Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf

тельно, коэффициент эффективности теплового удара R = = 0,35; 0,5; 0,7. Если принять за предельное температурное на­ пряжение в металле 0(цред = Ю кгс/мм2, то предельное значе­ ние разности температур греющего пара и металла получится Д^° м = 80; 57; 40° С.

Как известно, турбостроительные заводы рекомендуют, чтобы эта разность не превышала 50° С.

Другой вывод из этого примера заключается в том, что турбины с двустенными корпусами (К-300-240 ЛМЗ) допус­ кают большие разности температур греющего пара и металла и могут быть поэтому прогреты быстрее.

Допустимую скорость прогрева корпуса турбины w = dt°/d% находим из уравнения теплопроводности плоской стенки тол­ щиной б с температуропроводностью а [7]

d-t _ w

dx- а

Решение этого уравнения для граничных условий

откуда разность температур по толщине б стенки

а разность между температурой стенки на внутренней поверх­ ности, где возникают максимальные температурные напряже­ ния, и среднеинтегральной температурой стенки

Кроме соблюдения этих двух фундаментальных правил прогрева, необходимо тщательно следить за температурными

перепадами в массивных деталях турбины, а также в опреде­ ленных характерных поперечных сечениях корпуса. При недо­ пустимо быстром прогреве в корпусах, паровых коробках, сто­ порном клапане и т. д. появляются значительные разности температур не только в радиальном, но и в осевом направле­ нии из-за различных условий теплообмена для соседних эле-, ментов, различного соотношения поверхностей теплоотдачи и массы деталей. Неодинаковая деформация из-за неравномер­ ного прогрева и различной жесткости соседних элементов вы­ зывает появление дополнительных напряжений, которые могут значительно превысить уровень температурных напряжений, оцениваемых по упрощенным выражениям для одномерного температурного поля.

Точный расчет температурных и дополнительных напряже­ ний в металле турбины невозможен из-за сложности конфигу­ рации ее деталей, а также из-за неравномерности трехмер­ ного температурного поля, и поэтому приходится предвари­ тельную оценку этих напряжений производить по упрощен­ ным выражениям, принимая температурное поле изменяю­ щимся только по толщине стенки детали. При этом рекомен­ дуется принимать достаточный запас прочности (не менее 1,5), чтобы обеспечить безопасный прогрев наиболее массивных элементов турбины. Существует также практическое правило определения безопасных температурных перепадов, согласно которому каждым 10° С перепада соответствует величина тем­ пературного напряжения в металле а10„ = 2 кгс/мм2.

Таким образом, чтобы не получить остаточных деформа­ ций, коробления или даже трещин, нельзя допускать в толще деталей турбины температурных перепадов выше

м : < .10дтск < 100э С,

где /ещ, — запас прочности, равный 1,5; сгтек— предел теку­ чести для сталей перлитного класса, из которых изготовлены турбины К-200-130 и К-300-240, равный 30 кгс/мм2.

Контроль температуры осуществляется с помощью хро- мель-алюмелевых термопар, заложенных в наиболее ответст­ венных с точки зрения прогрева местах.

Особенно важно следить за разностью температуры ме­ талла в толще стенки таких элементов турбины, как стопор­ ный клапан, паровая коробка регулирующих клапанов, сто­ порный клапан промежуточного перегрева, корпус ЦВД, корпус ЦСД.

Стопорный клапан свежего пара. Опыт эксплуатации тур­ бин К-200-130 и К-300-240 показал, что часто при неправиль­ ном пуске возникали высокие температурные напряжения в корпусах стопорных клапанов острого пара. Эти напряжения в

66

ные напряжения в месте сварки переходного патрубка с кор­ пусом турбины, составляющие при номинальной нагрузке 6—8, возрастают до 11 кгс/мм2 при снижении нагрузки до 100 МВт. При остановке турбины паровые коробки регули­ рующих клапанов остывают быстрее корпуса турбины н тем­ пературные напряжения меняют знак и достигают 14 кгс/мм2.

При пуске из различных тепловых состояний температур­ ные напряжения в паровых коробках и переходных патрубках регулирующих клапанов находятся на уровне 6—10 кгс/мм2, повышаясь на отдельных этапах пуска до 25 кгс/мм2. При этом наибольшие напряжения возникают у корня переходного

патрубка. Условия прогрева паровых коробок регулирующих клапанов при пусках турбины сходны с условиями прогрева корпусов стопорных клапанов острого пара. Наибольшие на­ пряжения в них возникают также при предтолчковом прогреве и резких изменениях температуры свежего пара в процессе нагружения турбины. Поэтому ограничение уровня пусковых температурных напряжений в корпусах стопорных клапанов обеспечивает одновременно допустимый уровень напряжений в паровых коробках регулирующих клапанов (10—15 кгс/мм2), и, следовательно, делает излишним дополнительный контроль за их прогревом.

Корпус ЦВД. На рис. 49 показано распределение темпера­ тур и температурных напряжений в стенке корпуса ЦВД тур­ бины К-200-130 в момент наибольших разностей температур при пуске турбины из холодного состояния, а на рис. 50 — на­ пряжения и температуры в той же стенке при установившемся

68

режиме полной нагрузки, наложенные на напряжения от дав­ ления пара.

Как видно, максимальный перепад температуры на стенке при пуске наблюдается в районе регулирующей ступени, но при этом температурные напряжения остаются в допустимых пределах, не превышая 10 кгс/мм2. В период нагружения, когда интенсивно прогревается головная часть ЦВД, возни­ кают максимальные меридиональные напряжения at (до —25 на внутренней и +20 кгс/мм2 на наружной поверхности ци­ линдра) [8].

Для режима длительной работы турбины с номинальной нагрузкой (см. рис. 50) характерны незначительные темпера­

турные перепады по толщине стенки (4—6° С) и большие перепады в осевом направлении. Максимальные температур­ ные напряжения возникают в зоне наибольших температур и достигают 10 кгс/мм2.

Для этого режима существенную величину составляют на­ пряжения от внутреннего давления пара. Они достигают мак­ симума в паровпускной и выхлопной частях и равны соответ­ ственно 8,6 и 12,8 кгс/мм2. Наибольшие суммарные напряже­ ния при установившемся режиме с нагрузкой 200 МВт (мери­ диональные на наружной поверхности) возникают в зоне вы­ хлопа и вблизи регулирующей ступени (10—12 кгс/мм2).

Большое влияние на напряженное состояние корпуса ока­ зывают массивные фланцы (толщина фланцев ЦВД турбины К-200-130 в зоне регулирующей ступени равна 400 мм).

Прогрев массивных фланцев значительно отстает от про­ грева стенок корпуса турбины, и это обусловливает появление температурного перепада и значительных тепловых напряже­ ний по ширине фланцев. При больших скоростях прогрева температурные перепады могут превосходить 180—200° С и

69