energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2017-10-1-60-66energsecurity-180Research ArticleИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫENGINEERING, RESEARCH AND CALCULATIONSВлияние зазоров в соединениях элементов системы тепловых расширений на надежность работы многоцилиндровой паровой турбиныInfluence of clearances in joints of thermal expansions system on reliability of multi-cylinder steam turbineСосновскийА. Ю.SosnovskiyA. Yu.

ул. Малышева, 105, 620062, г. Екатеринбург, Россия

Malyshev str., 105, 620062, Ekaterinburg, Russia

sosnovskiy66@mail.ruМурманскийБ. Е.MurmanskiyB. E.

ул. Мира, 19, 620002, г. Екатеринбург, Россия

Mira str., 19, 620002, Ekaterinburg, Russia

БродовЮ. М.BrodovYu. M.

ул. Мира, 19, 620002, г. Екатеринбург, Россия

Mira str., 19, 620002, Ekaterinburg, Russia

ЗАО «Инженерный центр «Уралтехэнерго»РоссияEngineering Center «Uraltechenergo»Russian FederationФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»РоссияUral Federal University named after the First President of Russia B. N. YeltsinRussian Federation2017080420171016066Copyright © Сосновский А.Ю., Мурманский Б.Е., Бродов Ю.М., 20172017Сосновский А.Ю., Мурманский Б.Е., Бродов Ю.М.Sosnovskiy A.Y., Murmanskiy B.E., Brodov Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/180

Представлены результаты исследований конструктивных причин, приводящих к нарушениям в работе системы тепловых расширений (СТР) паровых турбин. Разработана модель и на ее основе выполнен анализ взаимодействия цилиндра турбины, корпуса подшипников и фундаментной рамы при воздействии на цилиндр сдвиговых усилий и моментов от присоединенных трубопроводов. Рассмотрены возможные варианты контакта в паре «продольная шпонка – паз в корпусе подшипников». Показано, что самым неблагоприятным для работы СТР является «диагональный» вид контакта. По результатам выполненного моделирования установлено влияние соотношения величин зазоров в шпоночных соединениях СТР на вероятность возникновения «диагонального» контакта и заклинивания корпуса подшипников на продольных шпонках. Представлена методика построения «диаграммы устойчивости», предназначенной для оценки устойчивости СТР цилиндра турбины к внешнему воздействию. В качестве примера показаны результаты исследования устойчивости для цилиндра высокого давления и переднего корпуса подшипников с габаритами, соответствующими турбине Т-175/210-130. Выявлено, что для обеспечения надежности работы при проектировании новых или модернизации существующих турбин необходимо учитывать влияние соотношения величин зазоров в элементах СТР. Соотношение выбранных зазоров в сочленениях СТР должно исключать возможность заклинивания корпуса подшипников на продольных шпонках. Показано, что увеличение в процессе эксплуатации турбины зазоров в поперечных шпоночных соединениях приводит к увеличению вероятности заклинивания. Обосновано, что для обеспечения надежной работы СТР необходимо в обязательном порядке в каждый капитальный ремонт турбины выполнять работы по восстановлению зазоров в поперечных шпоночных соединениях или применять «поворотные» шпонки, не подверженные изменению зазоров при взаимных угловых перемещениях лап цилиндров турбины и соответствующих опорных поверхностей корпусов подшипников.

