Ф.Ш.Абсалямов, А.А.Азнабаев, А.К.Белкин, И.М.Гарифуллин, Р.А.Закиров, А.Р.Мазитов, А.А.Шуляк

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие «Курай», ООО НПП «Курай».

Россия, Башкортостан, 450000, г. Уфа, ул.К.Маркса, 12, корп. 5, ООО НПП «Курай». Тел./факс (347) 273-77-34.

Общество с ограниченной ответственностью «Башкирская генерирующая компания» Кармановская ГРЭС.

Россия, Башкортостан, 452697, г. Нефтекамск, с. Энергетик. Тел./факс (34783) 267-3-59.

Краткая аннотация: в статье приводятся результаты разработки установки индукционного нагрева для разбортовки (выпрессовки) рабочих колес вала ротора паровой турбины.

Ключевые слова: вал ротора, выпрессовка паровой турбины, высокочастотный источник питания, высокочастотный нагрузочный трансформатор, диск рабочего колеса, индуктор, индукционный способ нагрева, компенсирующая батарея конденсаторов, рабочее колесо, разбортовка.

Одной из ответственных ремонтных работ на паровой турбине является съем (выпрессовка) диска рабочих колес с вала ротора, производимый для полной или частичной замены поврежденных или отработавших свой ресурс лопаток. Эта трудоемкая работа по выпрессовке требует предварительного подогрева диска до достижения определенного перепада температуры между телом диска и валом.

Газопламенный способ нагрева, применяемый в настоящее время, имеет ряд существенных недостатков. Эта газоопасная операция требует ювелирной работы от термистов по обеспечению равномерности, необходимой скорости и температуры нагрева дисков рабочих колес. В силу ряда причин выполнять в должной мере все эти требования при газопламенном способе нагрева весьма проблематично. Но такой способ нагрева при всех его недостатках применяется со времени начала турбостроения, так как иной освоенной технологии в энергетике просто не существует.

Все эти проблемы снимаются при использовании индукционного способа нагрева, позволяющего программировать параметры нагрева изделия, значительно повысить производительность труда и культуру производства. И все же, основным преимуществом индукционного способа нагрева является возможность концентрации энергии на диске, исключение перегрева лопаток до опасных температур, приводящих к разупрочнению материала.

В данной статье приводятся результаты разработки установки для индукционной разборки прессового соединения вала с рабочим колесом ротора паровой турбины без нарушения поверхностей демонтированных деталей, позволяющая упростить процесс разборки, снизить энергоемкость и затраты технологического процесса, и значительно повысить экологию производства.

Установки для индукционной разборки прессового соединения вала 1 с рабочим колесом 2 ротора паровой турбины, имеющим лопатки 3 (рис.1) содержит индуктор 4, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки; гибкий водоохлаждаемый индуктор 5; грузоподъемную оснастку 6; подъемный механизм 7; ямное устройство 8 с приспособлением для подачи воды 9, для охлаждающей вал 1, подставку 10 с защитным основанием 11, установленную на ямное устройство 8, и высокочастотный нагрузочный трансформатор 12. Гибкий водоохлаждаемый индуктор 5, выполнен с возможностью наматывания на верхнюю часть рабочего колеса 2 ротора паровой турбины до его лопаток 3, а индуктор 4, в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки, выполнен с возможностью закрепления в защитном основании 11 подставки 10. Индукторы 4,5, соединены последовательно из условия обеспечения суммирования силовых линий их магнитных полей в теле рабочего колеса 2 ротора паровой турбины и подключены к вторичной обмотке 13 упомянутого высокочастотного нагрузочного трансформатора 12, первичная обмотка 14 которого зашунтирована компенсирующей батареей конденсаторов 15 и подключена к высокочастотному источнику питания 16.

В связи с тем, что надежная работа установки для индукционной разборки во многом определяется работой высокочастотного источника питания, в качестве которого используется тиристорный преобразователь частоты, рассмотрим подробнее его схему и конструкцию.

Тиристорный преобразователь частоты состоит из (рис.2): выпрямителя В1; устройства принудительного выключения УПВ1 и инвертора И1.

Выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме на диодах VD1…VD6.

