Разработка методологии повышения эффективности и надежности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования Волков Александр Викторович

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние и методологические проблемы повышения эффективности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования 14

1.1 Насосное оборудование централизованных систем тепло и электроснабжения 14

1.2 Расчетно-теоретические методы анализа свойств и проектирования проточных частей лопастных гидромашин 20

1.3 Кавитационные процессы в лопастных гидромашинах 25

1.4 Анализ основных подходов повышения надежности эксплуатации насосного оборудования 33

1.5 Анализ повреждаемости насосного оборудования энергетических объектов 36

2. Влияние внешних и внутренних факторов на работоспособность и ресурс насосного оборудования ... 52

2.1 Учет конструктивных особенностей насосных агрегатов 56

2.2 Характеристики качества изготовления центробежных насосов и условий проведения ремонтно-восстановительных работ 58

2.3 Воздействие специфических свойств рабочей среды на работу насосного оборудования 63

2.4 Анализ влияния согласованности характеристики гидросистемы и насосного агрегата 65

2.5. Особенности характерных способов регулирования подачи центробежных насосов 66

2.6. Учет влияния квалификации обслуживающего персонала на эффективность эксплуатации насосного оборудования 72

2.7. Основные задачи по проведению исследования работы и совершенствования насосного оборудования 73

2.8. Разработка подхода определения остаточного ресурса насосного оборудования 78

3. Комбинированный метод гидродинамического анализа работы насосного оборудования 81

3.1 Анализ функционирования насосного оборудования в основных технологических циклах энергоблоков 82

3.1.1 Подача питательной воды 82

3.1.2 Сбор и подача конденсата 91

3.1.3 Подача сетевой воды 96

3.2 Трехмерный интегральный метод гидродинамического исследования течений в лопастных системах гидромашин 99

3.2.1 Постановка прямой 3D гидродинамической задачи 100

3.2.2 Математическая модель трехмерной гидродинамической задачи 101

3.3 Анализ гидродинамических качеств лопастных систем энергетических насосов различного назначения 105

3.3.1 Сетевые насосы СЭ 2500-60 и СЭ 2500-180 105

3.3.2 Бустерный насос ПД 650-160 111

3.3.3 Питательный насос ПТН1150-340 115

3.3.4 Конденсатный насос КсВ 320-160 117

3.4 Исследование работы гидравлических систем сетевых насосов с

учетом взаимовлияния отдельных сопротивлений друг на друга 121

4. Водно-химические характеристики рабочей среды и метод учета их влияния на кавитационные свойства насосного оборудования 130

4.1 Особенности поддержания водно-химических режимов на

энергообъектах 132

4.1.1 Водные режимы конденсатопитательного тракта 132

4.1.2 Водный режим барабанных котлов 133

4.1.3 Водный режим прямоточных котлов СКП... 138

4.2 Экспериментальные исследования воздействия рН- характеристики рабочей среды на кавитационные свойства центробежных насосов 142

4.2.1 Обзор основных теоретических подходов влияния электростатических полей на кавитационные процессы 143

4.2.2 Экспериментальные исследования влияния рН среды на характеристики центробежного насоса 4К-12а 145

4.2.3 Изучение влияния рН рабочей среды на развитие кавитационных процессов в канонической области типа труба Вентури 151

4.2.4 Исследование воздействия рН рабочей среды на поверхностное натяжение 155

4.3 Разработка метода регулирования работы гидросистемы с помощью изменения рН- характеристики рабочей среды 157

4.4 Расчетно- теоретические исследования работы сетевого насоса СЭ 2500-180 с учетом влияния рН- характеристики рабочей среды 159

5. Метод адаптации сетевых насосов к условиям реальной эксплуатации 161

5.1 Особенности работы технологического цикла, требования повышения надежности подачи сетевой воды потребителю 162

5.2 Основные подходы и способы повышения надежности работы сетевых насосов 164

5.2.1 Совершенствование проточной части рабочих колес насосов серии СЭ2500 167

5.2.2 Модернизация меридианной проекции рабочего колеса насоса серии СЭ 5000-160 для условий эксплуатации ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» 170

5.3 Установка шнеков на входе в насос 173

5.4 Экспериментальные исследования работы насоса 4К-12а с

установленным на входе шнеком 175

5.5 Повышение кавитационных качеств многоступенчатого конденсатного насоса типа 50-CUAV-170-12 фирмы SIGMA (Чехия) 179

5.6 Применение ионно-вакуумных покрытий для эффективной борьбы с

кавитационной эрозией 185

6. Использование поверхностно-активных ингибиторов коррозии для повышения энергетических и эксплуатационных качеств лопастных насосов 190

