поворотная диафрагма паровой турбины

Вот о чём часто забывают, когда говорят про регулирование пара в ЦВД: поворотная диафрагма — это не просто механический затвор. Это узел, от чьей точности и ?здоровья? зависит не только КПД на частичных нагрузках, но и сама возможность безопасного пуска и работы турбоагрегата. Многие, особенно на стороне эксплуатации, воспринимают её как данность — стоит себе, управляется сервоприводом, и ладно. А нюансов — масса.

Конструкция и скрытые проблемы

Если брать классическую конструкцию для турбин среднего давления, то основа — это сегменты с профильными лопатками, закреплённые на цапфах. Казалось бы, всё просто: поворачиваются сегменты — меняется проходное сечение. Но главная головная боль здесь — зазоры. Термические расширения, вибрации, эрозия от влажного пара — всё это ведёт к их изменению. Неравномерный зазор по окружности — это уже не регулирование, а односторонний поддув, который со временем ?съедает? лопатки следующей ступени.

Вспоминается случай на одной ТЭЦ с турбиной К-100. Там была хроническая проблема с вибрацией на определённых нагрузках. Долго искали причину в роторе, в подшипниках. Оказалось, дело в люфте цапф одной из секций поворотной диафрагмы. Из-за износа втулок сегмент начинал ?играть? под напором пара, создавая пульсирующий поток. Замена втулок и юстировка решили вопрос, но осадок остался: такой, казалось бы, второстепенный узел может стать источником серьёзных проблем.

Материал — отдельная тема. Для корпусных деталей часто идёт углеродистая сталь, но сами лопатки сегментов — уже нержавейка. А вот цапфы и втулки — точка трения. Здесь без твёрдых наплавок или бронзовых втулок никак. Видел последствия, когда на ремонте привозили диафрагму, где цапфы были просто ?слизаны? — видимо, смазка не работала, или монтажники при сборке не выставили соосность.

Монтаж, регулировка и ?человеческий фактор?

Здесь кроется, наверное, 70% всех будущих проблем. Диафрагма должна быть идеально отцентрована относительно корпуса цилиндра и ротора. Любой перекос — и при тепловых расширениях она может начать задевать за ротор. Это не мгновенная катастрофа, но гарантированный износ и падение эффективности. Инструмент для центровки — штихмасы, индикаторы — должен быть в порядке, а у исполнителей — понимание, что они делают.

Особенно критична сборка тяговой системы — рычагов и валиков, которые связывают все сегменты в единый механизм. Их нужно собирать с ?холодными? зазорами, которые уйдут при прогреве. Если эти зазоры не обеспечить, механизм может заклинить в рабочем состоянии. Был прецедент на одном из заводов, где после капремонта турбина не могла выйти на полную мощность — сервопривод упирался, и защита срабатывала. При вскрытии обнаружили, что монтажники, боясь люфтов, слишком туго собрали все соединения в тяговом механизме диафрагмы. Прогрелась турбина — всё зажало.

Ещё один момент — пневмоиспытания на плотность. После монтажа диафрагмы в корпус цилиндра нужно проверять, как она прижимается в закрытом положении. Подаёшь воздух под давлением со стороны входа, слушаешь и смотришь на падение давления. Часто бывают неплотности по стыкам сегментов. Это, в принципе, нормально для регулирующей аппаратуры, но если утечки превышают норму — жди потерь. Иногда помогает притирка, иногда нужно править посадочные поверхности.

Взаимодействие с системой управления

Поворотная диафрагма — это конечный исполнительный орган системы регулирования турбины. Её характеристика — зависимость проходного сечения от угла поворота — должна быть строго согласована с настройками регулятора скорости и сервопривода. Если характеристика нелинейна (например, из-за износа или неправильной сборки рычагов), то регулятор не сможет точно поддерживать частоту вращения или нагрузку. Турбина будет ?плавать?.

