11.11.2011 Газета «Силовые машины» № 32 (270)
В СКБ «Турбина» ЛМЗ завершилось проектирование новой стальной рабочей лопатки последней ступени для паровых турбин.
После анализа тенденций развития конструкций перспективных паровых турбин, проведённого дирекцией по технической политике «Силовых машин» и СКБ «Турбина», было окончательно решено, что наша компания должна разработать, изготовить и применить рабочую лопатку последней ступени увеличенной длины из стали.
– По сей день максимальная длина рабочей лопатки из стали, которую мы спроектировали и выпускаем, – 1000 мм, – комментирует инженер-конструктор СКБ «Турбина» Алексей Долганов. – Ступени с такими лопатками отличаются высоким кпд, повышенной надёжностью, они успешно применяются в современных турбинах различной мощности. В 1978 году на натурном стенде ЛМЗ была испытана разработанная на заводе лопатка из титана длиной 1200 мм, которая, можно сказать, опередила своё время и сейчас конкурентоспособна на мировом уровне. Титановые лопатки безотказно работают многие годы. Сейчас в «Силовых машинах» пришли к мнению, что подобная, но только из стали, лопатка нам необходима как современной компании-лидеру в области паротурбиностроения для расширения спектра своих предложений и удовлетворения различных требований заказчиков.
Как поясняет Алексей Долганов, лопатки предельной длины используются в цилиндре низкого давления, так как здесь по мере расширения пара быстро растёт его удельный объём. Для того чтобы обеспечить приемлемый с точки зрения кпд уровень скоростей на выходе из ЦНД, да и вообще пропустить заданный расход пара, выходная кольцевая площадь последней ступени должна быть как можно больше. А это достигается в том числе установкой лопатки большой длины. Мощность, развиваемая последней ступенью, достигает 10 – 20% общей мощности ЦНД. Поэтому лопатка последней ступени должна быть аэродинамически эффективна в широком диапазоне режимов. Лопатка должна быть и надёжной. Она работает в условиях предельно высоких нагрузок, подвергаясь при этом ударному воздействию капель влаги, так как в районе последней ступени появляется влажно-паровой поток. Необходимо конструктивно обеспечить надёжную работу лопатки во время всего периода эксплуатации, защитив её при этом от каплеударной эрозии. Проектирование ступени с такой лопаткой – очень сложная инженерная задача. При этом лопатку надо согласовать с предыдущими ступенями и «вписать» в конструкцию проточной части будущего ЦНД, снабдив последний ещё и эффективным выхлопным патрубком.
Из-за всех названных сложных задач лопатки последних ступеней предельной длины считаются определённым показателем высокого технического уровня турбиностроительной компании. Разумеется, далеко не единственным, нужно иметь много других показателей и технических решений. Близкие по конструкции лопатки есть у наших конкурентов, поэтому наличие современной стальной лопатки предельной длины имеет важное значение для «Силовых машин».
В ходе разработки новой лопатки были определены основные типы турбин, для которых она будет изготовляться. Последняя ступень с новой лопаткой может применяться для широкого диапазона мощностей – от 300 до 1200 МВт.
Сейчас конструкторская документация на новую стальную лопатку выпущена. По графику в 2012 году в ПК ЗТЛ завершится цикл подготовки производства, тогда же в комплексе изготовят первый комплект.
– Несмотря на развитие вычислительных средств, натурные испытания остаются единственным достоверным источником информации о реальной работе лопатки последней ступени, – отмечает Алексей Долганов. – Новая лопатка, соответственно, будет испытана на натурном стенде. Предстоит работа и по адаптации стенда к испытанию этой лопатки: будет изготовлена специальная проточная часть, модернизировано оборудование.
Для новой лопатки в силу особых требований к прочности применена специальная сталь с повышенными эксплуатационными свойствами. Это потребует от ПК ЗТЛ и технического управления ЛМЗ разработки уточнённых, довольно жёстких требований к технологическим процессам изготовления лопаток. Это отдельная сложная наукоёмкая работа.
Новая стальная лопатка – продукт общих усилий. В программе участвуют специалисты различных служб «Силовых машин». В разработке рабочей части лопатки участвовали ведущие научные коллективы российских институтов. Отработка технологии и изготовление будут проходить в ПК ЗТЛ. Техническое управление ЛМЗ будет разрабатывать технологию производства ротора низкого давления турбины, который предполагается выполнить сварным. Задействована и дирекция по закупкам, которая должна вовремя поставить необходимый материал. Дирекция по технической политике осуществляет общую координацию программы.
– В нашей компании разработке новой стальной лопатки придаётся очень большое значение, –подчёркивает Алексей Долганов. – Проект во многом является пилотным, насыщенным творческими задумками и разработками.