Анотація до роботи:

Черноусенко О. Ю. Подовження терміну експлуатації парових турбін великої потужності (на прикладі турбін К-200-130). –Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністью 05.05.16 – турбомашини та турбоустановки. Інститут проблем машинобудування НАН України ім. А.М. Підгорного, м. Харків, 2009.

Дисертація присвячена розробці комплексного підходу до продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання електростанцій та дослідженню залишкового ресурсу високотемпературних елементів парових турбін потужністью 200 МВт.

На підставі запропонованих математичних моделей теплового, напружено-деформованого стану та малоциклової утомленості елементів ЦВТ і ЦСТ парових турбін потужністю 200 МВт з урахуванням ремонтно-поновлювальних змін впродовж всього терміну експлуатації, а також експериментально визначених коефіцієнтів запасу міцності металу роторів та корпусів турбіни К-200-130-1,3 ЛМЗ отримано дані щодо продовження терміну експлуатації.

Створено концепцію автоматизованої системи технічної діагностики і інформативної підтримки експлуатації та управління ресурсом енергоблоків для продовження залишкового ресурсу енергетичного обладнання, що вичерпало свій парковий ресурс.

Встановлено реальну можливість продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання за результатами проведення чисельних і експериментальних досліджень, розраховано допустиму кількість пусків, сумарну пошкодженість та залишковий термін експлуатації роторів, корпусів та клапанів ЦВТ і ЦСТ парових турбін К-200-130-1, 3 ст.№ 3-9 Кураховська ТЕС та ст.№ 11, 13-15 Луганська ТЄС.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та комплексний підхід до рішення актуальної науково-технічної проблеми продовження терміну експлуатації високотемпературних елементів парових турбін, що відпрацювали свій парковий ресурс. Рішення даної проблеми пов'язано з удосконаленням методології оцінки індивідуального ресурсу енергетичного обладнання та розробкою комплексу для управління ресурсом та діагностично-інформаційної підтримки експлуатації систем і обладнання енергоблоків. Теоретично обгрунтована і експериментально доведена реальна можливість продовження терміну експлуатації високотемпературних елементів парових турбін. За результатами досліджень зроблені наступні висновки:

1. Обґрунтовано необхідність комплексного підходу до рішення актуальної задачі продовження терміну експлуатації високотемпературних елементів парових турбін, що відпрацювали свій парковий ресурс. Виділено рівні ієрархії та внутрішні зв'язки з урахуванням основних складових проблеми продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання, що дало можливість визначити пріоритетні напрямки дослідження.

2. На підставі експериментальних досліджень зразків металу високотемпературних елементів парових турбін, які відпрацювали більше 220 тис. годин, змінення геометрії цих елементів у ремонтних компаніях, а також технічного аудиту обладнання сформульовано комплексний підхід щодо вирішення проблеми продовження терміну експлуатації роторів, корпусів і клапанів ЦВТ і ЦСТ парових турбін потужністю 200 МВт.

3. Для парових турбін типу К-200-130-1,3 розроблено математичну модель теплового (ТС), напружено-деформованого стану (НДС) та малоциклової утомленості (МЦУ) роторів, корпусів і стопорних клапанів ЦВТ і ЦСТ парових турбін з урахуванням наявних пошкоджень проектних конструкцій та ремонтно-поновлювальних змін елементів у процесі експлуатації на базі 2D- і 3D- просторових аналогів для роторів ЦВТ і ЦСТ; корпусів ЦВТ і ЦСТ з фланцями горизонтального роз'єму, порожнинами для обігріву фланців, паровими ресиверами, дренажними патрубками; для стопорних клапанів циліндрів ЦВТ і ЦСТ з патрубками підводу та відводу пари.

4. Вперше виконано експериментальну оцінку малоциклової утомленості металу роторів та корпусів ЦВТ і ЦСТ парової турбіни потужністю 200 МВт, що відпрацювали більше 220 тис. годин. Уточнено коефіцієнти міцності за кількістю циклів та деформацій з урахуванням тривалої роботи обладнання з терміном експлуатації більш ніж 220 тис. годин. Отримано криві малоциклової утомленості металу ротора 25Х1М1ФА та металу корпусів 15Х1М1ФЛ, що відпрацювали у реальних умовах експлуатації на енергетичних об'єктах більш ніж 221000 годин для корпусної сталі і 275031 годину - для роторної сталі. Це дозволило зменьшити коефіцієнти запасу міцності по кількості циклів на 40 % і по деформаціях на 16,6 %.

