ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОСТАННЬОГО СТУПЕНЯ ПОТУЖНОЇ ПАРОВОЇ ТУРБІНИ ПРИ СУПЕРГІДРОФОБНОМУ ПОКРИТТІ ЇЇ СОПЛОВОГО АПАРАТА

Основний зміст сторінки статті

Oleksandr Shubenko
Volodymyr Safonov
Mikola Babak
Oleksandr Senetskyi
Oleksii Boyarshinov

Анотація

Досліджувалась можливість використання супергідрофобних (SH) покриттів поверхонь напрямного апарату останнього ступеню для підвищення якості проточної частини потужної парової турбіни. Показано, що реалізація цієї пропозиції повинна привести до суттєвого зменшення розміру крапель вологи в проточній частині, та, як наслідок, до збільшення ресурсу робочих лопаток і електричної генерації. Останнє відбувається за рахунок зменшення втрат енергії: на тертя вологої пари по сопловим лопаткам, при ударах крапель вологи та обтіканні робочих лопаток, а також зменшення витрати пари на периферійну сепарацію. Експертним оцінюванням параметрів, що визначають це зменшення втрат та витрат, прогнозовано обсяг додаткової генерації електричної енергії від впровадження SH покриттів на соплах останнього ступеня турбіни К-325-23,5 АТ «Турбоатом» (довжина робочої лопатки 1030 мм). Границі відповідних діапазонів зміни параметрів відповідають оптимістичному та песимістичному варіантам оцінки характеристик покриття та турбоустановки (додаткова електрична генерація, вартість та термін окупності SH покриття). Розглядалися три варіанти SH покриття поверхні соплової лопатки останнього ступеня: усієї поверхні, тільки увігнутої сторони сопла та тільки верхньої половини увігнутої сторони. За розрахунками очікувана зміна електричної потужності турбіни типу К-300 для цих варіантів покриття знаходиться в інтервалах 525 кВт–372 кВт та 315 кВт–237 кВт відповідно за оптимістичними та песимістичними оцінками. Визначено строк окупності SH покриття при нанесенні його
тільки на верхню половину увігнутої сторони сопла при прийнятих лінійних законах зменшення втрат при деградації покриття в залежності від його витривалості та ціни. Простий очікуваний термін окупності вказаного виконання SH покриття соплової лопатки останнього ступеня турбіни К-325-23,5 при витривалості 10000 год (річному напрацюванні 6307 год) складе ~ 16 місяців при ціні покриття 0,425 USD/см2. SH покриття сопла вологопарового ступеня є перспективним рішенням для впровадження у разі його витривалості більшій ніж 5500 год при середньо прогнозних ціні покриття та зменшенні втрат енергії і витрат пари при периферійній сепарації

Блок інформації про статтю

Розділ
Статті

Посилання

Shubenko A. L., Koval'skiy A. E. Kapleudarnaya eroziya lopatochnykh apparatov parovykh turbin. Prognozirovanie i metody zashchity [Droplet impact erosion of steam turbine blades. Forecasting and protection methods]. Visnyk Nats. tekhn. un-tu ''KhPI''. Seriya: Enerhetychni ta teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of the National Technical University ''KhPI''. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment]. Kharkiv, NTU ''KhPI'' Publ., 2012, no. 7, pp. 76–87.

Shchedrolyubov V. L., Neuymin V. M., Dolzhanskiy P. R., Stepanov S. V. Erozionnyy iznos vkhodnykh kromok rabochikh lopatok TsND moshchnoy parovoy turbiny TES. Sopostavlenie sposobov uprochneniya [Erosive wear of the input edges of the LPC rotor blades of a powerful steam turbine at TPP. Comparison of hardening methods]. Energetik. 2017, no. 10, pp. 40–44.

Shubenko O. L., Safonov V. Y., Babak M. Yu., Senets'kyy O. V., Yevych M. L., Boyarshynov O. Yu. Zbil'shennya resursu i elektrychnoyi potuzhnosti ostann'oho stupenyu parovoyi turbiny pry superhidrofobnomu pokrytti yiyi soplovykh aparativ [Increase in the resource and electric power of the last stage of a steam turbine with a superhydrophobic coating of its nozzles]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2020, no. 1, pp. 9–17.

Subotin V. H., Levchenko Ye. V., Shvetsov V. L., Shubenko O. L., Tarelin A. O., Subotovich V. P. Stvorennya parovykh turbin novoho pokolinnya potuzhnistyu 325 MVt [Creation of new generation steam turbines with a capacity of 325 MW]. Kharkiv, Folio Publ., 2009. 256 p.

Baumann T., Melas M., Grasso P. D., Stankowski A., Olliges S., Widmer T. Coating for turbine parts. Patent US, no. US 20140178699 A1, 2016.

Tuteja A., Golovin K., Gose J. W., Boban M., Mabry J. M., Perlin M., Ceccio S. Durable superhydrophobic surfaces. Patent US, no. 16/330,987, 2019.

Zhou W., Cai X., Ji X. Influence of blade surface super-hydrophilic and super-hydrophobic property on formation of secondary droplets. Journal of Chinese Society of Power Engineering. 2014, issue 4, pp. 292–297.

