Расчет турбины К-200-130 (стр. 2 из 4)

Рис. 1.1 Схема автоматизированной системы измерений пульсаций давления в регулирующих клапанах паровой турбины К-200-130.

Для решения этой задачи требуется получение амплитудно-частотных характеристик регулирующих клапанов конкретной турбины энергоблока при различных режимах его эксплуатации, включая режимы пусков и остановов. Параллельно решалась задача проверки технических средств реализации измерительного канала для системы мониторинга. Схема автоматизированной системы измерений пульсаций давления, использованная в данной работе, представлена на рис.1. По согласованию с АООТ “Ленинградский металлический завод” для исследования были выбраны клапаны РК2 (разгруженный) и РК3 (неразгруженный). Посадочный диаметр регулирующих клапанов D=150 мм. Особенностями конструкции клапанов являются наличие защитного стакана и выполнение чаш колоколообразной формы с перфорированной отверстиями кормовой частью. Диаметр разгрузочного клапана d=46 мм.

Точка отбора давлений за РК2 находится на внутренней поверхности диффузорного канала седла клапана и соединяется с приемной частью датчика пульсаций посредством штатной импульсной линии к манометру, регистрирующему давление за клапаном. Датчик пульсаций давлений в РК3 установлен непосредственно в корпусе клапана и позволяет регистрировать пульсационные характеристики за диффузорным каналом его седла. Поскольку характеристики подъема штоков клапанов РК1 и РК2 близки, а клапан РК4 в большинстве режимов эксплуатации энергоблока закрыт, то информацию, получаемую от двух датчиков для данной системы парораспределения, можно считать представительной.

Выбор типа датчика пульсаций давления осуществлялся из условий возможности его применения при высоких давлениях перегретого водяного пара (р0=13 МПа), а также при сложных температурных состояниях рабочей среды и корпусных элементов турбины (t=550 0С). Частотная характеристика датчика должна соответствовать измеряемым колебаниям давления с частотами до нескольких килогерц. Были установлены требования к статической точности, чувствительности к изменению внешних условий эксплуатации датчика, виду и значению выходного сигнала. В результате был выбран индуктивный тип датчика модификации ДДИ-21 в комплекте с высокочастотным нормирующим преобразователем НПДД (см. рис.1). Для сбора информации в персональном компьютере использовалась плата АЦП серии L-1250.

Запись информации в ЭВМ осуществлялась с помощью программ исполнителей с промежутком времени 10 минут в течение 1,5 месяцев эксплуатации энергоблока. Обработка файлов с полученной информацией проводилась программами спектральной обработки и статистического анализа. Выполнялся гармонический анализ спектров пульсаций давления и вибрации в зависимости от времени для многочисленных режимов работы турбоагрегата по его нагрузке. Для регистрации вибрации опор РВД турбины использовался портативный многоканальный виброкомплекс производства НПП “МЕРА”. Измерялись вертикальная и горизонтально-поперечная составляющие вибрации корпусов подшипников. Обработка результатов измерений уровней вибрации проводилась с помощью программной инструментальной среды ПОС НПП “МЕРА”. При вибрационном анализе выделялся частотный диапазон 10…1000 Гц.

Далее представлена выборочная информация о пульсационных характеристиках регулирующих клапанов ЦВД турбины К-200-130 для наиболее характерных режимов ее эксплуатации, к которым относятся режимы пуска, останова и ряда режимов длительного несения постоянной нагрузки. Эта информация дается в форме графиков пульсаций давления (спектральных характеристик) для различных диапазонов по частотам, которые необходимо учитывать при создании системы вибромониторинга. Полученные спектрограммы свидетельствуют о нестационарности процессов течения рабочей среды в каналах системы парораспределения. В качестве примера (рис. 1.2) рассматривается диапазон частот пульсаций давления от 450 до 600 Гц во временном отрезке с 11:00 до 14:20 при изменении нагрузки турбины от 80 до 110 МВт.

