ротор низкого давления паровой турбины

Вот о чём часто забывают, когда говорят про ротор НД: это не просто последняя ступень, куда пар приходит ?выдохшимся?. Тут свои сложности, и если их недооценить — получишь вибрацию, эрозию или того хуже. Многие думают, раз давление низкое, то и требования попроще. Как бы не так.

Конструкция: где кроются главные проблемы

Сам по себе ротор низкого давления — это обычно сварная или цельнокованая конструкция с самыми длинными лопатками в турбине. Именно длина — источник бед. При рабочих оборотах центробежные силы колоссальны, а ещё есть риск попадания капельной влаги. Помню, на одной из старых советских турбин К-300-240 в последних ступенях постоянно был повышенный виброуровень. Разбирались — оказалось, не учли в полной мере динамический прогиб вала под нагрузкой от этих длинных лопаток. Недоработка проектировщиков, но исправляли-то уже нам, на месте.

Материал — отдельная песня. Для рабочих лопаток последних ступеней часто используют титановые сплавы, например, ТВ-2 или ТВ-6. Они легче и прочнее стальных, что критично для снижения нагрузки на диск. Но их сварка и крепление в хвостовиках — это высший пилотаж. Не каждый завод возьмётся. Кстати, у китайских коллег из ООО Гуандун Хайен Энергетические Технологии (сайт их — haienenergy.ru) видел в каталогах предложения по ремонтным комплектам лопаток для НД-роторов. Компания, кстати, с 2010 года работает, база в Гуанчжоу — чувствуется, что на серьёзном рынке ориентируются, понимают специфику.

А ещё бандажные полки и проволочные связки... Их целостность — забота каждого эксплуатационника. Ослабление натяга проволоки ведёт к резонансным колебаниям пакетов лопаток. Бывало, при вскрытии находили протёртые канавки. Приходилось менять весь пакет, а это недели простоя.

Эксплуатация и то, что не пишут в мануалах

В теории всё гладко: пар расширился, прошёл через ротор НД, сконденсировался. На практике — эрозия. Особенно на входных кромках последних трёх-четырёх рядов. Капельки влаги на скорости под 500 м/с бьют по металлу, как микроскопические снаряды. Ставили стеллитовые наплавки, различные защитные покрытия. Эффект есть, но со временем и они истираются. Нужно постоянно мониторить толщину.

Режимы пуска и останова — самые опасные для ротора низкого давления. Именно тогда возникают наибольшие термические напряжения в дисках и переходных сечениях вала. Жёсткие графики пуска как раз для того, чтобы прогрев был плавным. Один раз видел, как на ТЭЦ поторопились — появилась трещина в месте посадки диска на вал. Дорогостоящий ремонт, а ведь можно было избежать.

Вибрационный контроль. Датчики на подшипниках скольжения со стороны НД — это must have. Но часто ли смотрят спектры вибрации применительно конкретно к ротору НД? А там могут быть скрытые частоты, связанные с обдувом лопаток или срывом потока. Научились мы этому после одного случая на турбине ПТ-80. Вибрация росла постепенно, не выходя за аварийный порог, но в спектре появилась чёткая составляющая на частоте, кратной числу лопаток. Вскрыли — несколько лопаток имели микротрещины у корня. Ещё бы месяц работы — и отрыв.

Ремонт и восстановление: китайский опыт

С ремонтом роторов НД сейчас интересная ситуация. Отечественные мощности загружены, а везти на завод-изготовитель, скажем, ?Силовые машины? или ?Турбоатом?, — долго и дорого. Поэтому всё чаще смотрят в сторону азиатских партнёров. Тот же ООО Гуандун Хайен Энергетические Технологии позиционирует себя именно как компания в сфере энерготехнологий, а не просто торговый посредник. Судя по информации на их сайте, они занимаются не только поставками, но и инжинирингом. Для нас, практиков, это важно: значит, могут предложить решение под конкретную проблему, а не просто продать деталь.

Что они могут по ротору НД? Например, восстановление посадочных мест дисков методом наплавки с последующей механической обработкой на копировально-фрезерных станках. Или балансировку всего ротора в сборе после замены лопаток. Ключевой вопрос — соблюдение чертежей и допусков. По отзывам коллег, которые работали с ними, с этим строго. Видимо, сказывается опыт с 2010 года и расположение в промышленном хабе вроде Гуанчжоу.

Но есть нюанс: материалы. Используют ли они оригинальные российские/украинские стали или свои аналоги? Это нужно уточнять в каждом случае. Для ответственных элементов ротора низкого давления — вала, дисков — замена материала без глубокого расчёта недопустима. А вот для ремонтных лопаток, возможно, их титановые сплавы — вполне адекватная альтернатива.

Мысли о будущем и типичные ошибки

Куда движется конструкция роторов НД? В сторону ещё больших длин лопаток для повышения КПД последних ступеней. Но это упирается в прочность. Видимо, будущее за цельнокованными роторами из высокопрочных сталей и более совершенными системами отбора влаги из проточной части. Чтобы капельная эрозия меньше съедала металл.

Самая частая ошибка при оценке состояния — смотреть только на вибрацию. Нужен комплекс: вибрация + термометрия корпусов подшипников + анализ металла смазочного масла на наличие продуктов износа. Бывает, вибрация в норме, а в масле появляется бронза или баббит — значит, проблемы с вкладышем, что косвенно может быть связано и с состоянием ротора.

И ещё. Никогда не экономьте на дефектоскопии ротора низкого давления при капитальном ремонте. Ультразвуковой контроль, особенно зон переходных радиусов и шпоночных канавок, может выявить внутренние дефекты, невидимые глазу. Одна такая трещина, пропущенная в 2005-м на одной из наших турбин, привела в 2008-м к масштабной аварии с искривлением вала. Урок на миллионы.

Вместо заключения: личный взгляд

Так что, ротор НД — это сердце конденсационной части турбины. Относиться к нему нужно с уважением. Не как к простому ?железу?, а как к точному механизму, который работает на пределе механических и термических возможностей. Опыт, в том числе негативный, — лучший учитель.

Сотрудничество с профильными инжиниринговыми компаниями, будь то российские или, как Гуандун Хайен, китайские, — это не признак слабости, а здравый смысл. Главное — чётко ставить задачу, требовать соблюдения стандартов и всегда проводить входной контроль. Даже у самых проверенных поставщиков.

В общем, работа с ротором низкого давления — это постоянный диалог между металлом, паром и инженерной мыслью. Диалог, в котором нельзя допускать ни одной смысловой ошибки. Иначе последствия будут слишком громкими, в прямом и переносном смысле.