Присоединение инвертора И1 к выпрямителю В1 осуществляется включением проходного тиристора VS1 устройства принудительного выключения УПВ1, а экстренное отключение от выпрямителя В1 в аварийной ситуации – соответственно снятием отпирающего напряжения с управляющего электрода проходного тиристора VS1 и его принудительным выключением.

Устройство принудительного выключения УПВ1 содержит защитный тиристор VS2 и конденсатор С1. Для зарядки конденсатора С1 служит цепочка резисторов R1, R2. Принцип действия УПВ1 основано на ускоренном выключении проходного тиристора VS1 током обратного направления, создаваемым предварительно заряженным конденсатором С1.

Диод VD7 служит для замыкания цепи тока входных дросселей Ld1, Ld2 инвертора И1 при штатном отключении преобразователя от питающей сети с помощью контактора КМ1.

Полупроводниковое плечо инверторного моста И1 образовано двумя последовательно соединенными тиристорами VS1,VS2; VS3, VS4; VS5, VS6; VS7, VS8, а параллельно мосту включена цепочка из двух последовательно соединенных диодов VD1, VD2. Каждый тиристор и диод зашунтированы защитной RC-цепочкой.

Коммутирующая диагональ инверторного моста представляет собой последовательную цепочку, состоящую из коммутирующих конденсатора Ск1 и дросселя Lк1; и нагрузки Lи1, Скомп.1.

Входные выводы преобразователя подключаются к трехфазной сети (3~50 Гц, 380В) через автоматический выключатель QF1 и контактор КМ1. (В настоящее время все большее предпочтение отдают автоматическому выключателю с электромагнитным приводом вместо QF1 и КМ1).

Кроме того, в состав преобразователя входит плата коммутации, совмещенная с устройством принудительного выключения, основное назначение которой – управлять контактором и подавать питание цепям управления.

Преобразователь имеет максимальную токовую защиту, дифференциальную защиту от срывов инвертирования, от короткого замыкания плюсового и минусового полюсов выпрямителя, а также защиту от превышения допустимой температуры элементов и прекращения подачи охлаждающей воды.

Для генерирования управляющих импульсов и распределения их в заданной последовательности по тиристорам инвертора, а также для снятия этих импульсов в аварийных ситуациях служит блок управления и защиты. В него также входит устройство, позволяющее вручную или автоматически производить регулирование выходных параметров преобразователя, обеспечивая необходимый режим заданного технологического процесса.

Конструктивно тиристорный преобразователь частоты собирается в металлических шкафах с габаритными размерами 800х1000х2000 мм на базе унифицированных полупроводниковых блоков (рис.3).

Установка для индукционной разборки (рис.1) работает следующим образом.

С помощью грузоподъемной оснастки 6 и подъемного механизма 7 ротор паровой турбины заводится на ямное устройство 8. К нему (с помощью приспособления 9 подачи воды для охлаждения вала 1) подводится напорный шланг, а, кроме того, отводится в дренаж ямного устройства 8 шланг для слива воды из вала 1 (на рис. 1 шланги и дренаж не показаны). На ямное устройство 8, сверху, устанавливается подставка 10 с защитным основанием 11, на которое будут сползать (после разборки под действием собственного веса) рабочие колеса (тело 2, лопатки 3) ротора (ротор будет находиться на подъемном механизме 7 до окончания работ).

Далее, гибкий водоохлаждаемый индуктор 5 наматывают на верхнюю часть тела 2 рабочего колеса до лопаток 3, а индуктор 4, выполненный в виде кольцевой водоохлаждаемой катушки из медной трубки, закрепляют в защитном основании 11 подставки 10. При этом индукторы 4 и 5 соединяют последовательно и подключают к вторичной обмотке 13 высокочастотного нагрузочного трансформатора 12. Первичную обмотку 14 трансформатора 12 шунтируют компенсирующей батареей конденсаторов 15 и подключают к высокочастотному источнику питания 16 – к тиристорному преобразователю частоты [1].

Таким образом, установка для индукционной разборки подготовлена к работе.

