dr hab. inz.. Roman Krok

Transkrypt

1 NOWE ZYCIE PRACUJACYCH CYCH POLSKICH TURBOGENERATORÓW dr hab. inz.. Roman Krok

2 POWOLANIE ZESPOLU U BADAWCZEGO NA POLITECHNICE KONTYNUUJACEGO PRACE PROFESORA WLADYSW ADYSLAWA AWA LATKA W 1991 roku dyrektor Instytutu Maszyn i Urzadze dzen Politechniki Slaskiej profesor Wladyslaw aw Paszek utworzyl zespól prowadzacy badania naukowe nad doskonaleniem konstrukcji turbogeneratorów. Elektrownie zwróci cily y sie do zaklad adów w wykonujacych konieczne remonty pracujacych cych przez wiele lat bloków w energetycznych z propozycja kompleksowej modernizacji w celu: zwiekszenia mocy wytwórczych, poprawy efektywnosci wytwarzania energii elektrycznej oraz niezawodnosci i bezpieczenstwa pracy, zwiekszenia zywotnosci oraz dostosowania do pracy ze zmiennym obciaz azeniem.

3 MODERNIZACJE BLOKÓW W ENERGETYCZNYCH W ELEKTROWNIACH SPOSOBEM NA WZROST MOCY WYTWÓRCZYCH Znaczna czesc energii elektrycznej w systemie jest wytwarzana przez turbogeneratory pracujace ce w elektrowniach zawodowych. Rewitalizacja starych bloków w energetycznych w elektrowniach stanowi bardzo wazny sposób b zwiekszenia mocy wytwórczych w systemie nie tylko w Polsce, ale równier wniez w Unii Europejskiej oraz w wielu krajach na swiecie. Metoda ta nie wymaga budowy nowych elektrowni.

4 WZROST MOCY TURBOGENERATORÓW W W WYNIKU MODERNIZACJI SPOSOBEM NA OBNIZENIE KOSZTÓW W WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ Koszty stale e zwiazane zane z eksploatacja sa praktycznie takie same dla turbogeneratora fabrycznego oraz zmodernizowanego z podwyzszon szona moca. Zwiekszenie mocy turbogeneratora poprzez modernizacje jest sposobem na obnizenie kosztów w produkcji energii elektrycznej. Nalezy y zwróci cic uwage na fakt, ze e wdrozone one projekty modernizacji umozliwi liwily podwyzszenie mocy turbogeneratorów w w nawet o ponad 20%.

5 WZROST EFEKTYWNOSCI WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ W WYNIKU MODERNIZACJI TURBOGENERATORÓW Zastosowanie innowacyjnych rozwiaza zan konstrukcyjnych oraz nowych materialów umozliwia zmniejszenie strat mocy w elementach aktywnych turbogeneratorów. Modernizacje turbogeneratorów w sa s zatem równier wniez sposobem na zwiekszenie sprawnosci energetycznej turbogeneratorów.

6 POPRAWA NIEZAWODNOSC SCI I I BEZPIECZENSTWA PRACY ORAZ WYDLUZENIE ZYWOTNOSCI TURBOGENERATORA NA SKUTEK MODERNIZACJI Wykonanie ukladu izolacyjnego uzwojen w klasie F przy jednoczesnym utrzymaniu temperatury elementów w aktywnych turbogeneratora po zwiekszeniu mocy na poziomie dopuszczalnym dla klasy B (poprzez udoskonalenie systemu chlodzenia). Opracowanie nowej konstrukcji elementów w turbogeneratora ulegajacych czestym uszkodzeniom. Wprowadzenie zmian umozliwiaj liwiajacych przejscie z chlodzenia wodorem na chlodzenie powietrzem przy zachowanej mocy oraz wspólczynniku mocy turbogeneratora.

7 DOSTOSOWANIE BUDOWY TURBOGENERATORA DO PRACY ZE ZMIENNYM OBCIAZ AZENIEM Obecnie turbogeneratory w elektrowniach czesto pracuja przy duzych zmianach obciaz azenia. Ten rezim pracy powoduje powstawanie wielu powtarzajacych sie uszkodzen niektórych elementów w np. czól uzwojenia wzbudzenia. Przy modernizacjach opracowuje sie,, a nastepnie wdraza a rózne r innowacyjne rozwiazania zania zapewniajace bezawaryjna prace turbogeneratorów w ze zmiennym obciaz azeniem.