5. Вперше проведено оцінку і прогнозування залишкового ресурсу високотемпературних елементів парових турбін потужністю 200 МВт з експериментально отриманими коефіцієнтами запасу міцності металу.

6. Шляхом проведення чисельного експерименту отримано дані теплового, напружено-деформованого стану та малоциклової утомленості роторів, корпусів, стопорних клапанів ЦВТ і ЦСТ енергоблоків ст.№ 3-9 Кураховської та № 11, 13-15 Луганської ТЕС в залежності від зміни конструктивних і режимних параметрів з урахуванням різних видів навантаження. Розглянуто конструктивні та схемні рішення щодо удосконалення експлуатаційних параметрів та ресурсу високотемпературних елементів парової турбіни. Визначено вплив режимних параметрів на роботу високотемпературних елементів парових турбін, розроблено рекомендації з підвищення ефективності їхньої експлуатації.

Показано, що усунення термокомпенсаційних канавок роторів ЦВТ і ЦСТ збільшує залишковий ресурс на 17 % і 21 %, відповідно. Подача гарячої пари на ущільнення ЦВТ і ЦСТ при пуску з гарячого стану підвищує залишковий ресурс ротора ЦСТ на 21 %, корпуса ЦВТ – на 50 %, а корпуса ЦСТ – на 3 %. Конструктивні змінення корпусу ЦВТ турбін 3-ої модифікації (порожнина в зоні передніх кінцевих ущільнень) дозволяють збільшити залишковий ресурс на 3,7 %.

7. Встановлено реальну можливість продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання за результатами проведення чисельних і експериментальних досліджень, розраховано допустиму кількість пусків, сумарну пошкодженість та залишковий термін експлуатації роторів, корпусів, стопорних клапанів ЦВТ і ЦСТ, парових турбін К-200-130 ст. №3-9 Кураховської та № 11,13-15 Луганської ТЕС, а також допустимий час живучості корпусних деталей з урахуванням темпу зростання тріщин парових турбін К-200-130 ст. № 3-9 Кураховської ТЕС.

Пошкодженість роторів ЦСТ цих енергоблоків складає 35-80 %, а залишковий ресурс визначен у межах 30165-64350 годин. Пошкодженість корпусів ЦВТ досягає 85 % при залишковому ресурсі близько 31000 годин. Залишкова кількість пусків становить 250-300, що передбачає роботу цих енергоблоків у меньш маневрових режимах.

8. Створено концепцію автоматизованої системи технічної діагностики і інформативної підтримки експлуатації та управління ресурсом енергоблоків електростанцій з метою продовження термину експлуатації енергетичного обладнання, що вичерпало свій парковий ресурс.

Впровадження АСТД на реальних об'єктах дозволить збільшити виробництво електроенергії та зменшити ремонтні затрати. Це дасть орієнтовний економічний ефект на рівні 4,512 млн.грн. річних на один блок ТЕС потужністью 200 МВт та 22,1 млн.грн. річних на один блок АЕС потужністью 1000 МВт.

9. Отримані на реальному об'єкті нові дані щодо продовження терміну експлуатації високотемпературних роторів та корпусних деталей парових турбін і забезпечення надійної роботи енергетичного обладнання парових турбін з обов’язковим впровадженням АСТД дозволили запропонувати комплексну методологію оцінки залишкового ресурсу високотемпературних елементів парових турбін. Сформульовано методологічний підхід щодо вирішення проблеми продовження терміну експлуатації енергетичного обладнання парових турбін із застосуванням маловитратних технологій модернізації та управління ресурсом. Результати впроваджені на енергоблоках ст. №3-9 Кураховської та № 11, 13-15 Луганської ТЕС, про що є відповідні документи.

Продовження терміну експлуатації енергоблоків потужністью 200 МВт на 30000-50000 годин дасть орієнтовний економічний ефект від 18,5 до 31 млн.грн. річних на один блок ТЕС за рахунок збільшення виробництва електроенергії.