На данной спектрограмме по вертикальной оси отложен диапазон зафиксированных значений пульсаций давления (от 0 до 1,2 МПа с интервалом 0,3 МПА), по горизонтальной оси - диапазон частот (от 450 до 600 Гц с интервалом 37,5 Гц), а по третьей оси соответствующий диапазон времени регистрации. Спектрограммы представлены с градуировкой интервала времени dt=20 мин, т.е. в одном отрезке шкалы показаны два спектра пульсаций давления. Видно весьма существенное изменение не только амплитуд отдельных гармоник, но и частот этих гармоник. Так, например, в 11:10 (вторая запись по времени) наибольшей является гармоника с частотой около 590 Гц и амплитудой пульсаций на уровне 0,6 МПа. В следующей записи по времени частота уменьшается до 580 Гц, а амплитуда увеличивается до 1,1…1,2 МПа. Вследствие того, что нижняя сопловая коробка обслуживается регулирующим клапаном РК3, который закрыт в данном режиме, наличие пульсационных характеристик в спектрограмме нижнего датчика говорит об аэродинамической связи сопловой коробки и регулирующей ступени. При этом обнаружена общность, как в частотном спектре, так и в уровне амплитуд пульсаций для рассматриваемых элементов ЦВД.

а)

б)

Рис. 1.2 Примеры спектральных характеристик пульсаций давления.

а) - РК2 (верхний датчик);б) - РК3 (нижний датчик).

Результаты проведенных исследований показали наличие как высокочастотных (50…1000 Гц), так и низкочастотных (15…25 Гц) пульсации давления с амплитудами, достигающими значений 1,5…1,7 МПа. Такой уровень пульсаций является причиной сокращения ресурсных характеристик наиболее слабых элементов системы парораспределения. Важной следует признать существенную зависимость частоты пульсаций давления в РК от режима по нагрузке турбоагрегата. Отмечены различные формы тренда частот, включая и скачкообразные. Стабильность частотных характеристик наблюдается в установившихся режимах несения номинальной и близкой к номинальной нагрузках энергоблока. Особенно неблагополучны режимы несения частичных нагрузок при малых степенях подъема штока регулирующего клапана. Можно предположить что, обусловленность подобной нестационарности объясняется не только особенностями процессов в регулирующем клапане, но и изменением характеристик парового потока в котельном агрегате и паропроводах. Сюда же следует отнести и влияние на нестационарность неустановившихся режимов по нагрузке турбоагрегата, когда в короткий промежуток времени мощность изменяется на 1…3 МВт. Таким образом при удовлетворительной виброактивности регулирующих клапанов, высокочастотные пульсационные характеристики потока рабочей среды за ними могут иметь повышенные уровни амплитуд. Они проявляются не только неявным образом в процессах накопления усталостных эффектов в элементах системы парораспределения, но и отражаются в форме тренда или резких скачков уровня вибрации опор валопровода турбины.

Особенности пусковых режимов показаны на основе результатов испытаний, представленных на рис. 1.3, а и б для различных частотных диапазонов. На рис. 1.3, (а) даны спектральные характеристики пульсаций давления по соответствующим частотам в диапазоне нагрузок N от 0 до 20 МВт. На рис. 1.3, (б) представлены аналогичные характеристики для условий частичного открытия клапанов РК1 и РК2 в диапазоне нагрузок от 10 до 50 МВт.

Первая особенность полученных результатов состоит в том, что пульсации давления начинаются с момента открытия клапанов (см. рис. 3, а). По отношению к давлению рабочей среды после клапана их уровень достаточно высок (15…25 %), а в частотном диапазоне, соответствующем собственным частотам колебаний разгруженной конструкции клапана (500…600 Гц), пульсации по абсолютному значению достигают уровня 1,6 МПа (см. рис. 3, б). Вторая особенность заключается в генерации РК высокочастотного спектра пульсаций давления. Представленные спектрограммы свидетельствуют о диапазоне частот 275…750 Гц. В качестве третьей особенности можно принять избирательность частот возмущений рабочей среды за

открывающимся клапаном в зависимости от степени его открытия. Как правило, с подъемом чаши клапана частота пульсационных характеристик растет. При этом в ряде областей частотного поля отмечаются и обратимые вариации частот. Четвертая особенность отмечает правильность ранее сделанного вывода об аэродинамической связи сопловых коробок по пульсационным характеристикам.

а)

б)

Рис. 1.3. Примеры спектральных характеристик пульсаций давления в РК2 для условий первого пускового режима энергоблока.

Итак, полученные результаты подтверждают известный факт повышенного уровня виброактивности регулирующих клапанов в режимах несения частичных нагрузок турбины, определяемых малой степенью подъема штоков клапанов. По отношению к давлению пара после его дросселирования уровень пульсаций давления может достигать 30 % при их относительно высоких частотах. В той же мере приведенные особенности проявляются и для режимов останова турбины.