8 DOSKONALENIE KONSTRUKCJI TURBOGENERATORÓW Wprowadzenie nowych wydajniejszych uklad adów w chlodzenia. Opracowanie nowych wentylatorów w wirnika o zwiekszonej wydajnosci. Zmiana konstrukcji oraz systemu wentylacji uzwojenia wzbudzenia. Zastosowanie nowych pretów w uzwojenia stojana o obnizonych onych stratach. Zastapienie uklad adów w izolacyjnych wykonanych w klasie B ukladami klasy F. Wykonanie rdzenia stojana z blach o zmniejszonej stratnosci. Modernizacja elementów w skrajnych stojana. Budowa chlodnic gazu z nowych rurek o zwiekszonym wspólczynniku wnikania ciepla.

9 NARZEDZIA STOSOWANE PRZY PROJEKTOWANIU TURBOGENERATORÓW Autorskie programy komputerowe do obliczen cieplnych wykonane na podstawie opracowanej nowej metody zmodyfikowanych sieci cieplnych (Roman Krok: Sieci cieplne w modelowaniu pola temperatury w maszynach elektrycznych pradu przemiennego. Monografia habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Slaskiej, Gliwice 2010). Metoda zmodyfikowanych sieci cieplnych bazuje na podziale róznicowym r obszaru turbogeneratora, w którym wyznaczane jest pole temperatury. Opracowany nowy schemat cieplny dla strugi medium chlodz odzacego odwzorowuje zjawisko nagrzewania na skutek wnikania ciepla a z powierzchni kanalu u chlodz odzacego oraz unoszenia ciepla. Utworzone sieci cieplne (zawierajace nawet do kilkunastu tysiecy wezlów) w w) odwzorowuja rozklady temperatury zarówno w elementach, jak i w strugach medium chlodz odzacego.

10 NARZEDZIA STOSOWANE PRZY PROJEKTOWANIU TURBOGENERATORÓW Modele do obliczen elektromagnetycznych (2D( wyznaczanie parametrów elektromagnetycznych oraz charakterystyk ruchowych turbogeneratorów).

11 NARZEDZIA STOSOWANE PRZY PROJEKTOWANIU TURBOGENERATORÓW Modele do obliczen pola elektromagnetycznego bazujace na metodzie elementów skonczonych (3D( obliczenia strefy skrajnej stojana turbogeneratora).

12 NARZEDZIA STOSOWANE PRZY PROJEKTOWANIU TURBOGENERATORÓW Modele do obliczen naprez ezen mechanicznych sporzadzone na bazie metody elementów w skonczonych. Modele symulacyjne do badan uklad adów w wentylacji. Badania modelowe wykonywane w tunelu aerodynamicznym oraz na stacji prób.

13 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW (247( MW, 285 MW) W wyniku wprowadzenia zmian konstrukcyjnych uzyskano zalozony ony w projekcie wzrost mocy turbogeneratora z 200 do 240 MW, czyli az a o 20%, przy jednoczesnym zachowaniu znamionowego wspólczynnika mocy. Wykonane pomiary zmodernizowanego turbogeneratora wykazaly y mozliwo liwosc podwyzszenia mocy nawet do 247 MW. Dodatkowo wprowadzone zmiany konstrukcyjne poprawily y niezawodnosc pracy turbogeneratora oraz wydluzyly y jego zywotnosc.

14 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Nowy osiowy system chlodzenia uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora

15 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Nowy osiowy system chlodzenia uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora

16 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Rozwiniecie palisad lopatek nowego wentylatora Nowy wentylator osadzony na wale wirnika

17 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW rozwiazanie zanie fabryczne P=200 MW modernizacja 1 P=230 MW modernizacja 2 P=240 MW Kolejne wersje pretów w uzwojenia stojana turbogeneratora

18 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Zmodyfikowana siec cieplna dla nowego uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora

19 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Zmodyfikowana siec cieplna dla nowego uzwojenia stojana turbogeneratora

20 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Rozklad przyrostu temperatury w zewnetrznej cewce uzwojenia wzbudzenia zmodernizowanego turbogeneratora przy P=255 MW oraz cosϕ n =0,85 ind.

21 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-200-2(2A) W CELU POWYZSZENIA MOCY DO 240 MW Porównanie obliczonych i dopuszczalnych przyrostów w temperatury elementów zmodernizowanego turbogeneratora przy obciaz azeniu moca 240 MW

22 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Zwiekszenie mocy turbogeneratora o 10% przy jednoczesnym zapewnieniu mozliwo liwosci eksploatacji przy podwyzszonej temperaturze mediów w chlodz odzacych w elektrowni w Atenach. Wydluzenie zywotnosci ukladu izolacyjnego poprzez zastosowanie materialów elektroizolacyjnych klasy F przy jednoczesnym zachowaniu przyrostów temperatury elementów w aktywnych turbogeneratora dla klasy B.

