Ротор среднего давления — значительно термически нагруженная вращающаяся часть цилиндра турбины. Его замена может потребоваться, если в осевом канале или тепловых канавках обнаружены критические усталостные трещины или исчерпан ресурс по ползучести, которые невозможно устранить проточкой. Из-за циклической смены температур (особенно при частых пусках и остановах турбины из холодного состояния) в металле корпуса также могут возникать термические трещины.

При исчерпании ресурса ЦСД зачастую замена корпуса целесообразнее ремонта. В этом случае есть смысл не просто заменить узел, а сделать модернизацию. При модернизации цилиндра среднего давления задача заключается не только в замене лопаточного аппарата. Важно одновременно повысить эффективность проточной части и сохранить необходимый запас динамической прочности.

В традиционной конструкции турбин ЛМЗ рабочие лопатки выполнялись с клепаным бандажом, а для вибрационной отстройки применялись проволочные демпферные связи. Решение имеет большой эксплуатационный ресурс, однако проволочные связи находятся непосредственно в потоке и создают дополнительные аэродинамические потери.

В модернизированном ЦСД эта задача решается так: демпфирование переносится в бандаж, а проволочные связи исключаются из проточной части. Рабочие лопатки получают цельнофрезерованные бандажи с демпфирующими вставками и специальными уплотнениями.

Одновременно полностью пересматривается геометрия ступеней. Новые профили направляющих и рабочих лопаток разработаны на основе трехмерных газодинамических расчетов. Это позволяет учитывать не только номинальный, но и реальные эксплуатационные режимы турбины.

Для обеспечения надежности рабочие лопатки проходят вибрационную отстройку на экспериментальных установках, а также натурные испытания. Конструкция цельнофрезерованных бандажей имеет длительный опыт эксплуатации на турбинах ЛМЗ — первые такие рабочие лопатки большой длины начали испытываться еще в 1975 году.

Что входит в модернизацию ЦСД:

• замена диафрагм;
• установка нового ротора среднего давления с увеличенным думмисом для компенсации осевого усилия;
• применение цельнофрезерованных бандажей с демпфирующими вставками;
• удаление проволочных связей из парового потока;
• применение новых эффективных профилей;
• замена концевых уплотнений.

Новый ротор изготавливается и динамически балансируется на разгонно-балансировочном стенде на рабочей частоте вращения. Значительная часть технологически сложных операций таким образом выполняется до поставки ротора на электростанцию.

В результате модернизация дает сразу несколько эффектов: снижение потерь в проточной части, повышение эксплуатационной надежности лопаточного аппарата и сокращение объема ремонтных работ на станции.

При этом речь идет не о замене отдельных деталей, а о комплексном обновлении цилиндра среднего давления — от газодинамики ступеней и конструкции бандажей до ротора и его балансировки.

Это способствует увеличению эксплуатационного ресурса турбины за счет обновления ключевых элементов ее проточной части. В результате возрастает и экономичность ее работы.