6.1 Физико-химические способы защиты теплотехнического оборудования ТЭЦ от коррозии 191

6.1.1 Свойства поверхностно-активного ингибитора коррозии 198

6.2 Влияние коррозионных и эрозионных процессов в проточной части центробежных насосов на надежность эксплуатации данного насосного оборудования 198

6.3 Методика нанесения ПАИК на поверхности рабочих колес центробежных насосов изготовленных из различных металлов 201

6.4 Экспериментальные исследования влияния ПАИК на энергетические и кавитационные свойства центробежных насосов 208

6.4.1 Исследования влияния ПАИК на энергетические и кавитационные свойства центробежных насосов на стенде МЭИ(ТУ) 208

6.4.2 Опытные исследования центробежного насоса типа NCF (SIGMA, Чехия) 210

6.4.3 Циклические испытания стойкости гидрофобной пленки. 214

6.4.4 Применение ПАИК- технологии на шнековом колесе. 216

6.5 Методика нанесения ПАИК в условиях ремонта и эксплуатации 218

6.5.1 Получение гидрофобных поверхностей в проточной части центробежного насоса без разборки насосного агрегата 218

6.5.2 Экспериментальные характеристики насоса КМ-40-32-180 с гидрофобной пленкой. 222

Заключение 227

Список использованных источников

• Расчетно-теоретические методы анализа свойств и проектирования проточных частей лопастных гидромашин
• Воздействие специфических свойств рабочей среды на работу насосного оборудования
• Трехмерный интегральный метод гидродинамического исследования течений в лопастных системах гидромашин
• Водные режимы конденсатопитательного тракта

Введение к работе

В настоящей работе осуществлена разработка методологических основ совокупности научно обоснованных методов и практических направлений для решения задач повышения надежности и эффективности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования.

Актуальность проблемы.

Обеспечение потребителя тепловой и электрической энергией является одной из важнейших народно-хозяйственных задач, от решения которой во многом зависит динамичное, поступательное развитие экономики страны, комфортное и достойное проживание населения. Гарантированное надежное функционирование разнообразных основных и вспомогательных технологических циклов и линий во многом зависит от устойчивой , бесперебойной работы насосного оборудования, составляющего значительную часть теплотехнического оборудования объектов энергоснабжения.

Вопросы повышения надежности эксплуатации разнообразного насосного оборудования энергетических объектов являются актуальными и требуют проявления повышенного внимания как проектирующих, так и эксплуатирующих организаций.

В достаточной степени определенно можно утверждать , что надежность подачи тепловой и электрической энергии во многом зависит от работы насосного оборудования, поэтому вопросы создания, разработки методов и методик направленных на увеличение гарантированного ресурса эксплуатации насосных агрегатов являются важной научно-практической задачей.

В настоящей работе осуществлена разработка методологических основ совокупности научно обоснованных методов и практических направлений для решения задач повышения надежности и эффективности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования.

Актуальность проблемы.

Обеспечение потребителя тепловой и электрической энергией является одной из важнейших народно-хозяйственных задач, от решения которой во многом зависит динамичное, поступательное развитие экономики страны, комфортное и достойное проживание населения. Гарантированное надежное функционирование разнообразных основных и вспомогательных технологических циклов и линий во многом зависит от устойчивой , бесперебойной работы насосного оборудования, составляющего значительную часть теплотехнического оборудования объектов энергоснабжения.

Вопросы повышения надежности эксплуатации разнообразного насосного оборудования энергетических объектов являются актуальными и требуют проявления повышенного внимания как проектирующих, так и эксплуатирующих организаций.

В достаточной степени определенно можно утверждать , что надежность подачи тепловой и электрической энергии во многом зависит от работы насосного оборудования, поэтому вопросы создания, разработки методов и методик направленных на увеличение гарантированного ресурса эксплуатации насосных агрегатов являются важной научно-практической задачей.

Целью настоящей работы явилось системно обоснованное формирование , с установлением возможности действительной практической реализации методологии направленной на значительное повышение эффективности работы насосного оборудования, работающего в «большой» (теплоэнергетика) и «малой» (коммунальное хозяйство) энергетиках, увеличение ресурса его безаварийной работы, разработка научно-технических решений и подходов способствующих уменьшению затрат энергии на привод насосных агрегатов, величина которых на некоторых электростанциях составляет более 10% от мощности энергоблоков.

Цель работы.

