Transcript Modernizacja układów przepływowych turbin parowych NC

TurboCare Sp. z o.o.
Modernizacja układów przepływowych turbin
parowych NC – wybrane aplikacje TC
Krzysztof Kowalski
ulepszanie łopatek wirnikowych
łączne doświadczenie (TC+Delaval+Parsons+Westinghouse) w
projektowaniu łopatek przekracza 175 lat i obejmuje zakres stosowanych
prędkości obrotowych wirników od 1500 do 12 000 obr./min
niezawodność ulepszanych przez TC łopatek jest lepsza od oryginalnych
rozwiązań konstrukcyjnych producenta turbiny
TC dotychczas przeprojektował ponad 100 typów łopatek wirnikowych i jest
liderem światowym w tej dziedzinie
Privileged & Confidential – Page 2
technologia spawania wirników firmy TurboCare
unikalna technologia umożliwiająca zmianę konfiguracji układu
przepływowego wirnika w celach naprawczo / modernizacyjnych
tysiące udanych operacji spawania
wirników w ciągu ostatnich 30 lat
Privileged & Confidential – Page 3
historia projektu zakończonego sukcesem
Historia problemu eksploatacyjnego
rok 1993 - wymuszone odstawienie turbiny
rodzaj zdarzenia: uszkodzenie wrębu 2-go stopnia
przyczyna awarii: korozja naprężeniowa
podjęte działania: wymiana łopatek pierwszego, drugiego i trzeciego stopnia
z powodu pęknięć i wżerów
rok 1995 - przegląd główny (odstawienie planowe)
wykryte defekty: pęknięcia na wrębach pierwszego i piątego stopnia wirnika
podjęte działania: wymiana łopatek; stopień 1- z powodu wżerów i pęknięć;
stopień 5 - z powodu problemu zmęczenia materiału
rok 1998 - wymuszone odstawienie turbiny
rodzaj zdarzenia: wypadnięcie łopatki trzeciego stopnia
przyczyna awarii: zmęczenie materiału
podjęte działania: odcięcie łopatek trzeciego stopnia przy podstawie – stopki
łopatek pozostały na wirniku
Privileged & Confidential – Page 4
historia projektu zakończonego sukcesem cd.
rozwiązanie problemu eksploatacyjnego przez TurboCare, to
kompletne przeprojektowanie układu przepływowego
Uzyskane efekty:
bezawaryjna praca przez ostatnie 10 lat.
moc wyjściowa o 5% większa od znamionowej
moc wyjściowa o 10,5% większa niż przed modernizacją
dobra opinia Klienta zbudowanego wynikami modernizacji
cytuję:
“TurboCare zaprojektował nowy układ przepływowy, pracujący
przez 10 lat bez awarii i nie wymagający większej konserwacji.
Od modernizacji turbozespół był dwa razy otwierany, w celu
wykonania inspekcji. Zmodernizowany układ przepływowy
wykazuje jedynie śladowe zużycie. Wymiana elementów
uszczelnień międzystopniowych, to jedyna wymiana jaką
dokonaliśmy od momentu modernizacji.”
Tim Bingley-TG Fleet Mgr-Mid America/Pacific Corp
łopatka 600mm
Privileged & Confidential – Page 5
sprzęganie łopatek - efektywny sposób tłumienia drgań
znacząca poprawa efektywności tłumienie drgań
względna odpowiedź łopatek, swobodnie stojąca w porównaniu do ciągle sprzęgniętej
1,2
1
0,8
l
Tangential Mode
0,6
Axial Mode
0,4
0,2
0
Free Standing Blade
Privileged & Confidential – Page 6
Continuous Coupled Blade
łopatka wolno stojąca
przykłady pęknięć wywołanych korozją zmęczeniową
korozja
zmęczeniowa
pęknięcia stopki
łopatki
problematyczna wolno
stojąca łopatka
korozja zmęczeniowa
pęknięcia wrębów
Privileged & Confidential – Page 7
przykład modernizacji wrębu i łopatek
zmieniony materiał wrębu łopatkowego
zawiera 12% Cr, co dwukrotnie polepszyło
jego odporność na korozję zmęczeniową
nowa obrobiona forma
udoskonalonego
wrębu łopatkowego
napawanie wirnika
celem utworzenia
nowych wrębów
Privileged & Confidential – Page 8
zmieniona konstrukcja łopatki. Zastosowano łopatki tytanowe z bandażem
w rezultacie osiągnięto 4-krotne
zmniejszenie amplitudy drgań łopatek
zmodernizowano 6 identycznych wirników,
które zaliczyły dotychczas12 lat niezawodnej pracy
łopatki wirnikowe z przedłużonym trzonkiem
Klienci
Lata eksploatacji
APS Palo Verde
Amergen-Oyster Creek
Dominion-Millstone
Constellation Energy
Duke Moss Landing
Duke Moss Landing
APS Four Corners
TVA Paradise
Reliant Energy
Ameren
Privileged & Confidential – Page 9
12
12
10
10
9
6
4
3
6
4
łopatka L-0 typu ND 37/41
stwierdzony problem eksploatacyjny, to pękanie wrębów łopatkowych i
łopatek, a jego przyczyna (wg oceny OEM), to korozja zmęczeniowa
Privileged & Confidential – Page 10
łopatka L-0 typu ND 37/41 cd.
zalecenia OEM:
dodatkowe inspekcje i badania materiałowe krytycznych węzłów
konstrukcyjnych
usuwanie pęknięć na wrębach (frezowanie) przed osiągnięciem
wielkości krytycznej
problemy użytkownika turbiny:
zwiększone ryzyko eksploatacyjne
a w konsekwencji, ograniczenie dyspozycyjności maszyny (dodatkowe,
wynikające z zaleceń OEM postoje inspekcyjne.
