О компании Продукция и услуги Внедрения Пресс-центр Карьера Контакты
 
Разделы:
 


Публикации

«Об установке жидкометаллических уплотнений паровых турбин». Опубликовано в журнале «Электрические станции» №1 за 2007 г.
 
СозаевА.С., Фомченко 0. Ф., кандидаты техн. наук, Лыгин Ю.А., Ремизов Д. В., инженеры ОАО "Всероссийский теплотехнический институт" (ВТИ) - 000 "Комтек - Энергосервис"
 

 Зазоры в клапанах между штоками и буксами являются источниками достаточно больших по¬терь пара и теплоты в энергетических паровых турбинах, величина которых достоверно оценивается расчетами. Очевидно, что с ростом параметров пара эти потери увеличиваются — в турбинах на сверхкритические параметры (24 МПа и 540/540°С) они особенно велики.

 
В большинстве турбин до настоящего времени пар, проходящий через зазоры, и уносимое им теп-ло с целью повышения экономичности утилизируют. Для этого применяют лабиринтовые уплотнения, а сдросселированный в них пар отводят в систему регенерации турбины для дальнейшего испо¬льзования в цикле. Таким образом, пар и теплота не теряются полностью.
 
Расчеты показали, что энергия пара, отведенного от клапанов в систему регенерации, используется на 12 — 15%, в то время как при направлении этого пара в проточную часть турбины его энергия в лопаточном аппарате может быть превращена в полезную работу с эффективностью 80 - 84%.
 
Энергоблок с турбиной 300 МВт ежечасно может вырабатывать дополнительную мощность от 700 до 1100 кВт, что эквивалентно экономии 1100 - 1400 т условного топлива в год.

 Регулирующие клапаны турбины
Отвод протечек пара от клапанов в систему регенерации связан с сопутствующим комплексом трудностей и недостатков. Во-первых, турбоустановка должна содержать систему трубопроводов отсосов пара от клапанов в промперегрев и деаэратор. Во-вторых, для запирания камер отсосов пара в деаэратор необходимо иметь вакуумный трубопровод, отводящий пар, идущий из деаэра-торной камеры уплотнения. Направления течения пара и воздуха в лабиринтовом уплотнении приведены на рис. 1.
 
Наличие вакуумной камеры в уплотнениях способствует притоку воздуха в вакуумную систему, и на удаление этого воздуха надо затратить энергию. К тому же вместе с воздухом из машзала в зазор между штоком и буксой попадают пыль и грязь, что приводит к зарастанию зазора, увеличению трения в клапанах и погибу их штоков. При течении пара в зазоре из коробки клапана к камере отбора в деаэратор параметры пара меняются. Вблизи деаэраторной камеры, вероятно, происходит фазовый переход перегретого пара в насыщенный с выделением воды, и в зоне этой камеры корродирует металл штока и буксы; на их поверхностях образуются местные отложения солей, содержащихся в паре. Эти процессы снижают надежность системы парораспределения и системы управления энергоблоком в целом.
 
Простейшим способом получить от турбоагрегата дополнительную мощность и отказаться от лишних трубопроводов, которые необходимо обслуживать, является установка в клапанах уплотнений с подвижным контактом.
 
Однако из-за значительного трения, создаваемого при "запирании" пара высоким давлением уплотняющего материала, традиционные сальники не нашли применения в парораспределении турбин.
 
Нами были предложены высокогерметичные уплотнения (ВГУ) с композитными материалами, которые надежно уплотняют клапаны при минимальном трении в системе (рис. 2) [1].
 
Это обусловлено тем, что новые ВГУ не предназначены запирать пар высоким давлением своего материала на стенки сосуда (или уплотнительной камеры). Достаточно, чтобы, сальник создавал капиллярный зазор между уплотняющим материалом и стенками уплотнительной камеры и штоками. Материалы сальника должны быть стойкими к действию рабочих температур, рабочего тела (пара) и атмосферных газов и не вызывать эрозию штока, буксы и крышки клапана, деталей крепежа.

Регулирующий клапан паровой турбины
В качестве уплотнителя новый сальник содержит легкоплавкий металл, который при прогреве турбины перед пуском плавится и заполняет капиллярные зазоры, не допуская пропусков пара в атмосферу. 
 
Материалы сальника должны быть износостойкими и не выноситься из зоны уплотнения. Для этого твердые материалы должны иметь малую величину коэффициента трения по стали, а легкоплавкий металл — температуру кипения выше рабочей температуры. Он также не должен смачивать металл штока.
 
Примененные в ВГУ материалы удовлетворяют всем перечисленным требованиям.
 