Целью данной работы является разработка методологии, в виде комплекса положительно коррелирующих между собой методов, методик и подходов, повышения эффективности и надежности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

- осуществить анализ влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность насосного оборудования и его показатели качества;

- произвести расширенный анализ особенностей функционирования насосного оборудования в основных и вспомогательных технологических циклах «большой» и «малой» энергетики;

- осуществить статистический анализ выхода из строя энергетических насосов различных типов, узлов и отдельных элементов насосного оборудования, эксплуатирующегося на разнообразных энергетических объекта;

- разработать эффективный метод прогноза функциональных и качественных показателей проточных частей насосного оборудования на основе комбинации численного решения прямой трехмерной гидродинамической задачи для лопастных гидромашин и гидравлического расчета гидросистемы с учетом взаимовлияния сопротивлений друг на друга;

- осуществить сравнительный анализ точности решения 3D метода МЭИ и пакета «TASCFlow»;

- осуществить разработку метода учета влияния водно-химических характеристик рабочей среды на работоспособность насосного оборудования;

- разработать метод адаптации сетевых насосов к условиям работы конкретных тепловых сетей;

- разработать метод эффективного использования поверхностно -активных ингибиторов коррозии для повышения энергетических и эксплуатационных качеств лопастных насосов.

Научная новизна.

Разработана методология повышения эффективности и надежности функционирования теплоэнергетического насосного оборудования основных и вспомогательных технологических циклов энергоблоков, заключающаяся в следующих аспектах.

1. Дан статистический анализ наиболее характерных отказов энергетических насосов, работающих на энергетических объектах центральной части России.

2. Исследовано влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность насосного оборудования по широкому спектру показателей качеств.

3. Выявлены особенности функционирования насосного оборудования для основных технологических циклов энергоблоков и согласованности работы насосов и гидросистемы.

4. Разработан эффективный метод прогноза функциональных и качественных показателей проточных частей насосного оборудования на основе комбинации численного решения прямой трехмерной гидродинамической задачи для лопастных гидромашин и гидравлического расчета гидросистемы с учетом взаимовлияния сопротивлений друг на друга;

5. Разработан метод учета влияния водно- химических параметров рабочей среды, таких как рН- характеристика, на кавитационные и эксплуатационные свойства насосного оборудования.

6. Предложен метод регулирования работы гидросистемы, в частности кавитационной характеристикой насосного агрегата, с помощью изменения рН- характеристики рабочей среды.

7. Разработан метод адаптации сетевых насосов реальным условиям эксплуатации.

8. Предложен метод эффективного использования ПАИК для повышения энергетических и эксплуатационных качеств динамических насосов.

Практическая ценность работы.

Работа выполнялась по планам госбюджетных и хоздоговорных научно-исследованиельских работ и международных контрактов Научного центра «Износостойкость» и кафедры Гидромеханики и гидравлических машин Московского энергетического института (технического университета).

Разработанная методология и экспериментальные исследования послужили основой для анализа и выработки рекомендаций по эффективной эксплуатации насосного оборудования теплоэнергетических объектов. Выработанные с использованием разработанных методов рекомендации использовались для повышения эффективности эксплуатации насосного оборудования (для бустерных ПД650-160, конденсатных КсВ 320-160, сетевых серии СЭ 2500 и СЭ 5000) на отдельных ТЭЦ ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО «Мосэнерго», на объектах эксплуатации ОАО «МОЭК», при создании новых и совершенствовании производимых насосов серии «К» и «КМ» на ЗАО «ПОМПА», конденсатного насоса типа 50-CUAV-170-12, нефте- химического насоса серии 200-NED-315-42 и насосов серии NCF, производимых фирмой «SIGMA» (Чехия).

Достоверность научных положений и практических результатов.

В работе применялись современные, апробированные на множественных тестовых сравнениях, методы расчетов и измерений, обеспечивающие высокой адекватности степени точности получаемые результаты. Хорошая согласованность качественных и во многих случаях количественных результатов с другими расчетными методами и опытными данными. Использовались канонические области ( типа трубы Вентури) для проверки отдельных подходов и положений, в том числе визуализации течений.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

1. Научно- технических конференциях МЭИ(ТУ) 1998-2006 г.г.

2. 2-м международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономии. ( ЭЭЭ-2 )" Казань, 1998 г.

3. Международной конференции «HYDROTURBO 98» , Брно (Чехия), 1998.

4. Международной научной конференции EMF 98, Созопол (Болгария), 1998.

5. 1-й научно- технической конференции "Моделирование технологических процессов в энергетике " г. Волжский 1999 г.

6. Всероссийской научно- технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии -2000», г. Пермь, 2000.

7. V и VI Международных научно- практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения», г. Пермь, 2002 - 2003 г.г.

