«Силовые машины» расширили линейку оборудования для ТЭС и спроектировали паровую турбину К-550 по модульному принципу. Турбина предназначена для замены эксплуатирующихся машин серии К-500. За счет новых технических решений турбина позволит повысить мощность турбоустановки на 18 МВт и улучшить экономичность на 1,6%. При этом «Силовые машины» разработали проект замены оборудования с сохранением фундамента энергоблока, что исключает дополнительные капитальные затраты при модернизации.

Турбины серии К-500, изготовленные в советский период и близкие к выработке ресурса, в частности, турбины К-500-240, эксплуатируются сегодня на Рефтинской, Назаровской и Троицкой ГРЭС.

Проект «Силовых машин» предусматривает сохранение компоновочного решения при установке новой турбины на существующий фундамент энергоблока - фактически турбина К-550 «Силовых машин» встраивается в силовой остров. При этом важно учитывать, что для стыковки турбины должны сохраняться места присоединения выведенного из эксплуатации оборудования и подводящих трубопроводов, а также точки опоры.

Новая модульная паровая турбина К-550

Одним из новых подходов к проектированию паровых турбин является применения принципа модульности. Модуль — это группа деталей и узлов, определяющая конструктивный облик одного цилиндра паровой турбины и неизменная для всех турбин, в которых применяется данный цилиндр. Паровые турбины, спроектированные по такому принципу, формируются из модулей цилиндров, сочетающихся между собой конструктивно и по параметрам пара. Это позволяет повысить качество и ускорить разработку рабочего проекта. А за счет использования унифицированных заготовок длинноцикловых узлов и типовых технологические процессов сокращаются сроки изготовления турбины. Такой подход создает преимущества и для изготовителя оборудования, и для заказчика.

Турбина К-550 состоит из 3 модулей: ЦВД, ЦСД и ЦНД. Модули ЦВД и ЦСД выполнены на базе турбины К-315-23,5-Р, модуль ЦНД (2 шт.)  – полностью унифицирован с ЦНД турбины К-315-23,5-Р.

Современные методы проектирования и расчета проточных частей турбины, переход на новые профили облопачивания, новое построение конструкций ступеней и уплотнений в ступени позволили увеличить максимальную мощность новой турбины К-550 на 18 МВт, а также повысить экономичность на 1,6% по сравнению с К-500. Новые технические решения также улучшают эксплуатационную надёжность и продлевают ресурс оборудования.

 В числе особенностей конструкции турбины:

1. ЦВД с реактивным облопачиванием

Экономичность турбины во многом обеспечивается ЦВД с реактивным облопачиванием, имеющим также следующие конструктивные особенности:

• большее количество ступеней по сравнению с активным облопачиванием, что приводит к повышению КПД цилиндра за счет увеличения коэффициента возврата тепла;
• снижение скорости пара в проточной части в связи с уменьшением перепада энтальпий на ступень и, соответственно, снижение потерь в соплах и рабочих лопатках;
• уменьшение диаметров проточной части и увеличение высоты лопаток (особенно первых ступеней), что сокращает дополнительные потери в лопаточном аппарате;
• снижение количества протечек пара в ступенях турбины из-за применения развитых диафрагменных (роторных) и надбандажных уплотнений;
• ремонтопригодный ЦВД, есть горизонтальный разъем, при необходимости возможно провести вскрытие и ремонт в условиях станции 
  
  

2. Эффективное облопачивание ЦСД и ЦНД

Для повышения экономичности ЦСД разработана проточная часть активного типа с применением рабочих лопаток с цельнофрезерованными бандажами. На периферии рабочих лопаток использовано гарантированно бесконтактное развитое уплотнение с чередующими гребнями ротора и статора, с большим числом усиков. Такая конструкция радиальных уплотнений обеспечивает минимальные протечки и позволяет поддерживать их состояние в условиях длительной эксплуатации. Внедрены новые эффективные профили направляющих и рабочих лопаток, геометрия которых согласована с газодинамическими расчетами потока и одновременно удовлетворяет требованиям статической и динамической прочности деталей проточной части.

В составе двухпоточных симметричных ЦНД – референтная стальная рабочая лопатка последней ступени длиной 960 мм.

В проточной часть ЦНД применены следующие решения:

• улучшены верхние и прикорневые обводы проточной части низкого давления таким образом, чтобы придать ей, по возможности, плавные переходы как у периферии, так и в прикорневой зоне;
• использованы диафрагмы сварной конструкции;
• применены рабочие лопатки с цельнофрезерованными бандажами, в том числе и в последних ступенях. Цельнофрезерованные бандажи позволяют ликвидировать раскрутку пера лопаток, существенно снизить отрицательное влияние протечки пара на основной поток и улучшить течение пара по всей высоте лопаток, особенно в периферийной зоне ступени;
• удалены демпфирующие связи из рабочей части облопачивания, они перенесены в тело бандажей;
• внедрена система влагоудаления для последних ступеней, снижающая эрозионную нагрузку рабочих лопаток; входные кромки рабочих лопаток последних ступеней упрочнены с помощью лазерной закалки.

Оптимизация проточной части ЦНД проведена на основе современных программ расчета трехмерного потока.

3. Цельнокованый РНД

В турбине используется цельнокованый ротор без центрального сверления. Конструкция ротора предусматривает цельнокованые полумуфты для соединения с ротором цилиндра среднего давления и ротором генератора.

Конструкция хвостового соединения рабочих лопаток и ротора с первой по третью ступени - «Т»-образная. В ступенях 4 и 5 применено торцевое «елочное» хвостовое соединение. Оно улучшает ремонтопригодность и сборку при облопачивании.

4. Применение негорючей жидкости САР

В качестве рабочей жидкости системы регулирования в мощных паровых турбинах «Силовых машин» традиционно применяется огнестойкая синтетическая жидкость.

Рабочее давление в системе регулирования составляет 50 кгс/см2.

Использование огнестойкой жидкости в системе регулирования вместо конденсата имеет ряд преимуществ при сохранении пожарной безопасности системы:

• повышается надежность работы системы автоматического регулирования (САР) благодаря стабильной плотности рабочей жидкости в зонах с повышенной температурой. В системах, где жидкость работает под давлением, участвует в передаче усилия или должна стабильно работать в широком диапазоне температур: вода (конденсат) может вести себя непредсказуемо. Например, при перепадах температур она может расширяться/сжиматься иначе, чем нужно, или образовывать паровые пробки, что нарушит работу системы;
• отсутствует коррозия. В конденсате, особенно если он долго находится в системе или в нём есть примеси (кислород, соли, продукты коррозии), активно идут коррозионные процессы, которые влияют на внутренние поверхности: клапаны, золотники, каналы. Это приводит к засорению, заклиниванию механизмов и может иметь серьёзные последствия. Состав огнестойкой жидкости совместим с материалами системы и не провоцирует коррозию;
• снижается риск загрязнения. В процессе работы в любую рабочую жидкость попадают механические примеси, вода (в виде эмульсии), продукты окисления. Огнестойкая жидкость имеет в составе присадки, которые помогают бороться с этим. Конденсат же изначально может быть загрязнён (например, частицами ржавчины из труб), и со временем такая смесь становится абразивной, ускоряя износ деталей системы.

Сегодня «Силовые машины» - единственная компания в России, проектирующая и изготавливающая паровые турбины большой мощности для теплоэнергетики. Компания готова к выполнению сложных задач по обновлению энергетической инфраструктуры. Разработанный проект может стать моделью для программ модернизации генерирующих мощностей с сохранением существующей строительной части энергообъектов и применением нового эффективного оборудования.