диафрагма паровой турбины

Когда говорят о диафрагме паровой турбины, многие представляют себе простую стальную перегородку между ступенями. На деле, это один из самых критичных узлов, от которого зависит не только КПД, но и сама возможность длительной работы ротора без вибраций. Ошибки в зазорах, материале или креплении лопаток в диафрагме аукаются потом месяцами поиска причин падения мощности или внезапных остановок.

Конструкция и её подводные камни

Если взять типовую диафрагму паровой турбины активного типа, то кажется, всё просто: наружное кольцо, внутреннее кольцо, лопаточный венец между ними. Но вот момент сборки и посадки в корпус... Тут начинается самое интересное. Наружное кольцо часто имеет горизонтальный разъём и должно плотно, но без перекосов, садиться в паз статора. Если где-то ?недожали? или, наоборот, повело от термонапряжений при сварке, получим нерасчётный радиальный зазор. А это — прямой путь к перетечкам пара.

Материал. Для ЦВД часто идёт стальное литьё, для ступеней с более низкими параметрами — иногда и чугун. Но вот с чугуном нужно быть осторожнее. Помнится случай на одной из ТЭЦ с турбиной советского производства: после капремонта, проведённого сторонней организацией, на пуске возникла сильная вибрация. Разобрали — а на нескольких диафрагмах в зоне внутреннего кольца пошли трещины. Причина — термоудар при прогреве, материал не выдержал. Оказалось, при ремонте использовали не тот сорт чугуна, более хрупкий. Пришлось срочно заказывать новые.

Именно поэтому на нашем производстве в ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование к выбору материала и контролю его свойств подходят строго. Каждая отливка или сварная конструкция для диафрагмы паровой турбины проходит не только УЗК, но и выборочные испытания на механические свойства. Потому что последствия дефекта в работе — слишком дороги.

Зазоры и реальная эксплуатация

Расчётные радиальные и осевые зазоры в диафрагме — это святое. Но на бумаге одно, а в ?горячем? состоянии — другое. Ротор ведь тоже расширяется, корпус — по-своему. Особенно критично это для турбин с частыми пусками и остановами, например, на промпредприятиях. Там циклы нагрева-остывания могут приводить к ?притиранию? гребней уплотнений на внутреннем кольце диафрагмы.

Был у нас проект модернизации старой турбины для завода в Казахстане. Заказчик жаловался на постепенное падение давления в отборе. При вскрытии увидели картину: лабиринтовые уплотнения на внутренних кольцах нескольких диафрагм были практически стёрты, зазоры увеличились в разы. Причина — неидеальная центровка ротора в совокупности с усталостью материала самих гребней. Просто заменить диафрагмы на такие же — значит, получить ту же проблему через несколько лет.

Мы предложили решение: изготовить новые диафрагмы с уплотнениями не из традиционной латуни, а из износостойкого никелевого сплава, а также предусмотреть на внутреннем кольце сменные вставки для будущих ремонтов. Плюс провели полный анализ центровочных кривых. После внедрения параметры стабилизировались. Подобные нюансы — это и есть суть капитального ремонта и модернизации, которыми мы занимаемся.

Ремонт или замена? Критерии выбора

Частый вопрос от эксплуатационников: когда диафрагму паровой турбины можно отремонтировать, а когда нужно менять полностью? Однозначного ответа нет. Если есть локальные повреждения лопаток от эрозии или попадания посторонних предметов, часто можно провести наплавку и механическую обработку. Но ключевое слово — ?локальные?. Если повреждено более 20-30% лопаток в венце, прочность всей конструкции уже под вопросом. Термические напряжения при ремонте могут её окончательно добить.

Ещё один бич — коробление. Особенно у сварных диафрагм больших диаметров для ЦНД. После длительной работы под нагрузкой или из-за остаточных напряжений после изготовления плоскость диафрагмы может перестать быть перпендикулярной оси турбины. Попытка выправить её на прессе — рискованное мероприятие. Чаще всего, если отклонение превышает допустимое по чертежу, проще и надёжнее изготовить новую. На нашем сайте chinaturbine.ru в разделе по капитальному ремонту как раз разбираем подобные кейсы, без прикрас.

Принимая решение, мы всегда делаем тщательную дефектацию. Замеряем геометрию, проверяем твёрдость материала в разных точках, смотрим под микроскопом на структуру металла в зонах крепления лопаток. Только так можно дать обоснованную рекомендацию. Случай из практики: для турбины мощностью 25 МВт после аварийного останова визуально диафрагмы были целы. Но замеры показали микротрещины в сварных швах наружного кольца. Ремонтировать? Нет. Отправили в утиль и сделали новые. Безопасность важнее.

Взаимодействие с другими узлами

Диафрагма не живёт в вакууме. Её состояние напрямую влияет на ротор и на уплотнения корпуса. Например, если при монтаже или из-за ползучести металла наружное кольцо диафрагмы просело в пазу статора, может измениться положение её внутреннего кольца относительно бандажей ротора. Это ведёт к изменению осевых зазоров в соседних ступенях, что чревато опасным осевым контактом.

При монтаже новых или отремонтированных диафрагм мы всегда проводим контрольную сборку ?на сухую?. Выставляем все диафрагмы по центровочным рискам, замеряем зазоры щупами и индикаторами, проверяем соосность внутренних отверстий. Только потом начинаем сборку ротора. Это трудоёмко, но экономит недели на устранение проблем при наладке.

Особое внимание — концевые диафрагмы, которые соседствуют с лабиринтовыми уплотнениями вала. Здесь зазоры минимальны, а требования к точности — максимальны. Любой перекос грозит катастрофическим износом. В своей работе мы часто используем для этих целей диафрагмы с регулируемыми (плавающими) сегментами уплотнений, которые лучше компенсируют возможные смещения.

Перспективы и материалы

Куда движется конструкция диафрагмы паровой турбины? Очевидный тренд — облегчение и повышение стойкости к эрозии. Всё чаще вместо цельнолитых или сварных конструкций для лопаточных венцов применяют вставные профили из титановых сплавов или высокопрочных нержавеющих сталей, которые затем фиксируют в наружном и внутреннем кольце. Это даёт выигрыш в массе и позволяет точечно усилить наиболее нагруженные участки.

Другой момент — технологии восстановления. Лазерная наплавка изношенных кромок лабиринтовых уплотнений сейчас даёт качество, почти не уступающее новому изделию. Мы в ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование активно внедряем это на участке ремонта. Но важно понимать: такая технология оправдана для дорогих или дефицитных диафрагм. Для массовых серийных ступеней проще и иногда дешевле сделать новую.

В конце концов, всё упирается в экономику ремонта. Задача специалиста — не просто ?поменять железо?, а предложить решение, которое продлит межремонтный интервал и повысит надёжность. Будь то новая диафрагма с улучшенными характеристиками или грамотно выполненное восстановление старой. Именно на такой комплексный подход, от проектирования до монтажа, и ориентирована наша компания. Ведь даже такая, казалось бы, рядовая деталь, как диафрагма, может стать ключом к стабильной работе всей турбины на долгие годы.