Включается высокочастотный источник питания 16, и индукторы 4 и 5 начинают разогревать тело 2 рабочего колеса (2,3) и место соединения (прессовки) рабочего колеса с валом 1 до образования разборочного зазора между ними – достаточного для того, чтобы тело 2 рабочего колеса (2,3) вышло из зацепления с валом 1.

При индукционном нагреве рабочего колеса (2,3) и места соединения его с валом 1, вследствие различия температур в поверхностных и глубинных слоях материала рабочего колеса (2,3), создаются такие растягивающие и сжимающие напряжения (при нагреве твердые тела расширяются, а при охлаждении сжимаются [2]), которые обеспечивают получение разборочного зазора заданной величины [3].

Периодически поднимая ротор с помощью подъемного механизма 7 и, получая зазор между защитным основанием 11 подставки 10 и нижним рабочим колесом (2,3) до тех пор, пока рабочее колесо , под действием собственного веса, не сползет с вала 1 на основание 11 подставки 10.

После сползания рабочего колеса с вала ротора на защитное основание, высокочастотный источник питания отключается, ротор выводится из ямного устройства и снятого рабочего колеса в сторону с отключением водяного охлаждения. Далее снятое рабочее колесо стропят и переустанавливают на специально подготовленные подставки, изолируя его при этом асбестовой тканью и выдерживая до полного остывания.

Ротор паровой турбины вновь заводят на ямное устройство и повторяют процесс разборки (распрессовки) уже очередного колеса.

Следует особо подчеркнуть тот факт, что использование в установке в качестве источника питания тиристорного преобразователя с частотным регулированием выходных параметров, позволяет осуществлять ускоренный нагрев и равномерное распределение температуры по всей поверхности разборки и получать необходимую разность температур в сочленяемых деталях, не оказывая при этом опасного термического влияния на лопатки. Все это, в конечном итоге позволяет получать гарантированное качество разборки, благодаря наличию зазора по всей поверхности разборки, обеспечивающего свободное разъединение вала с запрессованным рабочим колесом ротора паровой турбины и многоразовое их использование.

Следует особо подчеркнуть тот факт, что возможность индукционной разборки без износа сопрягаемых поверхностей позволяет при последующей сборке увеличивать величину натяга и тем самым увеличивать прочность соединения, что важно для повышения работоспособности паровой турбины.

Таким образом, установка для индукционной разборки прессовых соединений позволяет производить разборку (распрессовки) массивных корпусов сложной формы с запрессованными в них цельнометаллическими валами.

А так как в установке используются простые по конструкции индукторы без магнитопроводов, то в конечном итоге, снижается трудоемкость изготовления самой установки.

Выводы:

Установка для индукционной разборки прессовых соединений изготовлено и опробовано ООО НПП «Курай» на одной из ГРЭС республики Башкортостан при ремонте ротора паровой турбины со следующими показателями:

В процессе нагрева производился контроль температуры в шести точках по всей окружности рабочего колеса. В результате разборки было определено, что поверхности рабочего колеса и прессового соединения нагревались до температуры ниже величины структурных изменений, а термических и механических повреждений вала не было обнаружено. Все это позволило осуществить повторное использование, как вала, так и тела рабочего колеса ротора паровой турбины.

На рис.4 показан момент легкого "сползания" с вала ротора низкого давления (РНД) турбины К 300-240 ЛМЗ одновременно двух дисков рабочих колес, нагретых индукционным способом.

Рис.4. Момент легкого "сползания" с вала ротора низкого давления (РНД) турбины К 300-240 ЛМЗ одновременно двух дисков рабочих колес, нагретых индукционным способом.

При производственном апробировании была достигнута небывалая до этого производительность труда. За короткое время были сняты с ротора турбины К-300-240 ЛМЗ два рабочих колеса, что говорит о существенном снижении трудоемкости и времени проведения работ.

Список литературы

1. Тиристорные преобразователи частоты / А.К.Белкин, Т.П.Костюкова, Л.Э.Рогинская, А.А.Шуляк. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 263 с.: с илл.

2. Геворкян Р.Г., Шепель В.В. Курс общей физики. Изд. 3-е, перераб. Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1972. – 600 с.: с илл.

3. Патент РФ № 2121420, Кл. В23Р 19/02, 1998.