Пуск мощных ТЭС является одним из труднейших эксплуатационных режимов, требующий ясного понимания физической картины прогрева и изменения теплонапряженного состояния ее элементов при пусках. Трудности объясняются особенностями конструкции турбин, большой металлоемкостью и различием конфигурации их отдельных элементов, а также неодинаковыми условиями подвода теплоты к неподвижным и вращающимся деталям.
Некоторые конструктивные особенности мощных турбин, влияющие на режимы пуска, приводятся кратко ниже.
Турбина К-160-130.
ЦВД объединен с ЦСД. В зоне первых ступеней ЦВД имеет двухстенный корпус, внутренняя стенка которого омывается снаружи паром, подаваемым в переднее концевое уплотнение. Камера паровпуска ЧСД размещена в середине объединенного цилиндра и отделена от камеры выхлопа ЧВД разделительной диафрагмой. Эта диафрагма, а также стенки цилиндра в зоне паровпуска ЧСД экранированы стальными листами с асбестовой прокладкой для уменьшения температурного перепада в разделительной диафрагме.
Турбина К-200-130.
Особенностью конструкции является система парового обогрева фланцевого соединения и корпуса ЦВД на участке от переднего уплотнения до камеры за 9-й ступенью. Пар на обогрев фланцев и шпилек подается в наружные короба и обнизку горизонтального разъема из коллектора свежего пара, питаемого собственным свежим паром или паром от соседних работающих турбин.
Турбина К-300-240.
ЦВД и ЦСД имеют двухстенную конструкцию. Применена усовершенствованная система обогрева фланцев и шпилек обоих цилиндров, по которой пар на обогрев подается из междукорпусного пространства в обнизку горизонтального разъема фланцевого соединения.и затем из шпилечных отверстий через сверления в корпусе — в короба наружного обогрева фланцев.
Турбина К-500-240.
Конструкции ЦВД и паровпуска ЦСД в основном те же, что и у турбины К-300-240. Отличается лишь конструкция блоков клапанов. Каждый блок содержит один стопорный и четыре регулирующих клапана, корпуса которых соединяются между собой короткими патрубками.
Турбина К-800-240.
Пятицилиндровая, состоящая из ЦВД, двухпоточного ЦСД и трех двухпоточных ЦНД. Схема паровпуска существенно упрощена по сравнению со схемой в турбине К-300-240 и состоит из двух блоков клапанов, установленных перед ЦВД. Каждый блок содержит один стопорный и два регулирующих клапана. Корпуса отдельных клапанов соединены между собой короткими патрубками. Особенностью системы регулирования является устройство для перестройки схемы парораспределения при пусках, позволяющее открывать все регулирующие клапаны одновременно.
Турбина К-500-130.
Полупиковая, имеет пониженные параметры пара (13 МПа, 510/510 °С), состоит из четырех цилиндров— ЦВД, ЦСД и двух двухпоточных ЦНД. Корпуса ЦВД и ЦСД двухстенные, схема парораспределения дроссельная. Перед ЦВД установлены два блока клапанов, каждый из которых состоит из одного стопорного и двух регулирующих клапанов. Пар с ЦСД подводится через два стопорных и два регулирующих клапана.
Особое значение для технологии прогрева имеет большое разнообразие конструктивных исполнений органов паровпуска.
В турбинах докритического давления типа К-160-130 и К-200-130, а также в турбинах АЭС регулирующие клапаны высокого давления установлены либо непосредственно на корпусе ЦВД, либо вблизи него и соединены с ним короткими патрубками. Также в непосредственной близости к цилиндру установлены и регулирующие клапаны ЦСД (или объединенные блоки стопорных и регулирующих клапанов СД при размещении их в общем корпусе).
В турбинах сверхкритического давления типа К-300-240, К-500-240 и К~800-240 регулирующие клапаны высокого давления, число которых изменяется от 4 до 8 на одну турбину, установлены отдельно от корпуса ЦВД и соединяются с ним длинными (10—25 м) тонкостенными перепускными трубами.
Соединения корпусов стопорных и регулирующих клапанов у разных типов турбин также различны, что существенно влияет на технологию их прогрева. Существуют три основных типа таких соединений:
- стопорные и регулирующие клапаны расположены раздельно и соединяются длинными перепускными трубами;
- клапаны расположены рядом и соединены в блоки короткими патрубками;
- клапаны объединены в общую конструкцию в одном корпусе, имеющем сложную конфигурацию.
При прогреве органов паровпуска следует учитывать также конструкцию соединения корпуса клапана с крышкой: фланцевого, резьбового или при помощи стопорного кольца. При бесфланцевых соединениях неравномерность температурного поля в корпусе клапана при его прогреве выше, чем при других типах соединений, что приводит к повышенным температурным напряжениям и требует особого внимания при пусках турбины.
Для выбора рациональной технологии и оптимальных графиков пуска необходимо установить граничные условия прогрева, а также оценить температурное и теплонапряженное состояние основных деталей турбины при пусках.
Технология пуска паровых турбин блочных установок и неблочных ТЭС, а также АЭС имеет некоторые различия. Турбины неблочных ТЭС пускаются паром номинальных параметров, подаваемым от магистрального паропровода (парового узла ТЭС). Также паром номинальных параметров пускаются турбины . Пуск блочных турбин осуществляется на скользящих параметрах пара, которые повышаются до номинала в процессе совмещенного пуска и турбины энергоблока.
Однако в каждом из этих случаев можно различить три последовательных этапа, одинаковых по своему содержанию и имеющих лишь разную продолжительность:
- предтолчковый прогрев элементов паровпуска и ЦВД перед пуском турбины;
- продолжение прогрева после «толчка» ротора до выхода турбины на синхронную частоту вращения и в процессе работы на холостом ходу до включения генератора блока в сеть;
- окончание прогрева после включения генератора блока в сеть в процессе нагружения турбины от начальной до номинальной нагрузки. Темпы прогрева должны обеспечивать высокую надежность пуска и в то же время его наименьшую длительность.
Возможны два способа прогрева: при постоянной температур греющего пара, при постоянной разности температур греющего пара и металла.
Значительные температурные напряжения возникают в фасонных деталях, имеющих, как правило, большую массу (фланцы корпуса турбины, стопорные клапаны, фасонные детали паропроводов), а также в роторах высокого и среднего давления, концентраторы напряжения на поверхности которых часто приводят к появлению усталостных трещин. В особенно тяжелых условиях находится ротор среднего давления, омываемый паром после вторичного перегрева, имеющим высокую температуру. Отсюда следует вывод, что все массивные и фасонные детали следует прогревать медленнее, поддерживая требуемое соответствие температур греющего пара и прогреваемых деталей. Опыт эксплуатации показывает, что для уменьшения температурного перепада по толщине стенки имеет большое значение изоляционный материал и качество выполнения изоляции, также как и для сушильной камеры для автомобиля, которая представляет собой герметичное помещение, в котором происходит окрашивание автомобиля или его отдельных частей.
Таким образом, управление прогревом турбины при ее пуске заключается в соответствующем регулировании расхода греющего пара, его температуры и давления, причем главным является регулирование температуры греющего пара в соответствии с температурой металла прогреваемых деталей.