Прочность и ресурс корпуса стопорно-регулирующих клапанов паровой турбины

Аннотация

Стабильность эксплуатации паровых турбин зависит (наряду с другими факторами) от надежной работы системы парораспределения, основу которой составляют стопорно-регулирующие клапаны. В работе рассматриваются вопросы прочности элементов клапанов паровой турбины К-325-23,5, в корпусе которых после 30 тысяч часов эксплуатации начали появляться трещины. Предварительно определялся характер газодинамических процессов в проточной части клапанов и температурное состояние корпуса клапанов на основных стационарных режимах работы. Для этого решалась совместная задача течения пара и теплопроводности в стопорно-регулирующих клапанах в трехмерной постановке методом конечных элементов. Рассматривалось различное положение элементов клапанов с учетом фильтрующего сита. Оценка термонапряженного состояния корпуса клапанов показала, что максимальные напряжения на различных режимах работы не превышают предела текучести. Поэтому оценка ползучести материала корпуса клапанов важна для определения его повреждения и ресурса. Моделирование ползучести корпуса стопорно-регулирующих клапанов паровой турбины выполнялось на основе трехмерных моделей с использованием теории упрочнения. При этом были учтены составляющие неустановившейся и установившейся деформации ползучести. Они определены при максимальной мощности турбины для всех стационарных режимов работы. Максимальные расчетные значения деформаций ползучести сосредоточены в патрубках корпуса перед регулирующими клапанами и в пароприемной камере, где на практике наблюдаются усталостные дефекты. Однако даже за 300 тыс. час эксплуатации турбины (с условной максимальной мощностью) на стационарных режимах деформации ползучести не превышают допустимых значений. Повреждения и ресурс корпуса клапанов оценивались по двум методикам, созданным в Институте проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (2011 г.) и в Научно-производственном объединении по исследованию в проектировании энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ) – 1986 г. Результаты оценки повреждаемости и срабатывания ресурса корпуса клапанов паровой турбины от воздействия циклической нагрузки и ползучести на стационарных режимах работы за 40, 200 и 300 тысяч часов показывают, что условия термопрочности корпуса в области пароприемной камеры не нарушаются (без учета возможных несовершенств корпуса после изготовления). Повреждения в патрубках корпуса клапанов после 300 тысяч часов эксплуатации превышают пороговое значение с учетом коэффициентов запаса. При этом повреждения от ползучести на стационарных режимах работы составляет около 70% от суммарного. Максимальные значения повреждения наблюдаются в зонах корпуса, где имеют место дефекты при эксплуатации системы парораспределения турбины. Расхождение результатов обеих методик по отношению к их среднему значению составляет ~ 20%.