Исследования, выполненные ВТИ, показали, что предложенный тип ВГУ способен герметизи-ровать зазоры в клапанах при параметрах пара 29,75 МПа (300 кгс/см2) и 600°С.
 
 
Следующим нашим шагом была разработка регулирующего клапана турбины (РК) с ВГУ (рис. 3) [2, 3]. К преимуществам собственно клапана относятся: виброустойчивость (детали подвески штока не создают изгибных напряжений в его резьбе), быстрота процессов сборки и разборки (шлицевое, а не резьбовое соединение деталей), уменьшение по¬терь энергии на 15-20% (аэродинамическая оптимизация профиля).
 
Разработанные клапаны были внедрены в производство: их изготавливает и поставляет ООО "Комтек — Энергосервис", В конце 2005 г, с новыми уплотнениями работали 230 регулирующих клапанов турбин типа К-300-240-1, ПТ-80-130/13 и Т-60-130/13 с давлением свежего пара 23,8 и 12,8 МПа, Отметим, что при этом дополнительная мощность, вырабатываемая ежечасно турбинами типа ПТ-80-130/13 и ПТ-60-130/13, составила 400 кВ (подтверждено тепловыми испытаниями турбины ПТ-80-130/13).
Гарантийный ресурс ВГУ при отсутствии нерасчетных вибраций клапана — 5 лет, хотя на прак-тике некоторые ВГУ работали по 8 лет.
  
Применение ВГУ регулирующих клапанов обеспечивает выработку турбинами дополнительной мощности, повышает надежность их работы, так как полностью исключает занос солями зазора между стенками камеры и штоком, позволяет демонтировать трубопроводы отсосов пара от клапа-нов и отказаться от их обслуживания, способствует уменьшению присосов воздуха в вакуумную систему вследствие ее изоляции (удаления соответствующих трубопроводов).
 
На электростанциях, где регулирующие клапаны ЦВД уже оснащены новыми уплотнениями, персонал указывает на необходимость установки ВГУ и на регулирующие клапаны ЦСД, несмотря на то, что параметры пара перед РК СД существенно ниже, чем перед РК ВД, и прирост выработанной дополнительной мощности будет невелик. Это обусловлено тем, что ликвидацию потерь пара, тепла и, главное, демонтаж сети трубопроводов отсосов пара от клапанов электростанции считают целесообразным усовершенствованием турбоустановки.
 
Следующим этапом станет оснащение высокогерметичными уплотнениями сбросных и стопорных клапанов.
Установка ВГУ в сбросных клапанах несколько повысит экономичность турбин, устранив протечки пара (рис. 1,6), и позволит отказаться еще от одной группы трубопроводов отсосов.
 
Весьма перспективным окажется применение высокогерметичных уплотнений в стопорных клапанах. Будут устранены протечки пара из деаэра-торной камеры в вакуумную (рис. 1,в), которые существуют при открытом стопорном клапане. Уменьшится и присос воздуха в вакуумную систему. Но главное в другом. ВГУ позволят не ставить шток стопорного клапана на упор в буксу для закрытия зазора между штоком и буксой.
 
Упор клапана можно перенести в холодный привод (сервомотор). Это позволит существенно сократить число проверок стопорных клапанов расхаживанием. На турбоагрегатах большой мощности можно будет оставить только расхаживание стопорных клапанов на полный ход, которое производится один раз в две недели, и не проводить ежесуточно расхаживание на часть хода, как требуют в настоящее время ПТЭ, п.4.4.8.
 
Вместе с трубопроводами отсосов можно аннулировать пружинные амортизаторы между стопорными клапанами и сервомоторами, наладка которых весьма затруднительна.
 
Размеры ВГУ, по сравнению с лабиринтовыми уплотнениями, в несколько раз меньше, что позволит при проектировании новых клапанов уменьшить величину клапанной коробки и сократить металлоемкость.
 
Таким образом, масштабное внедрение ВГУ в клапанах паровых турбин принесет значительный экономический эффект, существенно упростит систему внутритурбинных и станционных трубопроводов, облегчит обслуживание турбин.
 
 
 
Список литературы

1.  Пат. 2239112 (РФ). Сальниковые уплотнения штока аппарата с высокими параметрами среды / Морозов А. М., Созаев А. С, Фомченко О. Ф. Опубл. в Б. И., 2004, № 30.
 
2.  Пат. 2243433 (РФ). Регулирующий клапан паровой турбины / Фомченко О. Ф., Ремизов Д. В., Целов А. Б. Опубл. в Б. И., 2004, № 36. 
3.  Пат. 2244184 (РФ). Регулирующий клапан паровой турбины / Фомченко О. Ф., Морозов А. М., Ремизов Д. В., Целов А. Б. Опубл. в Б. И., 2005, № 1.

 

 
Назад