Сервоприводы сейчас в основном гидравлические, реже — электромеханические. Важно следить за состоянием уплотнений штока привода. Утечка масла из полости управления — частая неисправность, которая приводит к медленному ?сползанию? диафрагмы и, как следствие, изменению параметров пара без команды от регулятора. Диагностируется это просто — по drift-тесту при отключённом приводе, но почему-то про это часто вспоминают уже постфактум.

Калибровка. После любого ремонта или вмешательства в механическую часть необходимо заново снимать и вводить в регулятор характеристику ?положение штока сервопривода — угол поворота диафрагмы — расход пара?. Без этого автоматика работает вслепую. На одной из наших работ по модернизации системы управления для заказчика из СНГ как раз столкнулись с этим: новая система REGADA была установлена, но динамика регулирования оставляла желать лучшего. Оказалось, прежние службы за годы эксплуатации несколько раз ремонтировали тяги, меняли геометрию, а в старом регуляторе оставались заводские настройки. Пришлось всё заново снимать и настраивать ?с нуля?.

Ремонт и восстановление: наш подход

В практике ООО Сычуань Чуанли Электромеханическое Оборудование ремонт поворотных диафрагм — это не просто замена изношенных деталей. Это комплексная работа, начинающаяся с дефектации. Каждый узел осматривается, замеряются все посадочные диаметры, зазоры, оценивается состояние рабочих кромок лопаток и посадочных поверхностей в корпусе. Часто оказывается, что нужно восстанавливать не саму диафрагму, а её посадочное место в корпусе цилиндра.

Для восстановления изношенных цапф и втулок мы применяем технологии наплавки с последующей механической обработкой на станках с ЧПУ. Это позволяет вернуть исходные геометрические размеры и, что критично, твёрдость поверхности. Для лопаток, подвергшихся эрозии, возможна как замена сегментов, так и, в менее запущенных случаях, восстановление профиля шлифовкой. Всю информацию о наших возможностях в этом направлении можно найти на https://www.chinaturbine.ru в разделе, посвящённом капитальному ремонту.

Ключевой этап — сборка и стендовые испытания. Отремонтированный узел собирается на стенде, где проверяется плавность хода всех сегментов, отсутствие заеданий в полном диапазоне углов поворота, измеряются усилия на приводном валу. Только после этого диафрагма считается готовой к отправке заказчику. Мы, как предприятие, интегрированное в полный цикл — от проектирования до монтажа и обслуживания, — понимаем, что качество ремонта этого узла проверяется в первую очередь при пуске и последующей эксплуатации турбины.

Размышления в сторону модернизаций

Современный тренд — это цифровизация и предиктивная аналитика. Применительно к поворотной диафрагме это могло бы означать установку датчиков положения с высокой точностью и датчиков вибрации непосредственно на сегменты. Мониторинг в реальном времени позволил бы отслеживать начало заеданий, износ втулок, неравномерность хода. Пока это скорее экзотика, но для новых проектов или глубокой модернизации ответственных агрегатов — идея перспективная.

Другой вектор — материалы. Использование износостойких покрытий, например, на основе карбида вольфрама, для цапф и ответных поверхностей могло бы радикально увеличить межремонтный интервал. Но здесь встаёт вопрос стоимости и, опять же, ремонтопригодности. Напылённый слой должен быть достаточно толстым и хорошо сцепленным с основой, чтобы выдержать годы работы, и при этом его должно быть возможно восстановить в полевых условиях.

В конце концов, всё упирается в экономику. Замена или глубокая модернизация поворотной диафрагмы — это остановка турбины, разборка ЦВД, серьёзные трудозатраты. Поэтому так важен грамотный первоначальный расчёт, качественное изготовление и, что не менее важно, корректная эксплуатация. Регулярные проверки характеристик привода, анализ тенденций изменения параметров пара могут заранее сигнализировать о развивающихся проблемах, позволяя запланировать ремонт, а не бороться с последствиями аварийной остановки.