Розрахункове дослідження термічних напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130 при пуску з холодного стану

Аннотация

Робота присвячена дослідженню розподілу температур і напружень у роторі середнього тиску турбіни К-200-130, які становлять значний інтерес при прогнозуванні довговічності роботи даного обладнання і продовженні експлуатації на понадпарковий строк служби. Розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора – від середини шийки валу в зоні опорно-упорного підшипника до диску 5-го ступеня. Дослідження теплового й напружено-деформованого стану ротора під час пуску з холодного стану виконано у двовимірній постановці з використанням методу скінченних елементів. Розв’язувалася нестаціонарна задача теплопровідності під час пуску. Отримані результати свідчать про достатньо рівномірний тепловий стан протягом змінних режимів роботи. Найбільший градієнт температур (1200–2200 K/м) спостерігається в моменти часу від поштовху ротора до синхронізації турбогенератора з енергосистемою. Після навантаження турбогенератора до 30 МВт електричної потужності має місце зменшення нерівномірності температурного поля та його поступова стабілізація. Встановлено, що при роботі на номінальних параметрах пари максимальна температура металу становить 508 °C в області регулюючого ступеня і по мірі віддалення від нього зменшується. Напружено-деформований стан ротора оцінювався з урахуванням нерівномірності температурних полів під час пуску, напружень від температурних розширень і відцентрових сил. Найвищі напруження характерні для моменту виходу турбіни на холостий в зоні термокомпенсаційних канавок ротора й галтелі регулюючого і складають 440–472 МПа. Відмічено, що дані області є найбільш вірогідними зонами зародження кільцевих тріщин під час пускових операцій турбіни. У подальшому рівень напружень плавно зменшується протягом виходу турбоагрегату на номінальну потужність. Встановлено, що найбільш навантаженою зоною ротора під час стаціонарної експлуатації є область осьового отвору під регулюючим ступенем та його діафрагмовим ущільненням (121–134 МПа).