8. Международных научно- технических конференциях «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке», Санкт- Петербург, 2003 г., «Гидравлические машины, гидроприводы, гидропневмоавтоматика», Санкт- Петербург, 2005 г.

9. Международных научно- технических конференциях «Насосы. Проблемы и решения», Москва, 2003 г, «Гидромашиностроение. Настоящее и будущее», Москва 2004 г., « Насосы. Эффективность и экология», Москва, 2005 г.

10.ХП международной научно- технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», Судак, 2005 г.

Публикации.

По метериалам диссертационной работы опубликовано 35 научных докладов, тезисов докладов, статей, учебных пособий, а также выпущено 14 отчетов по завершенным научно- исследовательским работам, получено 4 патента.

Автор выражает глубокую благодарность профессору Г.М. Моргунову за ценные консультации и советы, полученные во время выполнения работы, а также старшему научному сотруднику НЦ «Износостойкость» Поморцеву М.Ю., доцентам кафедры «Гидромеханики и гидравлических машин» Панкратову С.Н. и Давыдову А.И. за помощь в работе по некоторым разделам экспериментальных и теоретических исследований.

безаварийной работы, разработка научно-технических решений и подходов способствующих уменьшению затрат энергии на привод насосных агрегатов, величина которых на некоторых электростанциях составляет более 10% от мощности энергоблоков.

Цель работы.

Целью данной работы является разработка методологии, в виде комплекса положительно коррелирующих между собой методов, методик и подходов, повышения эффективности и надежности эксплуатации теплоэнергетического насосного оборудования. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• осуществить анализ влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность насосного оборудования и его показатели качества;

• произвести расширенный анализ особенностей функционирования насосного оборудования в основных и вспомогательных технологических циклах «большой» и «малой» энергетики;

• осуществить статистический анализ выхода из строя энергетических насосов различных типов, узлов и отдельных элементов насосного оборудования, эксплуатирующегося на разнообразных энергетических объекта;

- разработать эффективный метод прогноза функциональных и качественных показателей проточных частей насосного оборудования на основе комбинации численного решения прямой трехмерной гидродинамической задачи для лопастных гидромашин и гидравлического расчета гидросистемы с учетом взаимовлияния сопротивлений друг на друга;

- осуществить сравнительный анализ точности решения 3D метода МЭИ и пакета «TASCFlow»;

• осуществить разработку метода учета влияния водно-химических характеристик рабочей среды на работоспособность насосного оборудования;

• разработать метод адаптации сетевых насосов к условиям работы конкретных тепловых сетей;

- разработать метод эффективного использования поверхностно -активных ингибиторов коррозии для повышения энергетических и эксплуатационных качеств лопастных насосов.

Научная новизна.

Разработана методология повышения эффективности и надежности функционирования теплоэнергетического насосного оборудования основных и вспомогательных технологических циклов энергоблоков, заключающаяся в следующих аспектах.

1. Дан статистический анализ наиболее характерных отказов энергетических насосов, работающих на энергетических объектах центральной части России.

2. Исследовано влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность насосного оборудования по широкому спектру показателей качеств.

3. Выявлены особенности функционирования насосного оборудования для основных технологических циклов энергоблоков и согласованности работы насосов и гидросистемы.

4. Разработан эффективный метод прогноза функциональных и качественных показателей проточных частей насосного оборудования на основе комбинации численного решения прямой трехмерной гидродинамической задачи для лопастных гидромашин и гидравлического расчета гидросистемы с учетом взаимовлияния сопротивлений друг на друга;

5. Разработан метод учета влияния водно- химических параметров рабочей среды, таких как рН- характеристика, на кавитационные и эксплуатационные свойства насосного оборудования.

6. Предложен метод регулирования работы гидросистемы, в частности кавитационной характеристикой насосного агрегата, с помощью изменения рН- характеристики рабочей среды.

7. Разработан метод адаптации сетевых насосов реальным условиям эксплуатации.

8. Предложен метод эффективного использования ПАИК для повышения энергетических и эксплуатационных качеств динамических насосов.

Практическая ценность работы.

Работа выполнялась по планам госбюджетных и хоздоговорных научно-исследованиельских работ и международных контрактов Научного центра «Износостойкость» и кафедры Гидромеханики и гидравлических машин Московского энергетического института (технического университета).