23 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Siec kanalów chlodzacych w uzwojeniu wzbudzenia turbogeneratora oraz przekrój poprzeczny zlobka wirnika - patent na wynalazek -

24 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Wirnik zmodernizowanego turbogeneratora TWW-320-2Y3 z nowymi wentylatorami o zwiekszonej wydajnosci

25 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Punkty pracy wentylatora wirnika oryginalnego oraz zmodernizowanego

26 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Porównanie parametrów w wentylatora wirnika oryginalnego i zmodernizowanego

27 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TWW-320-2Y3 W CELU ZWIEKSZENIA MOCY O 10% PRZY PODWYZSZONEJ TEMPERATURZE MEDIÓW W CHLODZ ODZACYCH Przekrój j preta uzwojenia stojana fabrycznego oraz po modernizacji

28 WIRNIK Z NOWYM UZWOJENIEM WZBUDZENIA UMOZLIWIAJ LIWIAJACY PODWYZSZENIE MOCY TURBOGENERATORA TWW DO 560 MW

29 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA W turbogeneratorze TGW-63 w wersji fabrycznej uzwojenie stojana jest chlodzone bezposrednio destylatem, zas uzwojenie wzbudzenia i rdzen stojana sa s chlodzone bezposrednio wodorem. Wystepuj pujace w tym turbogeneratorze bardzo czeste nieszczelnosci ci w ukladzie destylatu powodowaly y znaczne straty zwiazane zane z jego awaryjnym odstawianiem oraz remontami. Podstawowym celem modernizacji bylo o wyeliminowanie wodnego chlodzenia uzwojenia stojana i zastapienie go chlodzeniem posrednim wodorowym przy zachowaniu znamionowej mocy turbogeneratora.

30 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Wykonanie uzwojenia stojana z nowych pretów w o budowie dostosowanej do posredniego wodorowego systemu chlodzenia. Budowa nowego rdzenia stojana o powiekszonych wymiarach zlobk obków. Zmiana rozplywu wodoru w kadlubie i w rdzeniu stojana pola laczona z wymiana wentylatorów w wirnika na nowe o zwiekszonej wydajnosci. Wprowadzenie nowych dyfuzorów w dostosowanych do wspólpracy pracy z nowymi wentylatorami. Zbudowanie nowej chlodnicy wodoru z rurek o zwiekszonym wspólczynniku wnikania ciepla a w celu podwyzszenia mocy.

31 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Przekrój j preta uzwojenia stojana fabrycznego i zmodernizowanego

32 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Nowy rdzen stojana turbogeneratora TGW-63 ze zlobkami o powiekszonym przekroju

33 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Rozklad temperatury na powierzchni kadluba turbogeneratora przed modernizacja obciaz azonego moca 50 MW uzyskany z kamery termowizyjnej

34 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Rozklad temperatury na powierzchni kadluba turbogeneratora po modernizacji obciaz azonego moca 53,5 MW uzyskany z kamery termowizyjnej

35 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Punkty pracy wentylatora oryginalnego oraz zmodernizowanego przy zamontowanych kryzach dlawid awiacych oraz po ich usunieciu

36 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Parametry wentylatora wirnika i chlodnicy wodoru turbogeneratora TGHW-63 w wersji fabrycznej oraz po modernizacji

37 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGW-63 W CELU LIKWIDACJI WODNEGO UKLADU CHLODZENIA UZWOJENIA STOJANA Z przeprowadzonych pomiarów cieplnych wynika, ze przy temperaturze zimnego wodoru 40 C i znamionowym cisnieniu wodoru obciazenie turbogeneratora znamionowa moca czynna przy znamionowym wspólczynniku mocy jest mozliwe bez przekroczenia dopuszczalnych przyrostów temperatury elementów aktywnych. Badania termowizyjne wykazaly, ze po modernizacji turbogeneratora rozklad temperatury na powierzchni korpusu stojana jest praktycznie równomierny, co swiadczy o prawidlowej dystrybucji wodoru w kanalach wentylacyjnych stojana.