Privileged & Confidential – Page 11
analiza metodą elementów skończonych łopatki ND 37
L-0 Blade
2000
1800
1600
Frequency (Hz.)
1400
1st Family
2nd Family
3rd Family
4th Family
Speed=5500 RPM
5th Family
1200
1000
800
600
400
200
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Nodal Diameter
wniosek:
łopatka jest dobrze odstrojona od rezonansu,
jednak może się to zmienić w wyniku
erozyjnego i korozyjnego procesu jej zużycia
Korozja zmęczeniowa może, w tym przypadku,
nie być przyczyną pękania, może ono być
wywołane korozją naprężeniową.
Privileged & Confidential – Page 12
koncepcja przebudowy stopnia L- 0 z łopatkami typu ND37/41
Należy stoczyć dotychczasowy wrąb łopatkowy L-0
(około 100mm promieniowo) oraz odbudować go
(przez napawanie) na bazie udoskonalonego
materiału o zawartości 12% chromu, co
zdecydowanie zwiększy jego odporności na
pękanie, zarówno wg scenariusza korozji
zmęczeniowej jak i korozji naprężeniowej
Privileged & Confidential – Page 13
koncepcja przebudowy stopnia L- 0 cd.
należy odstąpić od łopatek wolno-stojących i zastosować
łopatki z elementami tłumiącymi (snubbers), co pozwoli na:
1. odstrojenie łopatek od rezonansu w
szerszym zakresie obciążeń turbiny i
zużycia erozyjnego
2. ograniczenie reakcji dynamicznej nowej
łopatki na siły wymuszające o 1/3 w
stosunku do starej łopatki wolno stojącej
3. ograniczenie wymuszeń
zmęczeniowych, a w konsekwencji
zwiększenie niezawodności zarówno
łopatki jak i wrębów łopatkowych.
Privileged & Confidential – Page 14
koncepcja przebudowy stopnia L- 0 cd.
w przypadku intensywnego zużycia erozyjnego należy zastosować
stelitowe osłony na krawędziach natarcia łopatek
należy przekonstruować stopkę łopatki w kierunku redukcji naprężeń
oraz wprowadzić ujemne naprężenia na jej powierzchni poprzez
śrutowanie
należy laserowo utwardzić łopatki lub zmienić ich materiał, w celu
zwiększenia odporności na erozję
Privileged & Confidential – Page 15
łopatka L-0 o podwyższonej odporności na erozję
łopatka TurboCare z
osłoną erozyjną typu EBW
Zalety:
1. inconelowy bufor między stelitem
a materiałem rodzimym łopatki
2. strefa wpływu ciepła poza
obszarem maksymalnych
naprężeń
3. wysoka podatność na badania UD
Privileged & Confidential – Page 16
przykład modernizacji kompletnego KNC
Oryginalny KNC turbiny ZAMECH 13K215
Privileged & Confidential – Page 17
kompletna modernizacja KNC
Privileged & Confidential – Page 18
porównanie KNC przed i po modernizacji
Privileged & Confidential – Page 19
odkuwka wału wirnika KNC
Odkuwka wykonana została z materiału 27NiCrMoV15 6
Zalety:
wyższa wytrzymałość na kruche pękanie
wyższa odporność na korozję naprężeniową
Privileged & Confidential – Page 20
obróbka mechaniczna wirnika
Privileged & Confidential – Page 21
zmodernizowane łopatki wirnikowe
Privileged & Confidential – Page 22
nowy wirnik KNC
Privileged & Confidential – Page 23
inne zmiany konstrukcyjne na KNC
Privileged & Confidential – Page 24
stacjonarne elementy układu przepływowego KNC
produkcja kierownic w polskim warsztacie TurboCare
Privileged & Confidential – Page 25
poprawa efektywności KNC
gwarantowana sprawność wewnętrzna KNC > 85%
obniżenie j.z.c. przez turbozespół > 300 kJ/kWh
~300 kJ/kWh
Privileged & Confidential – Page 26
poprawa efektywności KNC
zarejestrowana sprawność wewnętrzna zmodernizowanej turbiny NP = 89,0%
Privileged & Confidential – Page 27
łopatki stopnia L-0 śladowa erozja krawędzi natarcia po 50.000 EOH
Privileged & Confidential – Page 28
zalety prezentowanego projektu modernizacyjnego KNC
Zalety projektu TurboCare na tle konkurencji:
1.
minimalny zakres interwencji w dotychczasową
konstrukcję OEM
2.
najlżejszy wirnik NC < 45 ton
3.
najwyższa niezawodność / dyspozycyjność
4.
wysoka, nie zmieniająca się w długim okresie
eksploatacji, sprawność wewnętrzna KNC
Privileged & Confidential – Page 29
lista referencyjna
modernizacje KNC turbiny ZAMECH 13K215 wykonane w Polsce
IT
CUSTOMER
UNIT
#
Original
Manufacturer
IMPLEMENTATION
DATE
1.
Rybnik
4
ZAMECH
1995
2.
Rybnik
7
ZAMECH
1996
3.
Rybnik
8
ZAMECH
1997
4.
Rybnik
1
ZAMECH
1997
5.
Jaworzno
5
ZAMECH
1997
6.
Kozienice
4
ZAMECH
1997
7.
Rybnik
2
ZAMECH
1998
8.
Rybnik
6
ZAMECH
1999
9.
Rybnik
3
ZAMECH
1999
10.
Rybnik
5
ZAMECH
2000
11.
Ostroleka
1
ZAMECH
2000
12.
Ostroleka
3
ZAMECH
2002
TOTAL: 12 LP MODERNIZATIONS PERFORMED
Privileged & Confidential – Page 30
Dziękuję za Państwa uwagę!
Privileged & Confidential – Page 31