Міцність та ресурс корпусу стопорно-регулювальних клапанів парової турбіни

Анотація

Стабільність експлуатації парових турбін залежить (поряд з іншими чинниками) від надійної роботи системи паророзподілу, основу якої складають стопорно-регулювальні клапани. В роботі розглядаються питання міцності елементів клапанів парової турбіни К-325-23,5, в корпусі яких після 30 тисяч годин експлуатації почали спостерігатись тріщини. Попередньо визначався характер газодинамічних процесів в проточній частині клапанів та температурний стан корпусу клапанів на основних стаціонарних режимах роботи. Для цього розв’язувалась сумісна задача течії пари та теплопровідності в стопорно-регулювальних клапанах у тривимірній постановці методом скінченних елементів. Розглядалось різне положення елементів клапанів з урахуванням фільтруючого сита. Оцінка термонапруженого стану корпусу клапанів засвідчила, що максимальні напруження на різних режимах роботи не перевищують межі плинності. Тому оцінка повзучості матеріалу корпусу клапанів є важливою для визначення його пошкодження та ресурсу. Моделювання повзучості корпусу стопорно-регулювальних клапанів парової турбіни виконувалось на основі тривимірних моделей з використанням теорії зміцнення. При цьому було враховано складові несталої та усталеної деформації повзучості. Повзучість корпусу визначена за максимальної потужності турбіни для всіх стаціонарних режимів роботи. Максимальні розрахункові значення деформацій повзучості зосереджені в патрубках корпусу перед регулювальними клапанами та в пароприймальній камері, де на практиці спостерігаються втомні дефекти. Проте навіть за 300 тисяч годин експлуатації турбіни (з умовною максимальною потужністю) на стаціонарних режимах деформації повзучості не перевищують допустимих значень. Пошкодження і ресурс корпусу клапанів оцінювалися за двома методиками, що створені в Інституті проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (2011 р.), та в Науково-виробничому об’єднанні з дослідження в проектуванні енергетичного обладнання ім. І. І. Ползунова (НВО ЦКТІ) – 1986 р. Результати оцінки пошкоджуваності і спрацювання ресурсу корпусу клапанів парової турбіни від впливу циклічного навантаження та повзучості турбіни на стаціонарних режимах роботи за 40, 200 та 300 тисяч годин свідчать, що умови термоміцності корпусу в області пароприймальної камери не порушуються (без урахування можливих недосконалостей корпусу після виготовлення). Пошкодження в патрубках корпусу клапанів після 300 тисяч годин експлуатації перевищують граничне значення з урахуванням коефіцієнтів запасу. При цьому пошкодження від повзучості на стаціонарних режимах роботи складає біля 70% від сумарного. Максимальні значення пошкодження спостерігаються в зонах корпусу, де мають місце дефекти при експлуатації системи паророзподілу турбіни. Розбіжність результатів за обома методиками по відношенню до їх середнього значення становить ~20%.