10. У результаті виконаних у дисертаційній роботі досліджень вирішена важлива науково-технічна проблема продовження терміну експлуатації парових турбін шляхом удосконалення наявних підходів до оцінки залишкового ресурсу енергетичного обладнання та застосування маловитратних технологій модернізації та управління ресурсом. Результати розробки є актуальними для удосконалення існуючого і створення нового енергетичного обладнання електростанцій.

Публікації автора:

1. Теплобмен и газодинамика в камерах отбора паровых турбин / [Маляренко В.А., Голощапов В.Н, Барсуков В.А., Котульская О.В., Черноусенко О.Ю.] – К.: Наукова думка, 1991.- 240с.

1. Концептуальные основы создания автоматизированной системы диагностики режимов и оборудования энергоблоков АЭС Украины / А.В. Антонович, О.Ю.Черноусенко, Г.Н. Елизаренко, А.М. Бурдейный, А.И. Титко // Энергетика и электрификация.- 2005.- №2. - С.25-34.

2. Концептуальные основы создания автоматизированной системы диагностики режимов и оборудования энергоблоков АЭС Украины (часть 2) / А.В. Антонович, О.Ю.Черноусенко, Г.Н. Елизаренко, А.М. Бурдейный, А.И. Титко // Энергетика и электрификация.- 2005.- №3.-С.18-24.

3. Антонович А.В. Основные принципы создания автоматизированной системы технической диагностики энергоблоков АЭС (АСТД ЭБ) / А.В. Антонович, О.Ю.Черноусенко //Проблеми промышленной теплотехники.- К: Сб. трудов Института теплофизики НАНУ.- 2005.- С. 311-313.

4. Черноусенко О.Ю. Расчет индивидуального ресурса корпусов цилиндров высокого и среднего давления, корпусов стопорных клапанов и роторов К–200-130 блока 200 МВт /О.Ю. Черноусенко// Совершенствование турбоустановок методами математического и физизического моделирования: Сб научн. трудов. - Х.: ИПМаш им.Подгорного НАНУ.- 2006.- №4.- С.128-134.

5. Черноусенко О.Ю. Расчетное исследование индивидуального ресурса корпусов ЦВД, ЦСД, корпусов стопорных клапанов и роторов К–200-130 блока 200 МВт / О.Ю. Черноусенко // Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ».- 2007. - №2.- С.64-71.

6. Граничные условия теплообмена в камерах отбора влажно-паровых турбин / В.М. Капинос, Ю.Ф. Косяк, В.А. Палей, Л.А. Гура, О.Ю. Черноусенко// Теплоенергетика.- 1991.- №7.- С.33-36.

7. Гура Л.А. К расчету оптимальных режимов прогрева элементов энергооборудования /Л.А. Гура, О.Ю. Черноусенко// Енергетичне машинобудування.- 1985.- Вип.40.- С.57-61.

8. Некоторые особенности течения рабочего тела в около отборном отсеке / Ю.Ф. Косяк, О.М. Галацан, В.И. Гольман, О.Ю. Черноусенко, Б.К. Релих.// Теплоенергетика.- 1988.-№ 6.- С.29-71.

9. Капинос В.М. Теплообмен в камерах отбора влажно-паровых турбин / В.М. Капинос, О.Ю. Черноусенко// Енергетичне машинобудування.- 1988.- Вип.46.- С.36-40.

10. Капинос В.М. Особенности теплоотдачи при течении влажного пара в цилиндрической полости / В.М. Капинос, Л.А. Гура, О.Ю. Черноусенко // Весці Академії навук БССР. Сер. фіз.-энерг.навук. - 1990. - № 2.- С.61-65.

11. Черноусенко О.Ю. Расчетно-теоретическое исследование влияния неизотермичности поверхности на теплоотдачу в камере отбора / О.Ю. Черноусенко// Енергетичне машинобудування.- 1992.- Вип.51.- С.158-164.

12. Косяк Ю.Ф. К определению коэффициента теплоотдачи при течении пара в межкорпусных пространствах турбин на скользящих параметрах / Ю.Ф. Косяк, О.Ю. Черноусенко, С.И. Лозинский // Енергетичне машинобудування.- 1996.- Вип.54.- С.155-163.

