Дослідження термоміцності діафрагм парової турбіни при зменшенні осьових габаритів

Анотація

Постановка задачі зменшення осьових габаритів діафрагм парових турбін пов’язана з проблемою їхньої модернізації, що виконується шляхом збільшення кількості ступенів з реактивним облопаченням та використанням існуючих фундаментів. Оцінку придатності варіантів конструкцій діафрагм з встановленими характеристиками потоку пари проведено з обмеженнями на виконання умов короткочасної та довготривалої міцності, а також накопичення осьових прогинів внаслідок повзучості. Для розрахункових досліджень запроваджено методологію, що використовує метод скінченних елементів та деформаційну теорію повзучості старіння Ю. М. Работнова. Розрахунок повзучості зведено до розв’язання пружно-пластичної задачі з діаграмою деформування, яку подано ізохронною кривою повзучості для вибраного часу. Використано програмне забезпечення, де передбачено автоматизацію побудови вихідної комп’ютерної моделі діафрагми з залученням креслень профілю напрямних лопаток, осьових перерізів тіла і обода та декількох геометричних параметрів. Розрахункова модель зварної діафрагми відтворює основні суттєві особливості її конструкції, властивостей матеріалів її елементів та навантаження парою. Пошукові дослідження діафрагм зі зменшеними осьовими розмірами проведено на прикладі діафрагм 2-го та 3-го ступенів циліндра високого тиску парової турбіни К-325-23,5. Вихідні конструкції 2-го та 3-го ступенів розглянуто як базові, по відношенню до яких за параметрами міцності і жорсткості співставлялись конструкції діафрагм, які вважалися за альтернативні. Отримано розрахункові дані для базових варіантів конструкції діафрагм для часу експлуатації 100 тисяч годин. Згідно з розрахунками максимальні прогини досягаються на краях діафрагми, а напруження, що є максимальними в місцях кріплення лопаток до обода і тіла, зазнають значного перерозподілу через повзучість. Задіяно різні підходи до зменшення осьових габаритів конструкції діафрагми 2-го ступеня циліндра високого тиску. При першому підході зменшення габаритів досягнуто пропорційним зменшенням профілю напрямних лопаток з відповідним збільшенням їх кількості. При другому – профіль залишився незмінним, але зменшено осьові розміри тіла і обода діафрагми. Досліджено параметри міцності в пружному стані на початку експлуатації і в умовах повзучості, а також накопичення осьових прогинів. На підставі порівнянь з базовою конструкцією встановлено, що більш дієвим є другий підхід. Наведено додаткові рекомендації щодо використання більш жароміцних сталей в крайніх напрямних лопатках та умов кріплення діафрагм в корпусі турбіни.