The results of studies are presented identifying structural causes resulting in malfunctions in operation of the thermal expansion system (TES) of steam turbines. A model is developed and used as a basis for analysis of interaction between the turbine cylinder, the bearing housing and the bed frame taking place as the cylinder is affected by shear forces and moments from connected pipelines. Possible options have been studied for the contact in a pair «longitudinal key — groove in the bearing housing». It is shown that the most unfavorable for TES is the «diagonal» type of contact. The results of the simulation show the effect of the ratio of values of the gaps in the TES keyed connection on the probability of «diagonal» contact and jamming of bearing housings on longitudinal keys. The technique is presented of building «a stability diagram» aimed at evaluation of resistance of the turbine cylinder TES to external impact. As an example, results are shown of stability studies for a high-pressure cylinder and a front bearing housing with dimensions corresponding to those of the T-175/210-130 turbine. It is proved that to ensure reliability when designing new or upgrading existing turbines one should take into account the effect of the ratio of clearance values in the elements of the thermal expansions system. The values of the selected clearances in joints of the TES elements must exclude the possibility of jamming of bearing housings on longitudinal keys. It is shown that an increase in the clearance in transversal key joints during the turbine operation increases the probability of jamming. It is proved that to ensure reliable TES operation, every major overhaul of the turbine must involve performing work on restoration of clearances in transversal key joints or using «swivel» keys, which are not exposed to variation of clearances changes under mutual angular displacements of the turbine cylinder feet and corresponding support surfaces of bearing housings.