13. Ильченко О.Т. Экспериментальное исследование нестационарных процессов в турбоустановках ТЭС и АЭС / О.Т. Ильченко, А.В. Борисенко, О.Ю. Черноусенко// Проблемы машиностроения.- 1998.-№3-4.- С.16-20.

14. Ильченко О.Т. К вопросу автоколебательности уровня конденсата в аппаратах системы регенерации / О.Т. Ильченко, О.Ю. Черноусенко, А.С. Нынь // Совершенствование турбоустановок методами математического и физизического моделирования: Сб научн. трудов. – Х.: ИПМаш им. Подгорного НАН Украины. 1997.- С. 102-105.

15. Черноусенко О.Ю. К вопросу определения граничных условий теплообмена для расчетного уточнения возможности продления срока эксплуатации корпусных деталей и роторов паровых турбин /О.Ю. Черноусенко// Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ».- 2006.- №5.- С.67-71.

16. Оперативная расчетная оценка теплового и термонапряженного состояния высокотемпературных роторов паровых турбин / Н.Г. Шульженко, Н.Н. Афанасьев, А.В. Пожидаев, О.Ю. Черноусенко// Энергетика и электрификация.- 2007.- №4.- С.60-66.

17. Расчетное определение малоцикловой усталости высокотемпературных элементов паровой турбины мощностью 200 МВт с применением программного комплекса ANSYS И COSMOSWоrks / Е.М. Письменний, О.Ю. Черноусенко, Е.В. Штефан, Д.В. Рындюк, Д.С. Третяк // Вестник НТУУ «КПИ», Машиностроение.- К.: НТУУ «КПИ».-2008.-52.- С. 188-195.

18. Оценка малоцикловой усталости паровой турбины К-200-130-3 с применением программного комплекса ANSYS и COSMOS / О.Ю. Черноусенко, Е.В. Штефан, Д.В. Рындюк, Д.С. Третяк // Энергетика и электрификация.- 2008.- №3.- С.42-48.

19. Штефан Е.В. Информаційна технологія визначення індивідуального ресурсу високотемпературних конструкцій енергомашинобудування / Е.В. Штефан, О.Ю. Черноусенко, А.В. Башта //Проблеми тертя та зношування: Науково-технічний збірник.- К.: НАУ, 2008.- Вип..49.-Т.2. –С.171-176.

20. Черноусенко О.Ю. Обобщение и анализ результатов расчетного исследования индивидуального ресурса корпусов и роторов ЦВД и ЦСД турбины К-200-130 блока 200 МВТ / О.Ю. Черноусенко // - Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование. Вестник НТУ «ХПИ».- 2008.- №6.- С.107-111.

21. Черноусенко О.Ю. Усталостные повреждения роторов ЦВД и ЦСД паровых турбин К-200-130-3 на ТЭС Украины и влияние на них реконструктивно-ремонтных и эксплуатационно-технологических факторов/ О.Ю. Черноусенко, А.В. Антонович, Н.Г. Крищук // Энергетика и электрификация.- 2007.- №5.- С.34-40.

22. А. с. 1687807.18 СССР. Косяк Ю.Ф. Цилиндр высокого давления влажнопаровой турбины / Косяк Ю.Ф., Вирченко М.А., Галацан В.М., Кантемир А.Д., Черноусенко О.Ю. (СССР). - №4279187/24-06; заявл. 02.07.89; опубл.03.11.91; Бюл. №40.

23. Черноусенко О.Ю. Расчетная оценка паркового ресурса ЦВД и ЦСД турбин конденсационных ТУ/О.Ю. Черноусенко, М.В. Космина // «Сучасні проблеми наукового забезпечення енергетики»: Тези доповідей.-К., 2007.- С.8.

24. Черноусенко О.Ю. Оценка состояния метала высокотемпературных элементов паровой турбины К-200-130 / О.Ю. Черноусенко, Т.О. Пащенко // «Сучасні проблеми наукового забезпечення енергетики»: Тези доповідей.-К., 2008.- С.13.

25. Черноусенко О.Ю. Концептуальные основы создания автоматизированной системы технической диагностики энергоблоков ЭС/ О.Ю. Черноусенко// Доклади XV міжнародної конференції з автоматичного управління, 23-26 вересня 2008р. Доповнення. – Одеса: ОНМА.-2008.-С.22-23.