Разработанная методология и экспериментальные исследования послужили основой для анализа и выработки рекомендаций по эффективной эксплуатации насосного оборудования теплоэнергетических объектов. Выработанные с использованием разработанных методов рекомендации использовались для повышения эффективности эксплуатации насосного оборудования (для бустерных ПД650-160, конденсатных КсВ 320-160, сетевых серии СЭ 2500 и СЭ 5000) на отдельных ТЭЦ ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО «Мосэнерго», на объектах эксплуатации ОАО «МОЭК», при создании новых и совершенствовании производимых насосов серии «К» и «КМ» на ЗАО «ПОМПА», конденсатного насоса типа 50-CUAV-170-12, нефте- химического насоса серии 200-NED-315-42 и насосов серии NCF, производимых фирмой «SIGMA» (Чехия).

Достоверность научных положений и практических результатов.

В работе применялись современные, апробированные на множественных тестовых сравнениях, методы расчетов и измерений, обеспечивающие высокой адекватности степени точности получаемые результаты. Хорошая согласованность качественных и во многих случаях количественных результатов с другими расчетными методами и опытными данными. Использовались канонические области ( типа трубы Вентури) для проверки отдельных подходов и положений, в том числе визуализации течений.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

1. Научно- технических конференциях МЭИ(ТУ) 1998-2006 г.г.

2. 2-м международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономии. ( ЭЭЭ-2 )" Казань, 1998 г.

3. Международной конференции «HYDROTURBO 98» , Брно (Чехия), 1998.

4. Международной научной конференции EMF 98, Созопол (Болгария), 1998.

5. 1-й научно- технической конференции "Моделирование технологических процессов в энергетике " г. Волжский 1999 г.

6. Всероссийской научно- технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии -2000», г. Пермь, 2000.

7. V и VI Международных научно- практической конференции «Энергопотребление и энергосбережение: проблемы и решения», г. Пермь, 2002 - 2003 г.г.

8. Международных научно- технических конференциях «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке», Санкт- Петербург, 2003 г., «Гидравлические машины, гидроприводы, гидропневмоавтоматика», Санкт- Петербург, 2005 г.

9. Международных научно- технических конференциях «Насосы. Проблемы и решения», Москва, 2003 г, «Гидромашиностроение. Настоящее и будущее», Москва 2004 г., « Насосы. Эффективность и экология», Москва, 2005 г.

10.ХП международной научно- технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», Судак, 2005 г.

Публикации.

По метериалам диссертационной работы опубликовано 35 научных докладов, тезисов докладов, статей, учебных пособий, а также выпущено 14 отчетов по завершенным научно- исследовательским работам, получено 4 патента.

Автор выражает глубокую благодарность профессору Г.М. Моргунову за ценные консультации и советы, полученные во время выполнения работы, а также старшему научному сотруднику НЦ «Износостойкость» Поморцеву М.Ю., доцентам кафедры «Гидромеханики и гидравлических машин» Панкратову С.Н. и Давыдову А.И. за помощь в работе по некоторым разделам экспериментальных и теоретических исследований.

Расчетно-теоретические методы анализа свойств и проектирования проточных частей лопастных гидромашин

Повышение КПД насосных агрегатов является одной из центральных задач при создании и эксплуатации насосного оборудования.

В соответствии с рекомендациями Europump /197/ по определению и достижению максимального КПД необходимо использовать современные расчетные методы анализа и синтеза проточных частей лопастных насосов, наиболее адекватно отражающие реальные свойства течений в лопастных гидромашинах , а также проведение как лабораторных так и натурных экспериментальных исследований. Максимальный КПД классифицируется в виде зависимости от двух критериев - коэффициента быстроходности и числа Рейнольдса (применительно к одноступенчатым насосам со спиральным отводом). При этом повышение КПД выполняется при следующих условиях: низких потерях трения в подшипниках и контактных уплотнения; пониженных потерях в пазухах центробежных насосов; минимальных утечках рабочей среды; минимальной шероховатости рабочих каналов; проточной части обеспечивающей возможно малые гидравлические потери.

Основными задачами гидродинамических расчетов является получение наиболее достоверной информации о распределении скоростей и давлений в проточной части гидромашины и создание высокоэффективной проточной части, обеспечивающей требуемые показатели работоспособности и качества. Решение этих задач невозможно без расчетных теоретических и экспериментальных исследований рабочего процесса в насосах. Анализ энергетических показателей связан с оценкой потерь механической энергии потока рабочей среды в различных элементах проточной части в зависимости от режима работы гидромашины.

Сложные формы проточной части лопастной системы (ЛС), их во многом диффузорный характер, затрудняют расчет течения жидкости в рабочих колесах (РК) лопастных насосов, поскольку реальные потоки являются трехмерными, нестационарными и, как правило, турбулентными. Поэтому в теории гидромашин рассматриваются методы, позволяющие получать приближенные решения гидродинамических задач (прямых и обратных), обладающих повышенной достоверностью /104/.