38 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA GTHW-360 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA Przy przegladach okresowych wirników w wielu typów w turbogeneratorów w czesto stwierdza sie rozlegle e uszkodzenia czól uzwojenia wzbudzenia. Dotyczy to w szczególno lnosci tych turbogeneratorów, które pracowaly y przy duzych zmianach obciaz azenia oraz licznych odstawieniach i zala laczeniach do sieci. Przy sporzadzaniu projektów w modernizacji turbogeneratorów w w celu poprawy niezawodnosci pracy oraz wzrostu mocy poszukuje sie nowych rozwiaza zan czól uzwojenia wzbudzenia zapobiegajacych ich uszkodzeniom.

39 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA GTHW-360 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA 1. faza uszkodzen Deformacje czól uzwojenia wzbudzenia (P( n =362 MW) 2. faza uszkodzen Nadtopienia przewodów w w czolach uzwojenia wzbudzenia (P( n =362 MW)

40 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA GTHW-360 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA Cienkie i dlugie scianki kanalów wentylacyjnych Przekrój j poprzeczny przewodu w czes esci czolowej owej uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora GTHW- 360 w wersji fabrycznej Zbyt duzy wspólczynnik tarcia

41 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA GTHW-360 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA 1 Dodatkowy eliptyczny kanal wentylacyjny Pogrubienie scianek kanalów wentylacyjnych 2 3 Zmniejszenie wspólczynnika tarcia Przekrój j poprzeczny nowego przewodu w czes esci czolowej owej uzwojenia wzbudzenia zmodernizowanego turbogeneratora GTHW- 360 (Patent( nr )

42 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA GTHW-360 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA Siec cieplna dla czól uzwojenia wzbudzenia generatora GTHW-360

43 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGH-120 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA wersja fabryczna 1 zwiekszenie sztywnosci przewodów wersja po modernizacji 3 zwiekszenie liczby przewodów w zlobkach o zmniejszenie wspólczynnika tarcia zwiekszenie powierzchni kanalów chlodzacych

44 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGH-120 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA Etapy produkcji zmodernizowanego wirnika turbogeneratora TGH- 120

45 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGH-120 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA brak deformacji oraz sladów nadtopienia przewodów Widok zmodernizowanego wirnika po 5. latach eksploatacji turbogeneratora

46 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TGH-120 W CELU WYELIMINOWANIA POWTARZAJACYCH SIE USZKODZEN UZWOJENIA WZBUDZENIA wersja fabryczna (P n =120 MW) wersja po modernizacji (P n =130 MW) brak deformacji oraz sladów nadtopienia przewodów Widok czól uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora TGH-120

47 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TG-55 W CELU ZAMIANY CHLODZENIA WODOROWEGO NA POWIETRZNE Chlodzenie posrednie wodorem Chlodzenie bezposrednie powietrzem

48 MODERNIZACJA TURBOGENERATORA TG-55 W CELU ZAMIANY CHLODZENIA WODOROWEGO NA POWIETRZNE Charakterystyka nagrzewania uzwojenia wzbudzenia turbogeneratora TG-55 w wersji fabrycznej oraz po modernizacji po zamianie wodoru na powietrze

49 KRAJE W KTÓRYCH WYKONANO MODERNIZACJE TURBOGENERATORÓW Bosnia i Hercegowina Bulgaria Chiny Finlandia Grecja Korea Poludniowa Polska Slowenia Ukraina Uzbekistan

50 PODSUMOWANIE Modernizacje starych bloków w energetycznych w elektrowniach sa s bardzo waznym sposobem wzrostu mocy wytwórczych w systemie elektroenergetycznym. Znaczenie tej metody jest dostrzegane nie tylko w Polsce, ale równier wniez w wielu krajach Unii Europejskiej oraz na swiecie. Wprowadzenie innowacyjnych rozwiaza zan w modernizowanych turbogeneratorach umozliwia nie tylko znaczne podwyzszenie mocy, ale równier wniez: : zwiekszenie efektywnosci oraz obnizenie kosztów w wytwarzania energii elektrycznej, poprawe niezawodnosci i bezpieczenstwa pracy, wydluzenie obciaz azeniu. zywotnosci oraz dostosowanie do pracy przy zmiennym

51 PODSUMOWANIE Przeprowadzenie rewitalizacji starych bloków energetycznych w polskich elektrowniach wymaga wspólpracy: koncernów elektroenergetycznych, zakladów wytwarzajacych i remontujacych turbogeneratory oraz osrodków naukowo-badawczych. Wydaje sie, ze konieczne jest uznanie rewitalizacji starych bloków energetycznych w elektrowniach za jeden z priorytetowych celów strategii rozwoju polskiej elektroenergetyki.

52 Dziekuje za uwage!