Отказы в работе турбин

Рассматриваются повреждения турбины и ее частей, причины возникновения и последствия отказов.

При эксплуатации паровых турбин возникают неисправности и неполадки, приводящие к отказам. По сравнению с котлоагрегатами их частота значительно меньше, хотя время восстановления, как правило, больше. Это объясняется разницей в конструкции и различием технологического ремонта обслуживания.

Некоторые даже серьезные повреждения отдельных деталей турбин не приводят к отказам. Это прежде всего относится к корпусам цилиндров, стопорных и регулирующих клапанов. Все они имеют большую толщину стенок со сложным рельефом по­верхности и изготовляются из стали различных марок.

При нарушении технологии отливки и термообработки возникают трещины, поры, раковины и другие дефекты. В эксплуатации под дей­ствием высоких температур при длительных наработках времени в корпусных деталях турбин развиваются исходные и возникают новые трещины. Их протяженность может быть от нескольких миллиметров до метра и более, по глубине – от долей миллиметра до сквозных отверстий. Чаще всего растрескивание встречает­ся в радиусных переходах, т. е. в местах наибольших напряжений.

Крупные трещины на корпусных деталях представляют серь­езную угрозу для турбины и обслуживающего персонала т.к. воз­можно их мгновенное развитие с трудноопределимыми последст­виями. Поэтому во время плановых ремонтов их выбирают меха­ническим инструментом и при необходимости заваривают. Одна­ко наличие трещин в большинстве случаев не приводит к отказам в работе турбин.

Фланцы разъемов цилиндров, стопорных и регулирующих клапанов соединяются с помощью шпилек и гаек. Пределы про­должительности работы крепежа определяются температурными условиями эксплуатации. Наиболее часто выходят из строя шпильки.

Распространенным повреждением является также нарушение резьбы шпилек и гаек из-за нарушения технологии изготовления, неправильной транспортировки и хранения на монтаже. Однако чаще всего резьба повреждается в период ремонтов при сбалчивании и разбалчивании фланцевых соединений турбин. Следует отметить, что геометрические размеры шпилек весьма внушитель­ны. Их диаметр достигает 160–200 мм, а длина – до 1 м. Поэтому технология сбалчивания – сложная, трудоемкая и ответственная операция.

При работе возникают также повреждения рабочих лопаток. Наряду с режимными факторами на их работу оказывают влия­ние конструкция, материал и качество изготовления. В большин­стве случаев последний фактор является главной причиной по­вреждений. Неполадки и повреждения лопаток разделяют на две группы. К первой относят их обрывы, ко второй – эрозионный износ, по­ражающий наружную поверхность.

Обрыв лопаток возникает из-за плохих частотных ха­рактеристик. В некоторых случаях обрывы лопаток происходят из-за несо­ответствия фактического профиля лопатки проектному. Встреча­ются отклонения в размерах поперечного сечения на 1–2 мм и более по толщине сечения. Уменьшение площади и искажение формы сечения приводят к снижению прочностных характеристик и могут служить первопричиной возникновения отказа турбины.

Иногда повреждения лопаток происходят из-за недостаточного качества изготовления: не скругляются кромки у корня лопатки (резкие переходы с одной на другую поверхности), недостаточная чистота обработки, пороки в металле и т. п. Дефекты подобного рода практически всегда заканчиваются поломками.

Повреждения роторов обусловливаются недостатками изготов­ления и нарушением режимов эксплуатации, которые приводят к появлению остаточного прогиба. Подавляющее большинство про­гибов возникает при пусках и остановах турбин.

Иногда возникает недопустимая вибрация турбины, что может вызвать повреждение подшипников. Причинами вибрации явля­ются расцентровка или разбалансировка роторов, неудовлетворительная заливка вкладышей и ряд других. Другая причина их повреждения – снижение дав­ления масла, что может быть вызвано, например, засорением сетки посторонними предметами и другими причинами срыва ра­боты главного масляного насоса. Для повреждения вкладышей подшипников достаточно даже кратковременного падения давле­ния силового масла, так как их подплавление происходит через 4–5 оборотов ротора, что при 3000 об/мин составляет десятые доли секунды.

В системе регулирования встречаются различные поврежде­ния, в том числе из-за усталостных трещин на штоках регулиру­ющих клапанов, на резьбе шпилек крепления сервомотора отсеч­ного клапана к корпусу турбины, на сварных соединениях труб маслопроводов системы регулирования и др. Некоторые из них приводят к тяжелым последствиям – разгону турбин и пожарам.

Характер распределения отказов из-за неполадок и повреж­дений различных узлов, частей и систем можно увидеть на при­мере турбины К-300-240 ЛМЗ энергоблоков 300 МВт по данным 1986 г., приведенным в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Распределение отказов турбин К-300-240 ЛМЗ

Наименование оборудования	Доля отказов, %
Проточная часть
Система парораспределения
Система регулирования
Подшипники
Система смазки
Арматура
Отказы без повреждений
Прочие элементы

Контрольные вопросы:

1. Какова по сравнению с котлоагрегатами ситуация с неисправностями и неполадками у турбин?

2. Какие повреждения турбин не приводят к отказам?

3. Какие дефекты встречаются у турбин? В чем их причины?

4. Как устраняют трещины на корпусах турбин? Опасны ли трещины на корпусах, и могут ли они привести к отказам турбины?

5. Какие элементы крепежа чаще всего выходят из строя?

6. Какие виды повреждений лопаток существуют? Из-за чего они возникают?

7. Причины повреждения ротора?

8. Чем опасна вибрация?

9. К чему может привести снижение давления масла?

10.К каким тяжелым последствиям могут привести повреждения турбин?

11.Какая часть турбин имеет наибольшую долю отказов работы?