Mednikov A. F., Tkhabisimov A. B., Dasaev M. R., Burmistrov A. Zilova O. Metallographic studies results of 20kH13 steel samples with textured relief, modified surface and protective coating. EECE 2019. E3S Web of Conferences. Vol. 140. Article number 02009. doi: 10.1051/e3sconf/201914002009

Melas M., Sigg R., Bühlmann S., Limacher D., Manyoky T. Methodology for Evaluating Efficiency Benefits of Hydrophobic Coatings in Steam Turbine Applications. ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Vol. 8: Microturbines, Turbochargers, and Small Turbomachines; Steam Turbines (11–15 June 2018, Oslo).

Plondke A. C. Droplet Characterization in the Wake of Steam Turbine Cascades. Graduate School, Master's Thesis. Knoxville, University of Tennessee Publ., 2012. 78 р.

Tishchenko V. A., Alekseev R. A. Modelirovanie protsessov obrazovaniya i dvizheniya vodyanoy plenki i erozionno-opasnykh kapel' v protochnykh chastyakh parovykh turbin [Modeling the processes of formation and movement of a water film and erosion hazardous drops in the flow parts of steam turbines]. Teploenergetika, 2019, no. 11, pp. 72–81.

Boynovich L. B., Emel'yanenko A. M. Gidrofobnye materialy i pokrytiya: printsipy sozdaniya, svoystva i primenenie [Hydrophobic materials and coatings: principles of design, properties and applications]. Uspekhi khimii, 2008, vol. 77, no. 7, pp. 619–638.

Mednikov A. F. Opredelenie dlitel'nosti inkubatsionnogo perioda protsessa kapleudarnoy erozii rabochikh lopatok poslednikh stupeney proektiruemykh parovykh turbin bol'shoy moshchnosti: avtoref. dis. na soiskanie nauchn. stepeni kand. tekhn. nauk: spets. 05.04.12 "Turbomashiny i kombinirovannye ustanovki" [Determination of the duration of the incubation period of the droplet impact erosion of the working blades of the last stages of the designed high-power steam turbines. Abstract of a thesis candidate eng. sci. diss. (Ph. D.) 05.04.12 "Turbomachines and combined plants"]. Moscow, 2012. 20 p.

Shubenko A. L., Koval'skiy A. E., Vorob'ev Yu. S., Kartmazov G. N., Romanenko V. N. Vliyanie erozii na osnovnye ekspluatatsionnye kharakteristiki rabochey lopatki posledney stupeni tsilindra nizkogo davleniya moshchnoy parovoy turbiny. Chast' 2. Prognozirovanie izmenyayushchikhsya vsledstvie erozionnogo iznosa vibratsionnykh kharakteristik rabochey lopatki posledney stupeni i vybor sposoba ee passivnoy zashchity ot erozii [Influence of erosion on the main operational characteristics of the last stage rotor blade of a low-pressure cylinder of a powerful steam turbine. Part 2. Prediction of the vibration characteristics of the last stage rotor blade changing due to erosion wear and the choice of the method of its passive protection against erosion.]. Problemy mashinostroeniya. 2010, vol. 13, no. 1, pp. 3–11.

Kurs lektsiy. Nadezhnost' raboty turbinnogo oborudovaniya [Lecture course. Reliability of turbine equipment]. 221 p Available at: https://studizba.com/lectures/129-inzhenerija/1941-nadezhnost-rabo ty-turbinnogo-oborudovanija/37952-6-kapelnaja-jerozija-rabochih lopatok.html (accessed 20.10.2021).

Neuymin V. M. Modeli tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta i ikh vliyanie na prostoi energoblokov KES [Maintenance and Repair Models and Their Impact on IES Power Units Downtime]. Energetik. 2019, no. 9, pp. 35–48.

Yudin M. A., Filyppova S. V., Levyts'ka A. V. Mekhanizm formuvannya vartosti elektroenerhiyi v enerhosystemi Ukrayiny: instrumentariy oblikovo-analitychnoho zabezpechennya [The mechanism of formation of the cost of electricity in the power system of Ukraine: tools for accounting and analytical support]. Odessa, Odes'kyy natsional'nyy politekhnichnyy universytet Publ., 2014. 151 p.

Shubenko A. L., Babak N. Yu., Senetskiy A. V., Sarapin V. P Otsenka tekhniko-ekonomicheskikh pokazateley kaskadnoy teplovoy skhemy turboustanovki na nizkokipyashchikh rabochikh telakh [Evaluation of technical and economic indicators of a cascade thermal scheme of a turbine plant on low-boiling working bodies]. Visnyk Nats. tekhn. un-tu ''KhPI''. Seriya: Enerhetychni ta teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannya [Bulletin of the National Technical University ''KhPI''. Series: Power and Heat Engineering Processes and Equipment]. Kharkiv, NTU ''KhPI'' Publ., 2017, no. 11 (1233), pp. 6–15.

Safonov V. Plasma activated EB-deposition: different modes of arc discharge and plasma characteristics. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. 2017, no. 5 (111), pp. 65–71