Существенное внимание уделяемое совершенствованию методов расчета течения в ЛС объясняется, прежде всего, во многом определяющим значением РК в формировании показателей работоспособности и качества гидромашины таких как КПД, коэффициент кавитации и др. Некоторым упрощающим моментом при описании рабочего процесса является то, что ЛС расположена в части проточного тракта, где его обводы имеют осевую симметрию. Имеются различные методы решения прямой и обратной гидродинамических задач для лопастных гидромашин, в том числе /17,56,70,99,101,134,158,192/ и др. В данных работах реализованы модели начиная от простейших одномерных (струйных) теорий до 3Dt.

Применение теории решеток весьма плодотворно позволило изучать влияние геометрических параметров ЛС на энергетические и кавитационные показатели РК. Информация, получаемая о распределении скоростей и давлений , а так же циркуляции развиваемой решеткой лопастей РК позволяет дать прогнозную оценку энергетических и кавитационных свойств РК, в частности определить с той или иной степенью приближенности теории пограничного слоя профильные потери в решетках, установить пути их снижения. Расчетные данные используются для прогноза ожидаемых локальных и интегральных гидродинамических характеристик и показателей работоспособности РК с отбором лучших проектных вариантов для их последующего использования и экспериментальной проверки.

Развитие численных методов позволило сформулировать более общие постановки гидродинамических задач теории турбомашин.

Важность практической реализации задачи описание трехмерного течения даже для идеальной жидкости привели к разработке методов расчета на основе квазитрехмерной модели течения, разработанной By Чунг-Хуа в 50-х - 60-х годах /239,240/. Анализ работ, использующих метод By Чунг-Хуа, позволяет констатировать приемлемое соответствие расчетных и опытных данных для гидромашин близких к осевому типу с достаточно большим втулочным отношением. В случае других вариантов гидромашин данный метод дает повышенное несоответствие с экспериментом /201/.

Другой более распространенный подход к приближенному описанию пространственных течений в турбомашинах в 70-х годах предложен Степановым Г.Ю. /158/. Согласно /158/ трехмерная задача сводится к совместному решению следующих предельных задач: осесимметричного течения на поверхностях % и обтекания решеток профилей на осесимметричных поверхностях тока S/ в слое переменной толщины с последующим исследованием вторичных течений в поперечных сечения Sj межлопастного канала. Данная постановка квазитрехмерной задачи позволила создать ряд эффективных ЛС РК различных быстроходностей /17,148,149,126/.

Викторов Г.В. на основе математического аппарата теории псевдоаналитических функций, предложил метод расчета ЛС гидромашин, сводящийся к удобной при реализации совокупности интегральных соотношений и регулярных, либо сингулярных уравнений относительно потенциала скорости или ее составляющих /17/.

Воздействие специфических свойств рабочей среды на работу насосного оборудования

Вопросы качества изготовления насосного оборудования отражены в различных методиках (см. например /207/) , позволяющих установить связь качества изготовления с эксплуатационными характеристиками с точки зрения потребителей. Методика /207/ основана на способе оценки рассматриваемого качества по 4-балльной шкале с определением необходимости внесения усовершенствований в конструкцию насосов или отдельных их узлов и деталей. Так проведенный в США сбор данных о работе насосного оборудования , в котором принимали участие 353 дистрибьютора повысительных насосных станций, дал следующие результаты. Надежность работы узлов гидравлической системы была оценена следующим образом: регулятор уровня в расширительном резервуаре, с учетом работы системы - 2,49; уплотнение вала - 2,55; надежность электропитания - 2,75; надежность подшипников 3,0. Эти узлы, с точки зрения потребителя, являются наиболее важными, поэтому их усовершенствование резко повышает потребительские качества насосов и систем в целом.

От того, насколько точно реализуются технические решения конструктора, во многом зависит надежность и долговечность работы насосного агрегата. Качество изготовления есть результат многих слагаемых, среди которых следует особо выделить: - качество литья; - свойства используемых материалов; - точность изготовления и сборки; - качество контроля.

От этих и ряда других слагаемых складывается репутация фирмы-изготовителя и желание эксплуатирующих организаций с ней сотрудничать в дальнейшем.

Текущий ремонт обычно производится ремонтными бригадами электростанции, а капитальный, специализированными ремонтными заводами, имеющимися практически во всех энергосистемах. Сложные виды ремонта, например, балансировка ротора многоступенчатого насоса, качественно можно выполнить только при наличии специализированного технологического оборудования и квалифицированных кадров. Качественно произведенный капитальный ремонт сможет обеспечить последующую надежную и экономичную эксплуатацию насосного агрегата.

