВНЕДРЕНИЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ.
4.2.1. МОДЕРНИЗАЦИЯ ЦИЛИНДРОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ЗА СЧЕТ
УСТАНОВКИ НАДБАНДАЖНЫХ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИИ
4.2.2. МОДЕРНИЗАЦИЯ ЦИЛИНДРОВ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ ЗА СЧЕТ УСТАНОВКИ НАДБАНДАЖНЫХ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ
4.2.3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ЦИЛИНДРОВ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ЗА СЧЕТ УСТАНОВКИ КОНЦЕВЫХ СОТОВЫХ УПЛОТНЕИЙ.
4.2.4. РАЗРАБОТКА РЕМОНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО
ВОССТАНОВЛЕНИЮ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ТЕКУЩЕГО И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ТУРБОАГРЕГАТА
4.3. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОТОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ НА ПАРОВЫХ ТУРБИНАХ МОЩНОСТЬЮ бОчЗООМВТ
4.4. ЭКСПРЕССОЦЕНОЧИЫЙ РАСЧЕТ СРОКОВ ОКУПАЕМОСТИ ПРИ ВНЕДРЕНИИ СОТОВЫХ НАДБАНДАЖНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ПА РАЗЛИЧНЫХ
ТИПАХ ТУРБОАГРЕГАТОВ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Особая практическая значимость работы заключается в разработке унифицированных конструкторских решений, позволяющих устанавливать сотовые надбандажные уплотнения вместо металлокерамических и корытообраз

ных вставок без существенной дополнительной механообработки проточных частей внутреннего цилиндра и обойм паровых турбин мощностью 0МВт. Разработанные технические решения по модернизации проточных частей паровых турбин мощностью г0МВт за счет установки сотовых уплотнений воплощены в конструкторской документации НПП АРМС и согласованы с заводомизгоговителем паровых турбин ЛМЗ филиал ОАО Силовые машины. Разработки, выполненные под руководством автора и при его непосредственном участии, внедрены па эксплуатирующихся турбинах мощностью гЗООМВт в ОАО Мосэнерго ТЭЦ9, ТЭЦ, ТЭЦ, ТЭЦ, ТЭЦ, в ОАО Татэнерго Казанская ТЭЦ3, Казанская ТЭЦ2, Нижнекамская ТЭЦ1, НабережноЧелнинская ТЭЦ, в ОГК1 Каширская ГРЭС, Ириклинская ГРЭС в ОГК2 Сургутская ГРЭС1, в ОГК5 Конаковская ГРЭС, на Лукомльской ГРЭС Республика Беларусь, при этом суммарное количество модернизированных паровых турбин в различных энергосистемах составляет более 0 единиц. Результаты работы широко используются как на действующих турбоагрегатах различной мощности ЗОгЗООМВт, так и при разработке новых паровых турбин мощностью 0гМВт, в том числе и для атомных электростанций Белоярская АЭС, Нововоронежская АЭС, Ленинградская АЭС. В первой главе проводится анализ техникоэкономических показателей и конструкций различных видов уплотнений, применяемых в проточных частях действующего паротурбинного оборудования, отмечаются пути их усовершенствования. Выполнено обоснование и выборнаправлений исследования сотовых уплотнений по их применению в проточных частях паровых турбин. Во второй главе представлены,результаты стендовых экспериментальных исследований расходных и силовых характеристик сотовых уплотнений, выполнено их сравнение с характеристиками типовых уплотнений, применяемых в проточных частях паровых турбин. Для проведения экспериментов были спроектированы и изготовлены элементы конструкции, в том числе сотовые уплотнения для доработки испытательного стенда. Результаты экспериментальных исследований были учтены при разработке конкретных конструкций и выборе оптимальных монтажных радиальных зазоров в сотовых надбандажных и концевых уплотнениях, устанавливаемых в ЦВД, ЦСД и ЦНД различных типов турбин мощностью ч0МВт. Третья глава посвящена рассмотрению результатов тепловых испытаний паровой турбины. К ст. Каширской ГРЭС ОГК1, проведенных до и после установки сотовых надбандажных уплотнений с 3ей по ю ступень ЦВД, а также определению фактора стабильности полученных характеристик в течение межремонтного периода эксплуатации турбоагрегата. Отмечается, что установка сотовых надбандажных уплотнений обеспечивает повышение относительного внутреннего КПД ЦВД до 1,5 за счет уменьшения протечек пара, а также обеспечивает стабильность характеристик
в течение шестилетнего межремонтного периода эксплуатации турбоагрегата. Проанализированы результаты вибрационных испытаний в турбоагрегатах К Каширской и Ириклинской ГРЭС после оснащения проточной части ЦВД надбандажными сотовыми уплотнениями. В четвертой главе рассматриваются вопросы промышленного внедрения и освоения на электростанциях сотовых уплотнений надбандажных и концевых в. ЗООМВт. Отмечается, что ключевой задачей является внедрение сотовых уплотнений, обеспечивающих повышение экономичности, надежности, ремонтопригодности конструкции не только на вновь вводимые, но и на модернизируемые турбоагрегаты. Представлен экспрессоценочный расчет сроков окупаемости, составляющий не более 2 лет, при внедрении сотовых надбандажных уплотнений в проточных частях паровых турбин мощностью от 0 до 0МВт. Приводятся конкретные примеры вариантов осуществленных модернизаций паротурбинных установок мощностью г0МВт, содержание и объемы модернизации отдельных цилиндров турбин как надбандажными, так и концевыми сотовыми уплотнениями. Представлены результаты испытаний паровых турбин, проведенных непосредственно на электростанциях и свидетельствующих о значительном положительном эффекте модернизации, заключающемся в повышении мощности, надежности, а также увеличении относительного внутреннего КПД цилиндра модернизированных турбоагрегатов.