Введение к работе
Актуальность работы.
Проблема создания эффективных и надежных паровых турбин является одной из центральных и актуальных в современной теплоэнергетике.
В настоящее время паровые турбины достигли высокой степени совершенства . Тем не менее дальнейшее снижение себестоимости тепловой и электрической энергии остается главной задачей при проектировании новых и модернизации существующих турбоагрегатов и требует отыскания скрьггых резервов дальнейшего повышения их эффективности.
Поскольку основные свойства, а также качество машин и их элементов в решающей мере формируются на стадии их проектирования, совершенно очевидно, что задача проектирования эффективных и надежных турбин, а также дальнейшее совершенствование уже существующих агрегатов, является актуальной в общем процессе создания турбоагрегата.
Кроме того, особенностями рынка энергетического оборудования в настоящее время являются
потребность в большом диапазоне турбоустановок как по мощности, так и по
функциональным особенностям (теплофикация, промышленные отборы,
противодавление, работа в составе ПГУ).
постоянно повышающимися требованиями по экономичности, маневренности, ^ресурсу, надежности, диапазону оптимальных нагрузок, экологической безопасности.
потребность в замене отслужившего срок службы оборудования на новое с конкретной привязкой к объекту.
требования конкурентноспособности поставляемого оборудования, т.е
сочетания высоких эксплуатационных характеристик с приемлимыми стоимостными
показателями.
В силу вышеуказанного, создание мощностных рядов турбинного оборудования, обеспечивающее широкий диапазон типоразмеров турбин в сочетании с высокой степенью унификации оборудования и, как следствие, снижение стоимостных показателей является наиболее актуальной задачей турбостроения с точки зрения приспособления его к современному рынку и успешному конкурированию с иностранными турбостроительными фирмами.
Успешному решению рассматриваемых задач во многом способствует широкое применение ЭВМ при проектировании. Кроме того, внедрение ЭВМ создает возможность качественно нового подхода, при котором она сама синтезирует конструкцию. Для реализации такого подхода необходимо располагать серией программ решения задач проектирования, обеспечивающих надежные результаты на различных уровнях детализации конструкции.
Совмещение задач расчета и конструирования на основе совершенствования математических моделей физических явлений и конструктивных форм проточных частей и турбины в целом является особенно актуальным при создании общей системы машинного проектирования.
Применение более совершенных методов расчета и проектирования паровых турбин требуют проведения комплекса исследований по изучению рабочего процесса в турбоустановках как в лабораторных исследованиях, так и на натурных турбинах,
чтобы иметь соответствие расчетных характеристик проектируемого оборудования эксплуатационным.
Постановка залами и цель работы.
Обеспечение бесперебойного энергоснабжения народного хозяйства на базе дальнейшего развития электроэнергетики, использование резервов производства и достижение максимально возможной экономии топливно-энергетических ресурсов является одной из главных задач на современном этапе. Особое место в решении этих задач отводится паротурбостроению. На паротурбинных электростанциях России и СНГ вырабатывается до 85% всего централизованного производства электроэнергии. Доля электростанций , на которых установлены и работают паротурбинные установки производства ЛМЗ мощностью от 25 до 1200 МВт достаточно велика. С 1946 г. до настоящего времени ЛМЗ изготовил более 1600 паровых турбин на суммарную мощность 220 млн. кВт. Это составляет порядка 9% от паротурбинной мощности, установленной на электростанциях мира.
Несмотря на достаточно высокую степень отработанности конструкций и режимов эксплуатации паровых турбин ЛМЗ, в настоящее время стоит задача гибче реагировать на требования заказчиков, иметь возможность практически удовлетворять любой запрос.
В связи со снижением спроса на паровые турбины большой мощности, ЛМЗ в настоящее время уделяет много внимания разработке и производству паровых турбин малой мощности, турбин утилизирующих пар низких параметров, реновации и модернизации турбин, выработавших свой ресурс. В этом направлении важными являются варианты модернизации, которые определяет сам заказчик. В зависимости от состояния установленного оборудования и степени выработки ресурса, модернизация может быть выполнена в различных объемах.
На основании вышеизложенного, целью настоящей работы явилось обобщение и реализация как во вновь разрабатываемых паровых турбинах, так и при реконструкции и модернизации существующих, обширного объема научно-исследовательских, расчетных и конструкторско-технологических работ для создания высокоэкономичных паровых турбин, отвечающих современным требованиям теплоэнергетики, при этом ставится весьма актуальная задача - обеспечение оптимального соотношения между стоимостью установленной единицы мощности и себестоимостью вырабатываемой энергии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработаны основные принципы создания современного паротурбинного оборудования, модернизации существующего и замены отработавшего свой ресурс;
предложен способ проектирования высокоэкономичных паровых турбин АО ЛМЗ за счет применения цилиндров высокого давления с реактивным облопачиванием;
представлены основные способы организации повышенных
теплофикационных отборов пара, которые реализованы в существующих
конденсационных паровых турбинах АО ЛМЗ;
предложен способ модульного проектирования паровых турбин для
промышленных и энергетических турбоустановок;
предложен конструктивный профиль паровой турбины для работы в составе
парогазовых установок;
Достоверность полученных результатов, положений и выводов определены:
использованием при создании паротурбинных установок отработанных методов расчета и проектирования, которые прошли апробацию и подтверждены результатами, полученными при эксплуатации существующих паротурбинных агрегатов;
исследованиями паротурбинных установок в промышленных условиях, которые подтвердили практические результаты внедренных предложений по совершенствованию существующих паротурбинных агрегатов за счет проведенной реконструкции и модернизации.
Реализация работы.
Разработанные под руководством автора и при непосредственном его участии основные принципы проектирования современных паровых турбин воплощены в реальные конструкции паровых турбин АО ЛМЗ мощностью 25-800 МВт, которые успешно работают на электростанциях как СНГ, так и за рубежом.
Предложенный способ реконструкции конденсационных паровых турбин для перевода в режим с повышенными отборами пара на теплофикацию реализован на турбинах мощностью 100, 200 и 300 МВт.
Изготовлена и находится в стадии монтажа первая в России паровая турбина Т-150-7.7 для работы в составе бинарной схемы ПГУ-450 Северо-Западной ТЭЦ (г. Санкт-Петербург).
Проведена модернизация паровой турбины мощностью 200 МВт (ТЭС 'Тахколуото", Финляндия) по замене проточной части ЦНД с сохранением наружного ' корпуса.
При разработке новых проектов паровых турбин АО ЛМЗ используются многие из представленных в работе мероприятий по обеспечению высокого уровня экономичности и надежности современных паровых турбин.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе современных принципов проектирования и модернизации паровых турбин различных типов и назначения, предложенных автором и при его непосредственном участии, удалось создать высокоэкономичные и надежные паровые турбины, отвечающие современным требованиям теплоэнергетики.
Достигнутый уровень экономичности и надежности современных паровых турбин АО ЛМЗ, созданных под руководством и при непосредственном участии автора, делает их конкурентноспособными и пользующимися спросом на международном рынке.
Апробация работы.
Материалы диссертации неоднократно докладывались на НТС АО ЛМЗ, республиканских и международных конференциях.
Публикации.
Основные материалы диссертации опубликованы в 11 печатных работах, 18 авторских свидетельствах и более чем в 30 научно-технических отчетах.