Особенности проведения различных типов ремонта связаны с необходимостью гарантированного достижения расчетных параметров, заявленных заводом изготовителем (текущий ремонт) или приближением работоспособности насосного агрегата по работоспособности (капитальный ремонт) к максимально возможным характеристикам после замены быстроизнашиваемых деталей и восстановления посадочных поверхностей.

Одна из главных задач технического обслуживания и ремонтов заключается в правильном выборе межремонтных периодов и установлении объемов ремонтных работ, которые позволяют эксплуатировать гидросистему с максимальной эффективностью. Для ремонта и технического обслуживания предусматриваются периодические остановки гидромашины через заданные, как правило, равные промежутки времени. В то же время объем ремонтных работ и соответственно длительность простоев насосного агрегата неодинаковы, т.к. характер возможных неисправностей различен.

Технические возможности позволяют осуществить ремонт и восстановление утраченной работоспособности для любых отказов, кроме разрушения насоса в результате аварий , вопрос заключается только в экономической эффективности ремонта. На этом этапе существенное значение приобретает прогноз выхода из строя одного или другого узла насосного агрегата. Такой прогноз напрямую связан с условиями эксплуатации в той рабочей, области в которой работает насос. Данный подход позволяет влиять на вид межремонтного обслуживания ориентированный на конкретный тип эксплуатации, и позволяет избежать возникновения недопустимых отказов, которые могут возникать до момента наступления периодического ремонта.

Для минимизации затрат на обслуживание фактический срок службы насосного агрегатаr должен быть кратным межремонтному периоду тп, т.е. Тф=кт№ где к - число периодических ремонтов, т.к. восстановление детали планируется при текущем ремонте. В зависимости от сроков службы узлов и деталей при среднем сроке службы. В зависимости от рассеяния сроков службы узлов и деталей при среднем сроке службы Тср большим, чем период до П-то планового ремонта (тср птп), возможны следующие варианты назначения Тп (рис. 2.2) и соответственно планы ремонтных работ.

Трехмерный интегральный метод гидродинамического исследования течений в лопастных системах гидромашин

Сетевые насосы обеспечивают один из важнейших технологических циклов обеспечения потребителя сетевой водой для отопления и горячего водоснабжения. В его функции входит подогрев перекачиваемой воды и создание нужного напора на выходе. Технологический цикл работает в двух основных режимах: летнем и зимнем. Летний режим характеризуется средней температурой на выходе из блока равной 77 С, в зимний период 75-100 С. Летом среднее давление в напорной магистрали составляет 9 атм, в зимний период (9-13)атм. Летом среднее давление на выходе насоса первого подъема составляет 4.5атм, в зимний период (5.5-6)атм. Диапазон изменения входного магистрального давления составляет (1.5-2.5)атм. Температура воды во входном магистральном трубопроводе меняется в диапазоне 40-60 С, причем большая температура соответствует зимнему периоду работы. Диапазон изменения расхода, проходящего через один блок, составляет (2000-2850) м /ч летом и 5000 м3/ч зимой для 100 МВт энергоблока. Весь технологический цикл состоит из группы блоков, установленных параллельно. Они имеют общую всасывающую и нагнетательную магистраль. Подача воды во всасывающую магистраль осуществляется в том месте, где установлены блоки, обслуживающая определенный район города или местности. Каждый блок состоит из насосов первого и второго подъема, фильтров, встроенных конденсаторов пучков и подогревателей первого и второго подъемов. Вода, приходящая от потребителя фильтруется и попадает в сетевые насосы первого подъема. Далее вода подогревается в бойлерах за счет сжигаемого в котле топлива, а также, в случае необходимости, во встроенных пучках конденсатора.

Насосы первого подъема обеспечивают отсутствие кавитации на входе насосов второго подъема. Регулирование насосной станции осуществляется только количеством работающих насосов. Система резервирования обеспечивается несколькими принципами. В случае выхода из строя какого-либо насоса, в работу включается резервный насос, установленный параллельно основному.

Особенности работы данного технологического цикла более подробно описаны главе 5. на примере работы 100 МВт энергоблока (рис. 5.2.1), применительно к условиям эксплуатации ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго».

Особенность работы сетевых насосов в том, что рабочая точка определяется переменной характеристикой гидросистемы. Насос первого подъема часто эксплуатируется в нерабочем диапазоне с возможным возникновением кавитации и нерасчетных параметров. Вследствие того, что водородный показатель рН перекачиваемой жидкости колеблется в диапазоне 8-9.2, кривая насыщенных паров для жидкости претерпевает изменения. Таким образом, в условиях меняющейся температуры рабочей жидкости, вероятность возникновения кавитации и вместе с тем разрушения проточной части насоса различна. Характерной неисправностью насоса первого подъема является кавитационная эрозия в области языка отвода. Среднее квадратичное значение вибро- скорости, измеренное на корпусах подшипников не должно превышать критических значений, определенных заводом - изготовителем. С превышением предельно допустимых вибраций происходит износ сальниковых уплотнений.

