Исследование термопрочности диафрагм паровой турбины при уменьшении осевых габаритов

Аннотация

Постановка задачи уменьшения осевых габаритов диафрагм паровых турбин связана с проблемой их модернизации, которая выполняется путем увеличения количества ступеней с реактивным облопачиванием и использованием существующих фундаментов. Оценка пригодности вариантов конструкций диафрагм с установленными характеристиками потока пара проведена с ограничениями на выполнение условий кратковременной и длительной прочности, а также накопления осевых прогибов вследствие ползучести. Для расчетных исследований принята методология, использующая метод конечных элементов и деформационную теорию ползучести старения Ю. Н. Работнова. Расчет ползучести сведен к решению упруго-пластической задачи с диаграммой деформирования, представленной изохронной кривой ползучести для выбранного времени. Использовано программное обеспечение, предусматривающее автоматизацию построения исходной компьютерной модели диафрагмы с привлечением чертежей профиля направляющих лопаток, осевых сечений тела и обода и нескольких геометрических параметров. Расчетная модель сварной диафрагмы отображает основные существенные особенности ее конструкции, свойств материалов ее элементов и нагружения паром. Поисковые исследования диафрагм с уменьшенными осевыми размерами выполнены на примере диафрагм 2-й и 3-й ступеней цилиндра высокого давления паровой турбины К-325-23,5. Исходные конструкции 2-й и 3-й ступеней рассмотрены как базовые, по отношению к которым по параметрам прочности и жесткости сопоставлялись конструкции диафрагм, которые считались альтернативными. Получены расчетные данные для базовых вариантов конструкции диафрагм для времени эксплуатации 100 тысяч часов. Согласно расчетам максимальные прогибы достигаются на краях диафрагмы, а напряжения, максимальные в местах крепления лопаток к ободу и телу, претерпевают значительное перераспределение из-за ползучести. Задействованы различные подходы к уменьшению осевых габаритов конструкции диафрагмы 2-й ступени цилиндра высокого давления. При первом подходе уменьшение габаритов достигнуто пропорциональным уменьшением профиля направляющих лопаток с соответствующим увеличением их количества. При втором – профиль оставался неизменным, но уменьшены осевые размеры тела и обода диафрагмы. Исследованы параметры прочности в упругом состоянии в начале эксплуатации и в условиях ползучести, а также накопление осевых прогибов. На основании сравнений с базовой конструкцией установлено, что более действенным является второй подход. Приведены дополнительные рекомендации по использованию более жаропрочных сталей в крайних направляющих лопатках и условий крепления диафрагм в корпусе турбины.