турбоустановкатепловые расширениякорпус подшипниковпродольная шпонкапоперечная шпонканадежность.steam turbine unitthermal expansionsbearing housinglongitudinal keytransverse keyreliabilityReferencesМурманский Б. Е. Стратегия ремонтов паровых турбин на основе анализа надежности их узлов / Б. Е. Мурманский, Ю. М. Бродов, С. Л. Васенин, В. В. Лебедев // Надежность и безопасность энергетики. 2014. №4(27). С. 58–63.Murmanskiy B. E. Strategy repairs of steam turbines based on Yu. M. Brodov, S. L. Vasenin, V. V. Lebedev // Safety and Reliability of Power Industry. 2014. №4(27). P. 58 – 63.Шаргородский В. С. Нормализация тепловых расширений мощных паровых турбин / В. С. Шаргородский, Л. А. Хоменок, М. К. Курмакаев. // Электрические станции, 1996. №6. с. 12–19.Shargorodskiy V. S. The normalization of the thermal expansion of powerful steam turbines / V. S. Shargorodskiy, L. A. Khomenok, M. K. Kurmakaev. // Power stations, 1996. №6. P. 12–19.Авруцкий Г. Д. О скольжении корпусов подшипников паровых турбин. / Г. Д. Авруцкий, Э. Д. Браун, Э. А. Дон [и др.] // Теплоэнергетика, 1991. №1. С.18–24.Avrutskiy G. D. On sliding of the bearing’s housings of steam turbines. / G. D. Avrutskiy, E. D. Brown, E. A. Don, [etc.] // Teploenergetika, 1991. №1. P. 18–24.Жорник В. И. Рекомендации по ремонту и реконструкции тяжелонагруженных узлов скольжения с использованием композиционных материалов / В. И. Жорник, А. С. Калиниченко, В. Я. Кезик, Ю. В. Кобзарь, А. А. Кот. Минск: Институт технической кибернетики НАН Беларуси, 2000. 88 с.Zhornik V. I. Recommendations for repair and reconstruction of heavy-duty sliding assemblies using composite materials / V. I. Zhornik, A. S. Kalinichenko, V. J. Kezwick, J. B. Kobzar, A. A. Kot. Minsk: Institute of Industrial Cybernetics of National Academy of Sciences Belarus, 2000. 88 p.Методические указания по нормализации тепловых расширений паровых турбин тепловых электростанций: РД 34.30.506-90 //Methodical instructions for normalization of thermal expansion of steam turbines of thermal power stations: RD 34.30.506-90 // Moscow: The Ministry of Energy of the Russian Federation, 1990. 40 p.М.: Минэнерго, 1990. 40 с.Avrutskiy G. D. Metal-fluoroplastic tape on the sliding surfaces of turbine bearing housings / G. D. Avrutskiy, S. L. Dubrovskiy, I. A. Savenko. // Teploenergetika, 1995. №5. P. 62–65.Авруцкий Г. Д. Металлофторопластовая лента на поверхностях скольжения корпусов подшипников турбин / Г. Д. Авруцкий, С. Л. Дубровский, И. А. Савенкова. // Теплоэнергетика, 1995. №5. с. 62–65.Trukhniy A. D. Stationary steam turbines. / A. D. Trukhniy; 2-e Izd., Rev. and add. // Moscow, Energoatomizdat, 1990, 640 p.Трухний А. Д. Стационарные паровые турбины. / А. Д. Трухний; 2-е изд., перераб. и доп. // М., Энергоатомиздат, 1990, 640 с.Sosnovskiy A. Y. Design of models for studying the effect of temperature skew of the cylinder body’s flanges on the operation of the thermal expansion system of a steam turbine / A. Y. Sosnovskiy, B. E. Murmanskiy, M. F. Tselishchev, Yu. M. Brodov // Bulletin of the SUSU. Series «Energy». – 2016. – Vol. 16, №2. – P.5–13.Сосновский А. Ю. Разработка моделей для исследования влияния температурного перекоса по фланцам корпуса цилиндра на работу системы тепловых расширений паровой турбины / А. Ю. Сосновский, Б. Е. Мурманский, М. Ф. Целищев, Ю. М. Бродов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2016. – Т.16, №2. – с. 5–13.Sosnovskiy A. Y. Thermal expansion systems of steam turbines: a textbook for high schools / A. Y. Sosnovskiy, B. E. Murmanskiy, Yu. M. Brodov; under the General editorship of Yu. M. Brodov. – Ekaterinburg: URFU, 2015. 132 p.Сосновский А. Ю. Системы тепловых расширений паровых турбин: учебное пособие для вузов / А. Ю. Сосновский, Б. Е. Мурманский, Ю. М. Бродов; под общ. ред. Ю. М. Бродова. – Екатеринбург: УРФУ, 2015. 132 с.Rosenberg S. S. Research of powerful steam turbine at power plants / Rosenberg S. W., L. P. Safonov, L. A. Khomenok // M.: Energoatomizdat, 1994. 272 p.Розенберг С. Ш. Исследование мощных паровых турбин на электростанциях / Розенберг С. Ш., Сафонов Л. П., Хоменок Л. А. // М.: Энергоатомиздат, 1994. 272 с.Sosnovskiy A. Yu. Effect of heat-extraction outflaw pipelines on the operation of a turbogenerator in transient modes of operating / Y. A. Sosnovskiy, V. V. Ermolaev, A. I. Shklyar, M. M. Mitelman, B. E. Murmanskiy, A. A. Simanovskiy. Improvement of thermal equipment of thermal power plants, implementation of service systems, diagnostics and repair / materials of the third international scientific and practical conference 13 – 15 March 2001: UGTU, Ekaterinburg, 2002, p. 350, p. 77–85.Сосновский А. Ю. Влияние трубопроводов теплофикационных отборов на работу турбоагрегата в переходных режимах / А. Ю. Сосновский, В. В. Ермолаев, А. И. Шкляр, М. М. Мительман, Б. Е. Мурманский, А. А. Симановский // Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта / материалы третьей международной научно- практической конференции 13–15 марта 2001 г.: УГТУ, Екатеринбург, 2002, 350 с., с. 77–85.Balashova R. K. Normalization of displacement of turbines from the action of forces transmitted by pipelines to the feet of cylinders / R. K. Balashov, V. V. Vlasov, K. A. Pashnin, E. A. Popova, A. E. Yazykov // Power stations. 2013. №6. P. 14–16.Балашова Р. К. Нормализация перемещений турбин от действия усилий, передаваемых трубопроводами на лапы цилиндров / Р. К. Балашова, В. В. Власов, К. А. Пашнин, Е. А. Попова, А. Е. Языков // Электрические станции. 2013. №6. с. 14–16.Балашова Р. К. Нормализация перемещений турбин от действия усилий, передаваемых трубопроводами на лапы цилиндров / Р. К. Балашова, В. В. Власов, К. А. Пашнин, Е. А. Попова, А. Е. Языков // Электрические станции. 2013. №6. с. 14–16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.