Критерием отказа насоса является превышение утечки через сальниковые уплотнения от нормы (суммарная внешняя утечка через уплотнения ротора насоса 0.5 м /час - данные из паспорта на насос) и не поддающейся регулированию поджатием, либо заменой сальниковой набивки. Критерием предельного состояния насоса является снижение напора ниже 56 м в номинальном режиме работы. Для сигнализации неисправностей установлены датчики температуры, показывающие нагрев подшипников насоса, датчики температуры, показывающие нагрев воды, охлаждающей подшипники, датчики вибрации, установленные в корпусах подшипников, манометры на входе и выходе насоса. Статистика ремонтных работ (рис. 3.1.15) за 1998 год, проводимых на сетевых насосах первого и второго подъема блока №7 ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго», выглядит следующим образом: ремонт торцевых уплотнений - 17% ремонт подшипников - 10% набивка сальников - 10% устранение течей масла - 10% устранение вибрации - 7% капитальные ремонты, профилактика - 28% прочие неисправности -18%

Водные режимы конденсатопитательного тракта

Для уменьшения скоростей коррозии на конденсатопитательном тракте (КПТ) применяются два принципиально отличных водных режима, которые в соответствии с используемыми значениями рН называют нейтральными и щелочными 111. Нейтральный режим предусматривает поддержание значения рН в КПТ в пределах 6.9-7.3 за счет соответствующего выбора отношения анионита и катионита в конденсатоочистке или за счет добавления микроколичеств аммиака в конденсат, в который после конденсатоочистки вводят окислитель - газообразный кислород или раствор перекиси водорода. Этот режим применяют также и для КПТ при выполнении определенных обязательных условий. К ним относятся высокая чистота воды (удельная электрическая проводимость = 0,15-5-0,30 мкСм/см) и отказ от применения латуней в конденсатном тракте.

Существует еще один близкий к нейтральному, но слабощелочной водный режим КПТ, который также требует высокой чистоты конденсата, но допускает применение латунных ПНД. При этом режиме в конденсат вводят гидразин.

За рубежом наиболее распространенным является высокощелочной режим. При поддержании рН=9.5...9.6 (за счет введения аммиака) конечные результаты получаются столь же хорошими, как и при нейтральных режимах. Но такая высокая щелочность допустима только при отказе от латунных ПНД. В нашей стране все еще распространено применение латунных ПНД и это не позволяет принимать требуемые для рН=9.5...9.б количественные значения дозировки аммиака, так как в сочетании с наличием в воде некоторого количества кислорода это может привести к интенсивной коррозии латуней. Полностью обескислородить конденсат вводом в него гидразина невозможно, так как при низких температурах реакция между кислородом и гидразином практически не протекает и в воде сохраняется и кислород, и избыток гидразина, а при этом явление коррозии латуни усиливается.

Большим преимуществом высокощелочного режима при рН=9.5...9.6 является возможность его применения при любом качестве конденсата и питательной воды, в то время как нейтральный режим с дозированием окислителей, как указывалось, требует высокочистой воды.

Нормирование водного режима по правилам технической эксплуатации (ПТЭ) включает в себя нормы качества пара, питательной и котловых вод. Для барабанных котлов проводится нормирование качества перегретого пара после устройств, используемых для регулирования перегрева /88/. Соответствующие нормы ПТЭ для стационарной эксплуатации приведены в таблице 4.1.

Барабанные котлы ТЭС и ТЭЦ работают в широком интервале давлений 191. Пар на турбины подается при давлениях 3.0-13.8 МПа, т.е. барабанные котлы работают не только при средних (3,0 МПа), но и при высоких (9.8 МПа) и сверхвысоких (14.8 МПа) давлениях. Соответственно давления в парообразующей системе барабанных котлов составляют 3.9; 11.0 и 15.5 МПа.

Высокие требования к чистоте пара не могут быть обеспечены без соответствующей чистоты питательной воды. Нормы качества ее по ПТЭ приведены в таблицах 4.2 и 4.3, из которых следует, что водный режим барабанных котлов предусмотрен щелочным во всех случаях, в том числе и при обессоливании добавочной воды. Щелочная реакция достигается за счет амминирования питательной воды (ввод NH3 ограничен значениями 1000 мкг/кг).